物理实验“五味”教学策略

谭振兴： 广东省湛江市第二中学正高级教师，广东省名师工作室主持人，广东省初中物理骨干教师，广东省中学物理信息化专家库成员，华南师范大学教育学部、省级中小学教师发展中心兼职教授，岭南师范学院特聘教授。主持或参与省市规划课题10项，出版专著2部；参与微课、实验创新等比赛获省市级奖项13次。多年来致力于物理数字化创新实验的开发与研究，坚持问题导向，充分挖掘物理数字化教学资源，探索“可视化”教学。应用物理实验“五味”教学策略，服务学生数字化自主创新实验，当好“摆渡人”，响应“双减”政策，培养学生信息素养和能力。

实施“双减”政策，推进教育高质量发展，是一场关乎学生全面发展、身心健康成长的变革。物理教师要与时俱进，更新教育理念，科学应用信息技术创新物理实验的教与学。在“趣味”中积蓄学习动力；在“情味”中增进师生情感；在“韻味”中构建思维中心；在“品味”中凸显学科育人；在“回味”中培养关键能力，最终达到创新创造最高境界。在物理实验教学中应用信息技术实施“五味”教学，不失为减负增效的良策，也为物理教学转型提供了新路径。

一、落实“双减”政策，应用信息技术创新物理实验教学势在必行

2021年7月24日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（以下简称“双减”政策），要求各地区各部门结合实际情况认真贯彻落实。这是继2018年12月教育部等九部门出台《中小学生减负措施》后，再次刮起针对减轻中小学学生学业负担的改革旋风。物理教师要避免课堂上机械灌输理论知识，杜绝学生课后疯狂“刷题”。尊重学生主体地位，让学生在创新实践中主动寻求知识，这是义务教育物理新课程改革的导向，也是现代化物理教学的特征。当今，信息技术飞速发展，人们处于具有无限边界、无限容量和无限关联的信息场域。如何落实“双减”政策实现提质增效，如何建立现代高质量教育体系？用信息技术赋能教与学是教育创新的必由之路，也是落实义务教育物理课程标准和学业质量要求顺利实现育人价值的重要保证。

“双减”政策执行之前，学生的纸笔作业和校外培训负担很重，机械重复式、低效甚至是无效的学习不但浪费了他们的精力和时间，还让他们感到厌烦，甚至扭曲了学习观。新课改背景下，物理教师要以培养学生物理学科核心素养为目标，实现由“知识技能学习为中心”向“人的发展为中心”的转变。目前，关于物理实验创新及其教学方式与方法改进的实践和研究较多，但上升到物理课程教学改革层面来设计、实施新架构新方法的不多。物理教师推进教学改革必须知行合一，探索普遍适用的高效教与学新途径。

二、融合信息技术的物理实验“五味”教学构想与框架

用信息技术助推物理创新实验的开发与应用，是落实“双减”政策，实现课堂教学提质增效的科学举措。信息技术为物理实验教学赋能，为许多经典物理实验插上信息化的翅膀，使其熠熠生辉。数字化教学资源的深度应用正在深刻改变学生的学习生态，优化学生的学习模式，推动数字化资源与课程内容、教学形式、学习方式深度融合与创新。就初中物理学科而言，教师如何守好数字化物理创新实验课堂这个主阵地，科学实施教学转型，向课堂教学要效率、要质量是一项重要课题。“教学观念”“教学方式”“学习方式”是判断课堂教学转型的三个关键要素。如何提高课堂教学质量和效益是当前“双减”背景下优化课堂教学的焦点。要实现教与学的科学转型，必须找准切入点，设计好路径。具体来讲，教师开展数字化创新实验课堂教学应创设情境彰显“趣味”；和谐共处彰显“情味”；构建思维中心彰显“韵味”；体现学科育人价值彰显“品味”；提升关键能力彰显“回味”。笔者按上述构想，设计了“五味”教学法（如图1）。

三、“五味”教学：信息技术赋能教与学的有效路径

数字化物理创新实验指教师为了加深学生对物理知识的理解，利用信息技术对传统实验实施优化并加以改进；或者为了达到某一实验目的而设计个性化实验；又或为了提高实验可见度、简化实验步骤、激发学生兴趣、挖掘课程资源、填补实验空白、自制教具等开展系列创新实践活动，如改进仪器（含传感器的应用）、简化实验原理、改进实验设计等。实践的主体是学生，实践的目的是提高实验迁移和创新能力。笔者在长期的实验创新实践中，将“五味”教学策略贯穿整个教学过程，借助信息技术为物理实验教学赋能。

（一）创设具体情境，积蓄学习动力，使教学“趣味”盎然

孔子在《论语》中讲道“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”，爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”，由此可见兴趣很重要。课堂是培养学生物理学兴趣的主战场，教师可以创新教法、变革学法，结合案例设疑激趣，营造良好的氛围。随着信息技术飞速发展，数字化资源丰富至极，教师可以创设数字化实验，优化教学。例如，在探究物质的特性的教学中，如何使玻璃由绝缘体变成有导电特性的导体，如何将复杂且稍纵即逝的物理过程展示给学生，一直困扰着教师。为了解决上述问题，笔者创造性地将微电流传感器等数字化实验器材与人体导电球（电流只要超过0.01 μA就可以发光）组合，将计算机、数据采集器、数据线、微电流传感器、细玻璃管、人体导电球、铁架台等器材组装成系统（如图2），使实验过程可视化。学生发现常温下玻璃不导电，被加热到一定温度后开始导电；停止加热后，随着温度降低，电流亦变小，说明导体与绝缘体没有绝对界限。笔者以此刺激学生听觉与视觉神经，激起学生心灵的震撼，班级的学习气氛一下子就活跃起来了。笔者使用数字化教具激趣启智，激发学生的好奇心与求知欲，彰显课堂的“趣味”性，营造意境，让学生为后续学习积蓄动力。

（二）关注知识生成，拉近师生距离，使教学“情味”浓厚

课堂既是学生学习知识的主战场，又是师生交流情感的重要场所。教师开展实验教学，必须以情感交流为基础在情境中实现多向折射，构建“心理场”，让课堂教学变成以情感交流为基础的情景剧而非独角戏。如此，才能让学生“亲其师，信其道”。教师组织创新实验活动，构建“具体模式”，做到“形象生动，让学生具体地学”，“情景交融，让学生直观地学”，彰显教学“情味”。

例如，在探究定滑轮使用特性实验中，笔者让学生用弹簧测力计完成“定滑轮是否省力”实验操作。但学生对实验中收集到的数据非常不满意，主要原因是刻度板自重影响测力计拉力读数。面对一脸难色的学生，笔者没有求全责备，通过与学生交流找到问题的症结，尝试采用数字化实验系统（DIS）改进以上实验。学生运用拉力传感器，问题便迎刃而解，他们根据测量数据非常容易得出结论：定滑轮不省力，但可以改变拉力方向。学生在交流互动中解决了难题，在活动过程中动手、动情、生情，掌握基本规律，同时增进了学生之间、师生之间的情感。

（三）联系生活实际，构建思维中心，使教学“韵味”十足

林崇德教授认为：思维是课堂教学中的核心活动，教师通过互动激发学生参与思维活动，目的是提高课堂教学质量。学物理就是学思维。光有知识传递，课堂教学干瘪无味；有思维含量，课堂教学才有靈性。教师要以培养学生思维能力为中心，为学生自由深度思辨提供空间，“画龙点睛”，使学生在课堂上思维活跃、活力十足，彰显课堂教学“韵味”。

例如，笔者引导学生利用气压式高压浇花用透明喷水壶、普通温度传感器、气体压强传感器、数据采集器、装有专业软件的笔记本电脑等器材制作了“做功改变物体内能的数字化演示装置”。学生用力抽压壶盖上装置的拉杆，对壶体内空气做功，使机械能转化为壶内空气的内能，此时壶内气体温度升高，气体压强增大，内能增加。学生用手按压壶嘴阀门向外放气，此时壶内空气伴随高压液体从壶嘴喷出，对壶嘴面前的风车施力。于是，气体对外做功，风车机械能（动能）增加，壶体内温度急速下降，气压降低，内能减小，此时壶内气体内能转化为机械能。与用手拧密闭矿泉水瓶等传统实验相比，教师借助信息技术开展探究实验，大幅提升了学生的思维容量与思维深度，使实验既具有“知识味”又具有“数据味”，彰显高思维含量实验教学的“韵味”。

（四）落实课标要求，体现育人价值，让学生“品味”科学

《义务教育物理课程标准（2022年版）》要求教师坚持“知行合一、学以致用”的教学原则。教师要坚持“从生活走向物理，从物理走向社会，再从社会回归物理”的教育理念，改进教与学。培养学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力是学科育人价值的集中体现。初识物理的学生如何才能深刻认识到物理知识对社会发展是有用的、是人类的前沿科技发展的集大成者，唯有长期学习、循序渐进。为了凸显物理学科育人价值，笔者在课堂教学中创设了一些精彩、实用的生活情境，引导学生学习。例如，在探究声音的响度与哪些因素有关的实验中，笔者并没有罗列声学现象，直接草草得出声音的响度与声源振动幅度、距离声源远近有关的结论，而是放开手让学生自己“品味”。有学生用靠近正在振动音叉的乒乓球弹起的高度来反映声音的响度；有学生用接触音叉的铝制空饮料罐做实验，敲击音叉促使空饮料罐弹起，用其弹起角度大小反映声源振动的响度；还有学生使用发声软件、声音传感器与带软件的电脑在多媒体屏幕上显示声音振动图像。学生参与或观摩可视化实验，认识到物理学中有些物理量难以直接测量，可以用与之相关的物理量间接反映。这样，学生就在实验中自然领悟什么叫转换法。

又如，在探究声音响度与距离声源远近关系实验中，笔者出示音叉（带小锤）、闹钟、带有噪声分贝仪App的智能手机，让学生选择器材做实验。此时，课堂就是激发学生思维能力的重要平台，也是培养学生核心素养的主战场。在交流讨论后，有些学生并没有选择音叉而选择闹钟作为声源；不是简单地通过耳朵感觉声音大小，而是选择带有噪声分贝仪App的智能手机进行精确测量。学生意识到，要探究声音响度与距离声源远近关系，必须控制声音响度恒定，如果用小锤敲击音叉，很难做到每次用相同的力敲击音叉来控制声源响度恒定。控制变量法在学生的脑海中生根发芽，教师在课堂上潜移默化地训练学生高阶思维的目标已达成。学生“品味”物理知识与科学思想，“学得会，带得走”。教育的本质不是将篮子装满，而是将灯点燃，即为学生的思维“点火”。物理课堂上，教师不能简单堆砌科学现象，一定要激发学生创造力。学生能否探究并解决真实问题是判断物理课堂教学优劣的标准。学生只有参与真实的科学探究实践活动才能提高核心素养，实现学科育人价值，学会“品味”科学。

（五）提高创新素养，培养关键能力，使教学“回味”无穷

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”课堂教学时间是有限的，但课堂教学给学生带来的思维进阶不会停下脚步。让学生对学习“意犹未尽”，是教师追求的目标。教师组织创新实践活动时，加强问题之间的关联，帮助学生构建知识网络，方可获得“余音绕梁”的效果。

教师可在课后服务中展示学生创新作品。培养学生的创新创造能力是物理学科教学的终极目标。学生学会创造，也就实现了“知行合一”。当前，国家全面实施“双减”政策。课后服务是课堂教学的补充，教师可借机展示学生作品、交流反馈与综合评价。笔者给学生布置了数字化创新实验的作业，让他们在课后参与活动，就是为了提高学生的科学素养和创新能力。例如，为了科学准确地测量蜡烛每层火焰的温度，笔者购买了TES数位温度计（TES-1310型号，量程为0～1310 ℃），即数字化温度传感器，引导学生加深对“酒精灯外焰温度最高，内焰次之，焰心温度最低”的认识，由过去传统实验的定性了解转为定量测量。

教师要鼓励学生参与科技创新比赛。课堂教学中形成的学生实践成果也能登上“大雅之堂”。教师要鼓励学生对作品进行优化升级，在校内外举办的科技活动中展示，推荐优秀科技创新成果参加国家青少年科技创新大赛，甚至申报国家发明专利。教学不会因为师生走出课堂而停止，对学生创新创造动力的激发依然在延续。教师要让学生创新作品继续发挥价值，让学生在“回味”中积淀，实现对“有味”课堂教学的反哺。

“向教学内容要质量、向课堂效益要品质”，教师要改进课堂教学方式方法：改变过去“知识立意”理念下的新课教学、“关键考点”理念下的复习教学、“典型考题”理念下的考前冲刺。在当今“素养导向，实践育人，五育并举”的课程理念指导下，教师要坚持问题导向，利用数字技术赋能物理创新实验教学，优化并利用“五味”教学模式，推动实验教学高质量发展。变单一“教学”为全面“育人”，物理学科核心素养培养要求一定能落细、落实。

责任编辑：祝元志