基于核心素养的制作类综合实践活动的开展①——以照相机、投影仪的制作为例

(江苏省南京市中华中学上新河初级中学，江苏 南京 210019)

1 引言

综合实践活动是从学生的真实生活和发展需要出发,从生活情境中发现问题,转化为活动主题,通过探究、制作、体验等方式,培养学生核心素养的学科实践性活动。产品制作是一种典型的物理综合实践活动形式，这类活动以物理知识与方法的综合应用为基础,以满足现实需求为出发点,是从物理学习迈向物理实践的有效途径。在活动中，学生经历明确目的、熟悉原理、选材制作、交流评价、反思创新等过程,实现创意的物化。综合实践活动强调“问题解决学习”，具有情境性和综合性较强的特征。

2 制作类综合实践活动的环节

在活动教学实施过程中,由于教师的认识偏差、条件的限制,容易出现下列问题:(1) 教师准备好所有器材,学生只需要根据步骤按顺序组装,失去了深化物理观念、培养科学思维的教育良机；(2) 把活动的准备、选材、制作、交流和评价甚至是反馈练习放到一节课中完成,学生缺少充分的体验；(3) 只重视制作的过程,忽视展示、汇报、交流、评估的过程,难以启发学生的思维、渗透科学态度和责任的教育。

针对以上问题、基于核心素养的要求，笔者以“照相机、投影仪制作”活动为例，说明制作类综合实践活动的环节。

2.1 明确原理,树立正确的物理观念

在学生学习“凸透镜成像规律”之后,引导学生观察、思考以下现象：用手机拍照时，手机屏幕显示的照片都不是倒立的；不管物体在什么位置,屏幕上显示的照片都是清晰的。显然，这与课堂学习到的凸透镜成像规律不完全一致,从而使学生产生了疑惑和探究的兴趣。

在平时的学科教学中，往往研究的是单一的学科问题,此类问题通常回避了实际问题的复杂性,容易使学习陷入僵化的境地。而物理综合实践活动则是回到真实生活中去,面对相对复杂的原始问题，促使学生自主探究，形成物理观念,更加有利于培养学生的创新能力。针对手机成像的问题，笔者指导学生开展了活动,设计了环环相扣的问题串，帮助学生解决真实问题，在任务布置的环节，笔者提出了以下问题:

(1) 照相机、投影仪的原理分别是什么?

学生回答：它们分别为物距在2倍焦距以外、1倍和2倍焦距之间所对应的凸透镜成像。

(2) 当物距变化时,像距也会随之变化,如何实现让镜头和“胶片”的距离能自由变化?

学生回答：移动胶片的位置；纸盒长短不方便改变,做成伸缩镜头更方便。

(3) 你打算选择什么器材作为投影仪、幻灯机的光源?

学生回答：利用手机屏幕。

(4) 人类在发明照相机、投影仪时经历了怎样的过程?

学生回答：我去过照相机博物馆,最早相机的成像的确是倒立的，但是不知道为什么。而从现在的相机取景口，看到的像都是正立的。

结合以上的讨论，笔者设计了表1所示的5个项目,要求学生自主选择并完成至少1个项目。源于生活的问题,更加容易引起学生的兴趣和探究欲望，学生在探究和制作的过程中真实地感受到了物理知识是有用的。物理学习不仅是做题目,应和生活密切联系,解决身边的问题。

表1

2.2 建构模型,完善器材选择与制作

制作类的综合实践活动体现了物理学习的本质特征,要以构建模型作为活动设计的核心。在活动实施中要根据设计需求,分析模型的要素,将任务进行分解，围绕核心问题,解析模型的要件。在该环节中学生在教师的引领下,围绕具有挑战性的学习任务,全身心地积极参与、体验成功、获得发展。

以制作照相机的项目为例,设计需求是制作一个照相机,使远处的景物和近处的景物都能在照相机的“胶片”上成像。物理模型是：当物距大于2倍焦距时,会在1倍和2倍焦距之间成倒立缩小的实像。所以在选择器材的时候需要考虑:(1) 选择焦距合适的凸透镜；(2) 选择长度合适的纸筒和纸盒作为镜头筒和暗箱；(3) 选择合适的半透明膜作为“胶片”。整个活动围绕着物理模型组织实施,从中学生会深刻理解凸透镜成像的规律,明了其成倒立缩小的实像的特点：物近像远、像变大,使学生形成物理观念，发展科学思维能力。

笔者提供了以下器材:(1) 直径为10cm、焦距为20cm的凸透镜；(2) 直径为5cm、焦距为10cm的凸透镜。(3) 用于制作伸缩镜头的内径分别为10cm和5cm的纸筒。其他的器材需要学生自备，他们通过尝试发现：(1) 选用焦距为10cm的凸透镜较好,因为焦距越短，暗箱体积就越小；(2) 制作投影仪和幻灯机时最好选择直径较大、焦距较大的透镜。

在指导学生选择器材和操作的过程中,发现教师和学生在器材选择和操作思路上有差异。如图1所示,教师的思路往往习惯于从模型出发,根据物理模型选择器材，完成实验操作；学生往往喜欢先体验和尝试,在多次尝试后选择合适的器材并进行相应的实验操作。例如在确定照相机镜头到“胶片”的距离L的时候，教师习惯从物理模型出发,想到L应该在1倍焦距和2倍焦距之间。但是，学生往往习惯于在凸透镜后面放一张白纸,先找到像的位置,从而确定距离L的长短。通过这种方式学生也能找到清晰的像,但对实验的模型不是很清楚，所以不能准确找到伸缩镜头L的变化范围。在此过程中,教师要担负起引领的任务，如图2所示，让学生有充分的尝试和体验,在具备一定经验的基础上构建物理模型,再围绕模型选择器材、完善操作。在培养动手能力的同时,充分发挥综合实践活动在培育建模、推理等科学思维中的育人价值。

图1

图2

2.3 实施激励性评价,渗透科学态度与责任的教育

在综合实践活动实施中存在一种不良现象，就是购买现成的材料,根据说明书、制作步骤进行搭建。学生弄不清物理模型,不经历自主选材的环节,做出来的产品都一样,找不到改进的空间。这样的综合实践活动变成了手工制作，其思维含量相对较低。

综合实践活动要为学生提供反思和改进的空间，在教学中要通过不断质疑创新,达成科学思维能力的培养目标，通过激励性评价渗透科学态度与责任的教育，具体过程如下：

(1) 小组展示:各小组展示设计、制作的产品,演示相关的功能。

(2) 学生互评:从产品设计的新颖性、工艺水平、使用效果等方面对各组的表现作出评价,评价内容和分值可以由师生协商确定。

(3) 改进完善:根据交流和评价的反馈信息,对已有产品进行改进,进一步完善小组制作的产品。

评价和改进的目的在于引导学生进一步对整个综合实践活动的过程进行回顾和总结，促进学生对产品的用途、物理模型、材料的选择、制作的方法等进行反思,明确改进的方向。在实施过程中,学生出现的典型问题有:

(1) 固定照相机镜头的纸筒过长,像距无法调整到合适的大小；

(2) 照相机“胶片”材料透明度太高或太低,所成的像不清晰；

(3) 照相机镜头完全被固定,在景物远近变化后,所成的像不清晰；

(4) 投影仪或幻灯机的暗箱出现漏光现象,或者没有涂黑,对成像质量造成影响；

(5) 幻灯机光源的亮度不够,选用胶片的透明度不高。

通过评价、交流和改进,学生制作的照相机、投影仪的效果得到大幅度提升(图3)。接着安排学生介绍照相机、投影仪的发展历史,介绍数码相机、智能手机的镜头特点以及屏幕上的像是正立的原理。最后教师总结：在现实中，科学家、发明家就是在不断地实践、反思和改进的过程中推进了科学技术的进步。

图3

在评价过程中，要以促进学生的发展为目标，要善于发现学生在综合实践活动中的亮点,利用激励性评价,激发学生学习物理的志趣。在本次活动中,有一位平时学业成绩一般的同学表现出了极大的热情,同时选做了照相机和投影仪,成像效果非常理想，制作非常精致。当其他同学看到他的展示也赞叹连连，使该生的学习积极性大为提高。

评价的功能在于让学生在制作过程中及时得到反馈,并改进提高。评价不仅要关注学生对物理原理、模型的理解,更要注重渗透科学态度和责任的教育,注重活动过程中隐性特质的培养,如合作素养、信息素养、观察能力等。

3 结语

从教师的角度来看,学生制作的照相机、投影仪可能还有一些可以提升或者创新的地方,但从这些充满创意的设计、充满温度的作品中,深切地感受到了学生正在迈向核心素养的提升之路。开发和实施制作类综合实践活动有助于拓展学生的思维,有助于学生在动手活动中发现问题、提升技能,有助于促进其交流和评估、反思能力的提升,有助于核心素养的培养。