基于唤醒、融合、创新理念的初中物理项目式实验教学研究

黎敏娟

［摘 要］文章以“设计节能采光系统”教学为例，探讨基于唤醒、融合、创新理念的初中物理项目式实验教学实践。“设计节能采光系统”教学通过唤醒学生兴趣，融合不同的学科知识，采用不同的教学方式，对现有的教学资源进行优化和改进，创新性地引导学生进行项目设计、实验操作和问题解决等活动，帮助学生学会运用物理知识解决实际问题，提高学生的实践能力和创新能力。

［关键词］唤醒；融合；创新；项目式实验教学

［中图分类号］    G633.7           ［文献标识码］    A          ［文章编号］    1674-6058（2024）12-0069-04

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）的一级主题“实验探究”体现了物理课程实践性的特点。《课标》在“学业要求”中指出，能通过物理实验建构物理概念，深化对物理规律的认识。在物理教学中，实验扮演着至关重要的角色。传统的实验教学往往只注重实践内容的传授和实验技能的训练，而忽略了学生对于实验的探究和设计能力的培养。以“知识本位”为导向的实验教学无法激发学生的探究潜力，使课堂失去了活力与魅力。项目引领的实验教学方式逐渐受到关注。基于唤醒、融合、创新理念的项目式实验教学，以实际项目为基础，通过真实问题激发学生的学习兴趣，将技术、工程等各种知识与物理知识相融合，引导学生主动设计、实践和反思，提高学生的问题解决能力，进而有效培育学生的实践能力和创新能力。

一、基于唤醒、融合、创新理念的项目式实验教学的内涵

基于唤醒、融合、创新理念的项目式实验教学，将唤醒、融合、创新理念全方位地融入各个教学环节，以实现学生实践能力和创新能力的全面提升。

其一，“唤醒”理念强调的是对学生内在潜能的激发和学习热情的唤醒。这意味着教师需要创设富有吸引力的实验情境，引导学生主动观察、思考和探索，从而发现问题并提出问题。这样，学生的好奇心和求知欲被唤醒，他们开始积极主动地参与实验活动。

其二，“融合”理念关注的是跨学科知识和技能的整合。这就要求教师打破学科壁垒，将不同领域的知识和方法融合在一起，形成综合性的实验项目。学生在完成这些实验项目的过程中需要运用多种学科知识和技能，从而实现了对知识的综合运用和能力的全面提升。跨学科融合，不仅有助于培养学生的综合素质，还有助于学生更好地适应未来社会的多元化需求。

其三，“创新”是项目式实验教学的核心目标。在“创新”理念的引导下，实验教学不再满足于传统的验证性实验，而是更加注重设计探索性和综合性实验。通过引导学生参与实验项目的创新设计与实施，培养学生的创新能力。鼓励学生尝试新的方法、提出新的观点，允许他们在实验过程中出现错误和失败，使其从中汲取经验教训。这种对创新的追求，不仅有助于培养学生的创新精神，还有助于他们在未来的科学研究和工作中取得更好的成绩。

二、基于唤醒、融合、创新理念的初中物理项目式实验教学策略

本文以“设计节能采光系统”教学为例探讨基于唤醒、融合、创新理念的初中物理项目式实验教学的策略。

（一）创设问题情境，唤醒兴趣，激发求知欲

教师通过播放有关能源危机的视频，引导学生围绕“如何做到节能？”“未来新能源的前景如何？”等话题进行热烈的讨论，然后提出问题：（1）教室的照明用灯，怎样才能做到节约用电？（2）如果我们用自然光来照明，能否达到节约能源的目的？（3）在无窗、地下室或者朝北的房间，要想减少人工照明用电，节约能源，应通过什么方式引入自然光？

在学生逐一回答问题后，教师进一步提问：上一节课我们学习了光的直线传播，知道了光在同种均匀介质中是沿直线传播的，那么我们运用什么方法来改变光的传播路线，将其引入室内呢？教师接着出示地下室的模型，引导学生根据现实生活的需要寻求解决的方法，唤醒学生的学习兴趣，激发学生的求知欲。

（二）任务驱动学习，融合知识，解决问题

在引导学生进入问题情境后，教师为学生分配设计节能采光系统的任务，以驱动他们主动学习和探究。为了完成任务，学生需要融合各种知识来设计和优化他们的采光系统。这个过程可以帮助学生形成物理观念，提升学生运用物理知识解决实际问题的能力，培养学生的创新能力。

（1）了解光的传播路径和规律。学生需要知道光是如何传播的，以及光的反射有什么规律。

（2）选择合适的材料和工具。学生需要了解如何选择合适的材料和工具来制作节能采光系统。

（3）进行实验和记录数据。学生需要进行实验来验证自己所设计的采光系统是否合理，并记录相关数据。

（4）分析数据并调整方案。学生需要对实验数据进行统计分析，并根据分析结果来调整和优化自己的设计方案。

通过以上措施，教师可以帮助学生将所学的物理知识应用于实践，使学生形成物理观念，提高学生的实践能力和创新能力。

为了帮助学生把握物理核心知识，探究物理规律和建构物理模型，教师将项目任务进行分解，设计如下进阶任务。

任务一：探究光的反射定律。

将任务一拆分成两个探究活动。

探究活动一：探究入射角和反射角的大小关系。

提供器材：激光笔、束光器、小镜子、开有缝隙的PVC管、白纸、带有量角器刻度的可折转硬纸板。

教师活动：引导学生猜想光在反射时，入射角i和反射角r的大小关系。

学生活动：小组讨论交流，自行选择器材，设计实验方案；分工合作，将所测得的数据记录到表格（见表1）中。

方案一：将小镜子塞到竖放的PVC管的缝隙中，然后放在白纸上，让激光笔沿着白纸照向小镜子， 在白纸上显现出反射光路（如图1）。

方案二：将小镜子平放在桌面上，将带有量角器刻度的可折转硬纸板竖直放置在小镜子上，激光笔顺着刻度线照向小镜子，入射光线和反射光线都显示在硬纸板上（如图2）。

得出结论：光在反射时，反射角等于入射角。

探究活动二：探究反射光线、入射光线、法线的位置关系。

问题1：请从数学的角度说一说法线与反射光线、入射光线之间存在什么样的几何关系。

教师活动：首先，教师引导学生从数学的角度归纳出以下规律：①法线是入射光线与反射光线的角平分线；②法线是入射光线与反射光线的对称轴。接着，教师引导学生从物理学的角度对法线、反射光线和入射光线的位置关系以及选择的参照物作对比。

得出结论：反射光线和入射光线分别位于法线两侧。

学生活动：按照实验要求操作，将所观察到的现象记录到表格（见表2）中。

问题2：若向后折硬纸板，在纸板上看不到反射光，它会在哪儿？你能想办法把它的位置找出来吗？

教师活动：引导学生利用雾化器的水雾反光把反射光路的位置显示出来（如图3）。

学生活动：交流展示入射光线、反射光线与法线仍在同一平面内。

得出结论：反射光线、入射光线和法线在同一平面内。

任务二：结合所提供的模型和模拟实验环境，运用镜面反射采光法，将模拟的太阳光引入“地下室”内。

学生讨论设计方案，实施方案。具体操作为：将一面镜子调整角度放入（如图4）——将两面镜子调整角度放入（如图5）——将多面镜子调整角度放入（如图6）。通过实验操作，学生获得了成功的体验，创新思维得到了培养。

（三）项目产品设计，培养思维，实现知识应用

在完成实验和反思后，学生进入项目产品的设计阶段。这个阶段需要学生运用科学思维来分析和解决问题，以达到优化节能采光系统的目的。学生通过思维碰撞，思考光是否可以通过多次反射进行传输，使思维得到升华，为成果的进一步物化奠定基础。

（四）方案优化改进，创新成果，实现价值转化

学生需要分析在实验过程中遇到的问题，并制订相应的解决方案。学生需要考虑如何改进设计方案来提高光的利用效率。学生进入产品制作的阶段，需要考虑实际应用场景中的各种因素，例如如何采光、如何增强光的反射、如何将光均匀散射到室内等。右图为学生设计图（如图7）。项目产品制作说明：采用硬度高、透光率高的采光罩在室外进行采光；光导管的弯管可以灵活转动，可以多角度传输光，采用反射率高、漫反射低、聚光性能好的镜面薄铝作为光导管内壁，提升光的利用率；通过透射性强漫反射装置，可将光均匀地分布在室内。

（五）进行项目产品调试，制作评价量表

在项目产品调试阶段，学生需要根据优化改进后的设计方案进行项目产品的调试。这个过程中，学生需要利用合适的材料和工具，按照设计方案进行调试，同时记录相关数据并进行误差分析，以验证产品的性能是否符合要求。组间讨论交流，优化设计评价量表，以评价学习成果。通过评价量表的4个维度和12个指标（见表3）对项目设计者进行评价，这有助于学生反思自己的学习过程，深化对知识原理、科学探究、科学思维、实践活动的本质的认识。

三、教学实践反思

在“设计节能采光系统”这一教学活动中，教师采用基于唤醒、融合、创新理念的项目式实验教学模式，引导学生运用物理知识解决实际问题，实现了学生多方面能力的提升。下面笔者结合教学实践进行深入反思，探讨其在教学实践中的优点和不足。

（一）打通情境孤岛，唤醒学生兴趣

在传统的物理教学中，学生往往是机械地记忆公式和概念，缺乏对知识的深入理解和灵活运用。在“设计节能采光系统”教学中，教师将物理知识融入实际生活问题中，唤醒学生的兴趣，帮助学生建立物理知识与现实生活的联系；通过实际问题的解决，将各学科知识有机地结合起来，打破情境孤岛，使知识更具完整性。

在教学实践中，教师要注意控制问题的难度和复杂度，以免出现过于复杂的问题让学生产生畏难情绪，影响其学习积极性。

（二）促进跨学科融合，实现深度学习

在“设计节能采光系统”的教学中，教师通过引导学生解决问题、团队协作和实践操作等，发展了学生的核心素养。学生在解决问题的过程中，不仅需要运用所学的物理知识，还会涉猎其他学科知识，这有助于促进跨学科融合，实现深度学习。

在教学实践中，教师还需要关注学生的个体差异和学习需求，给学生提供个性化的指导，以确保每个学生的能力都能在原有基础上得到提升。

（三）打破知识壁垒，发展创新思维

在“设计节能采光系统”的教学中，教师通过引导学生进行项目设计、模型制作和调试、优化改进以及产品制作和调试等一系列活动，帮助学生打破知识壁垒，实现跨学科知识的整合和应用，促进学生创新思维的发展。

在教学实践中，教师需要关注学生自主学习能力的培养，鼓励学生主动发现问题、分析问题和解决问题，让学生的能力得到更高层次的提升。

综上所述，以“设计节能采光系统”为教学实例，实施基于唤醒、融合、创新理念的初中物理项目式实验教学，可唤醒学生兴趣，引导学生将技术、工程等知识与物理知识相融合，主动进行设计、实验与反思，使学生的实践能力和创新能力得到提升，环保意识和社会责任得到培养。基于唤醒、融合、创新理念的项目式实验教学，为培养具有创新精神和实践能力的人才提供了有益经验。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准：2022年版［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］  胡仓兵. 项目引领下初中物理STEM-PBL教学案例的实践与反思：以“杆秤的制作”教学为例［J］.中学物理，2021（2）：36-39.

（责任编辑    黄春香）