鄭智偉??朱超穎

物理學(xué)科教室是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的助推器、催化劑。筆者在物理學(xué)科教室環(huán)境下以“歐姆定律”實驗教學(xué)為載體，借助學(xué)生之前的實驗錄像進一步規(guī)范操作;通過小游戲“找不同”激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引發(fā)猜想;提供簡單易得的器材支持學(xué)生自主設(shè)計實驗;匯聚全班實驗數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生共同分析函數(shù)圖像，通過課堂精準教學(xué)和課后分層作業(yè)，實現(xiàn)教學(xué)提質(zhì)增效，支撐學(xué)生自主創(chuàng)新，助力學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

一、堅持素養(yǎng)導(dǎo)向基于物理學(xué)科教室設(shè)計教學(xué)流程

在全球化和信息化背景下，為充分發(fā)揮物理課程育人價值，助力學(xué)生核心素養(yǎng)的培育，學(xué)校和學(xué)科教師積極整合技術(shù)資源，學(xué)科教室應(yīng)運而生。基于學(xué)科教室的教學(xué)更加多元化，更加注重目的性、主體性[1]。

以筆者所在初中的物理教學(xué)為例，學(xué)科教室集常規(guī)教室、實驗室、學(xué)科圖書館、微機室為一體，是綜合型教室。課堂上師生不僅可以在教室中部自由組合桌凳開展常規(guī)教學(xué)活動，使用教室兩側(cè)的實驗臺進行實驗，而且可通過計算機上網(wǎng)查閱資料，查看教師下發(fā)的學(xué)習(xí)資源，參與互動[2]。學(xué)生課后更可根據(jù)興趣、需求借閱物理資源角的圖書、期刊?；诖耍P者以蘇科版《物理》九年級上冊“歐姆定律”一課為抓手，借助物理學(xué)科教室轉(zhuǎn)變物理實驗教學(xué)方式，設(shè)計新的教學(xué)流程（如圖1），提高教學(xué)實效。

二、物理學(xué)科教室助力學(xué)生自主創(chuàng)新實驗

（一）借助實驗評價，規(guī)范實驗操作

學(xué)生在物理學(xué)科教室做實驗時，可以通過每臺實驗桌上的俯視及側(cè)視攝像頭對自己的操作實時錄像。實驗后，教師可登錄實驗平臺對學(xué)生的實驗操作打分。課后學(xué)生也可以登錄平臺查看自己的實驗過程、實驗記錄及教師評價。

上課伊始，筆者選取已做電學(xué)實驗中由于操作問題造成失分的視頻（如圖2），讓學(xué)生一起找一找實驗操作中存在的問題。

現(xiàn)象（學(xué)生觀察）：當學(xué)生連接好最后一根導(dǎo)線，小燈泡立即發(fā)光（如圖3）。

原因（學(xué)生回答）：在連接電路的過程中開關(guān)沒有斷開。

現(xiàn)象（學(xué)生觀察）：學(xué)生閉合開關(guān)后，小燈泡發(fā)出較強的光。

原因（學(xué)生回答）：閉合開關(guān)前，滑片沒有移到最大阻值處。

設(shè)計意圖：教師截取學(xué)生之前在物理學(xué)科教室中做電學(xué)實驗時錯誤操作的視頻，讓學(xué)生相互評價，指出實驗操作錯誤之處并加以改正。這種針對性回顧對于學(xué)生加深理解電路連接中基本要點有潛移默化的作用。這不僅對學(xué)生操作能力的提升有助力，而且為學(xué)生在本節(jié)課順利進行電學(xué)實驗作好了技能上的鋪墊。

（二）小游戲“找不同”，提興趣引猜想

在學(xué)生回顧連接實物電路的基本操作后，結(jié)合他們目前的認知（通過相同規(guī)格小燈泡的電流越大，小燈泡越亮），筆者選取了學(xué)生之前用相同規(guī)格器材做電學(xué)實驗的照片，發(fā)起“找不同”的小游戲（如圖4），讓學(xué)生猜想電路中的電流與什么物理量有關(guān)。

不同之處（學(xué)生觀察） ：左圖中小燈泡較暗（如圖4）;左圖中雖然有兩節(jié)干電池，但只有一節(jié)干電池接入電路。

猜想（學(xué)生回答）：小燈泡相同時，小燈泡兩端電壓越高，小燈泡越亮，通過小燈泡的電流越大，說明電路中的電流可能與導(dǎo)體兩端電壓有關(guān)。

不同之處（學(xué)生觀察） ：右圖中小燈泡較暗（如圖5）;右圖中雖然也是兩節(jié)干電池，但多了一個滑動變阻器，且移動滑片時，隨著滑動變阻器接入電路中的阻值變小，小燈泡變亮。

猜想（學(xué)生回答）：電源電壓相同時，電路中電阻越大，小燈泡越暗，通過小燈泡的電流越小，說明電路中的電流可能與導(dǎo)體的電阻有關(guān)。

設(shè)計意圖：九年級學(xué)生學(xué)習(xí)壓力較大，且電學(xué)相較于八年級學(xué)習(xí)的物理知識而言較為抽象，他們?nèi)鄙傧鄳?yīng)的切身體驗也無法直接觀察很多生動的現(xiàn)象，以致部分學(xué)生逐漸地失去興趣、喪失信心。教師借助“找不同”這種小游戲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且結(jié)合此前學(xué)生做的實驗，引導(dǎo)學(xué)生將通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻聯(lián)系起來，從而順理成章地引出本節(jié)課的主題（猜想）。

（三）器材觸手可及，支撐自主設(shè)計

物理學(xué)科教室中每張實驗桌下方放有系列化實驗箱，幾乎涵蓋初中物理實驗所需器材，并且所有器材學(xué)生觸手可及。物理學(xué)科教室具有強大的支持能力，可有效支撐學(xué)生的自主設(shè)計與探究，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)教室或?qū)嶒炇噎h(huán)境下學(xué)生設(shè)計了實驗卻發(fā)現(xiàn)所需器材沒有準備的尷尬情況。

例如，在“探究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”實驗中，筆者讓學(xué)生自主選擇實驗器材，部分小組選用干電池作為電源，通過改變電池數(shù)量的方式改變并判斷定值電阻兩端的電壓;部分小組將小燈泡選為研究對象;部分小組通過電阻箱調(diào)節(jié)定值電阻的電壓值。學(xué)生經(jīng)過實驗與討論后發(fā)現(xiàn)：第一種方案中使用過的干電池電壓并不是1.5 V;第二種方案中小燈泡的阻值會發(fā)生變化并導(dǎo)致實驗出現(xiàn)較大誤差;第三種方案中改變定值電阻兩端電壓到某個值時，電壓一會偏大、一會偏小，需要來回多次旋轉(zhuǎn)旋鈕進行調(diào)控，與滑動變阻器相比其操作較為麻煩。

設(shè)計意圖：教師利用物理學(xué)科教室中觸手可及的實驗器材，讓學(xué)生無后顧之憂地自主設(shè)計實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。學(xué)生在一次次自主探究中，親歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，進而不斷優(yōu)化實驗設(shè)計，促進其科學(xué)思維的培育。

（四）匯聚實驗數(shù)據(jù)，共析函數(shù)圖像

在完善實驗設(shè)計之后，筆者再次開展“探究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”實驗教學(xué)。很多教師開展該探究實驗的做法是，讓學(xué)生分組實驗并做數(shù)據(jù)的處理與分析。課堂時間有限，通常教師讓學(xué)生做出3組實驗就進行分析。由于實驗數(shù)據(jù)較少，學(xué)生難以直觀地分析、比較、歸納，得出實驗結(jié)論。

筆者利用物理學(xué)科教室中每臺實驗桌上放置的計算機，將學(xué)生分為三大組分別用5 Ω、10 Ω和15 Ω的定值電阻進行實驗，讓學(xué)生在做實驗的同時將實驗數(shù)據(jù)填到對應(yīng)的在線表格中。接著，筆者選取“電壓”列數(shù)據(jù)進行升序排列，進而讓學(xué)生縱向、橫向分析實驗數(shù)據(jù)。

設(shè)計意圖：教師借助全班學(xué)生的力量及信息化手段，匯聚實驗數(shù)據(jù)，有效解決實驗時間不夠及實驗數(shù)據(jù)較少的問題。除此之外，教師借助信息化手段快速地對實驗數(shù)據(jù)排序，可以更加清晰地對數(shù)據(jù)進行對比，引導(dǎo)學(xué)生對大量數(shù)據(jù)進行深挖，從而更加準確地分析得出結(jié)論：縱向來看，隨著電壓增高，電流成倍地增大;橫向來看，電流與電壓比值是一個定值。

在對全班三大組實驗數(shù)據(jù)分別進行排序后，筆者借助全班學(xué)生的力量分別繪制I—U圖像（圖6為選取5 Ω定值電阻的I—U圖像），讓學(xué)生通過函數(shù)圖像直觀地判斷I與U的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，筆者對比函數(shù)圖像，引導(dǎo)學(xué)生探究函數(shù)圖像斜率的物理意義。

學(xué)生做第二個實驗“探究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻的關(guān)系”，與第一個實驗類似，對實驗數(shù)據(jù)表格進行縱向與橫向分析，得出結(jié)論：縱向來看，電阻越大，電流越小;橫向來看，電流與電阻的乘積是定值。將實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為函數(shù)圖像后，學(xué)生觀察I—R圖像能大體看出兩個物理量之間的關(guān)系。但是由于實驗器材有限，學(xué)生獲取的數(shù)據(jù)不多，并不能輕易地看出它是一個呈反比關(guān)系的圖像。筆者借助信息化手段，巧妙地將I—R圖像轉(zhuǎn)化為I—1/R圖像（如圖7），引導(dǎo)學(xué)生分析出電流與電阻成反比的關(guān)系。I—1/R圖像中靠近原點的一小段并非直線，筆者借助這個生成的問題引導(dǎo)學(xué)生分析，并找到原因：電流表的分度值較大，當電阻較大時，導(dǎo)致讀數(shù)不準確，發(fā)生上述現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：教師利用信息化手段對實驗數(shù)據(jù)進行處理，化數(shù)字為函數(shù)圖像，便于學(xué)生更加清晰地判斷物理量之間的關(guān)系。函數(shù)類圖像在初中階段較為重要，筆者在學(xué)生明確橫縱坐標物理意義的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)他們對該圖像進行深挖。在第一個實驗中，筆者讓學(xué)生觀察電阻不同的三組函數(shù)圖像斜率不同，引導(dǎo)他們探究斜率的物理意義——電阻的倒數(shù)，并通過斜率逆向地去判斷電阻數(shù)值，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。在第二個實驗中，學(xué)生得出電流與電阻成反比的結(jié)論較為困難，筆者用圖像法破解這一難題，讓學(xué)生了解運用圖像解決物理問題的優(yōu)勢，進而在日后學(xué)習(xí)過程中有意識地用物理圖像解決物理問題[3]。

（五）課上精準教學(xué)，課后分層作業(yè)

教師統(tǒng)計學(xué)生在平臺上提交的實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)記錄、答題情況，可以快速把握學(xué)生對剛剛所講知識的掌握程度，有利于在后續(xù)提問中對相關(guān)學(xué)生有所側(cè)重，更加精準地展開教學(xué)，盡可能地讓更多的學(xué)生掌握所學(xué)內(nèi)容。

除此之外，筆者結(jié)合平臺統(tǒng)計情況及對學(xué)生實驗錄像的分析，進行分層作業(yè)的設(shè)計。例如：對于知識掌握不理想的學(xué)生，筆者設(shè)置一些基礎(chǔ)性的概念題與實驗題，并且增加其按照要求動手連接電路的機會;對于部分基礎(chǔ)掌握較好的學(xué)生，在常規(guī)題的基礎(chǔ)上增加一些創(chuàng)新題，并且讓其借助器材設(shè)計調(diào)光燈這類有一定難度的電路，“跳一跳，夠得到”，引導(dǎo)這部分學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中發(fā)散思維，提升創(chuàng)新能力。

設(shè)計意圖：教師在物理學(xué)科教室環(huán)境下，記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況，有效掌握學(xué)情，打破了在傳統(tǒng)教室中無法準確、高效地掌握所有學(xué)生學(xué)習(xí)情況的困境，有助于教師在課堂上對學(xué)業(yè)欠佳的學(xué)生的精準跟進，在課后盡可能地讓所有學(xué)生“吃好、吃飽”。

在初中物理實驗教學(xué)中，教師可充分發(fā)揮物理學(xué)科教室的優(yōu)勢，營造良好的物理學(xué)科探究氛圍，創(chuàng)設(shè)物理情境，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性。為促進信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，教師應(yīng)將適宜的軟硬件和教學(xué)手段融入學(xué)科教室，有效突破教學(xué)中的難點問題，幫助學(xué)生將知識“化繁為簡”。在學(xué)科教室環(huán)境下，教師借助先進的設(shè)備可以有效化解后排學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容可視性差的問題，盡可能地顧及每位學(xué)生。實驗器材齊全，觸手可及，有利于學(xué)生大膽、自由地設(shè)計實驗，自主探究，也有利于學(xué)生在體驗中學(xué)習(xí)，在探究中學(xué)習(xí)，在實踐中學(xué)習(xí)。筆者認為，發(fā)揮學(xué)科教室的優(yōu)勢，有效支撐學(xué)生自主創(chuàng)新實驗，可以促進初中物理實驗教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，更加有效地培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑的習(xí)慣，使其提高解決問題的能力，學(xué)以致用，更好地服務(wù)社會。

注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃專項課題“基于質(zhì)性分析的中學(xué)物理學(xué)科教室課堂教學(xué)行為研究”（編號：C-c/2021/02/187）、江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題“指向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的初中物理5E教學(xué)模式應(yīng)用研究”（編號：D/2021/02/155）的課題成果。

參考文獻

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[3] 楊小春，朱超穎.初中物理圖像類問題的教學(xué)難點與策略分析[J].教學(xué)與管理，2021（16）：71-73.

（作者鄭智偉系江蘇省常州市第二十四中學(xué)天寧分校教師;朱超穎系江蘇省常州市第二十四中學(xué)教師）