基于关键能力提升的初中物理综合实践活动创新设计——以“测量工具的制作与使用”为例

庄益君 季卫新

(1. 江阴初级中学，江苏 江阴 214431；2. 南京市雨花台区教师发展中心，江苏 南京 210012)

1 关联：初中物理关键能力与综合实践活动关系分析

《义务教育物理课程标准》(2011年版)的课程基本理念：提高全体学生的科学素养；从生活走向物理，从物理走向社会；提倡教学方式多样化，注重科学探究等，隐含了初中生物理学习应达成的必备品质和关键能力.《江苏省义务教育学科核心素养与关键能力框架(试行) 》的物理学科能力表现框架由三个能力维度构成：学习理解、应用实践、迁移创新.可见关键能力的提升成为了初中物理教学的共识.其中：

概括理解指学生在学习物理知识的过程中表现出来的能力，包括“观察与建模”、“概括与推理”和“辨析与梳理”等能力.

实践应用指在应用物理知识解释自然现象和解决实际问题过程中表现出来的能力，包括“分析与解释”、“思想与方法”和“反思与评价”等能力.

求实创新指学生在学习与问题解决中要有证据意识，能够合理地进行知识迁移以期有新的思考和发现，具有质疑和实证、知识迁移的能力，包括“求实与质疑”和“迁移与创新”等能力.

苏科版初中物理教材安排了“综合实践活动”的教学内容，是一种全新的课程形态，它既不是单纯的学科课外活动，也不是纯粹的实验课程，它是直接以“整合”和“实践”为其基本特征的一个典范，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，培养学生综合素质的实践性课程.

物理综合实践活动注重引导学生联系生活实际,运用知识自主发现和解决问题,走进自然、社会和生活,丰富实践经验,转变学习方式,全面发展综合素质.通过对物理综合实践活动创新设计，可以提升初中物理核心素养中的概括理解、实践应用、求实创新的关键能力.

2 例谈：关键能力视域下初中物理综合实践活动的设计

物理综合实践活动的创新设计尊重单元设计理念，按照日本学者佐藤提出的 “主题—探究—表达”方法进行设计.其具体设计步骤如图1所示.采用该方式来设计单元教学就可以让学生梳理单元内容确定主题，搜集各类信息设计方案，合作探究参与实践，评价质疑作品，求实创新.

图1 单元设计流程图

下面以“测量工具的制作与使用”案例教学设计为例，谈谈关键能力视域下综合实践活动的实施方法： (1) 单元设计，制定方案；(2) 合作探究，作品呈现；(3) 课堂展讲，质疑创新.这样的综合实践活动旨在培养学生的物理核心素养，提升初中物理核心素养中的概括理解、实践应用、求实创新的关键能力

2.1 单元设计，培养概括理解能力

初二力学可分为知识技能和实验探究两个部分；力学部分的综合实践活动设计可以找出两大板块的联结点，再确定主题.我们采取学生自拟课题上报的方法,充分发挥学生的主观能动性.收集了每组学生的课题后，发现好几个组都提到了测量工具的自制、使用、改进，于是尊重学生的原生态想法，提出“仪器嘉年华”这样一个时尚的活动主题.该主题将貌似独立的仪器(如天平、量筒、水平仪、弹簧测力计、密度计)进行整合，把仪器自制的过程与测量原理的学习方法相结合,形成一个相对完整的系统.自制仪器的过程不仅要对被测物理量进行深入理解,还必须要了解其测量原理、制作方法、使用注意事项.通过基本测量仪器制作与测量实践的整合，达到加深理解物理概念的内涵与外延，比较知识间的差异和联系，形成新的知识结构，提升学生理解能力.

以“密度计制作”为例，围绕实验器材制作,我们提出了以下问题： (1) 如何使细管竖直漂浮于水中； (2) 如何在密度计上标出刻度； (3) 如何检验刻度的误差； (4) 如何用自制的密度计测量可乐、食油、酱油等液体的密度； (5) 如何使测量的结果更精确.其中问题(1)的解决，需要学生对密度计的原理进行深入理解；问题(2)、(3)、(4)的解决，必须在合作探究过程中完成,培养了学生的实践应用能力；问题(5)的解决，有赖于对实践活动过程与结果的反思,在评价质疑作品的问题中，求实创新，形成思考、批判、创新能力.

具体而言,密度计是根据漂浮原理制作的，浮力的大小等于重力大小，所以选择比被测液体密度小的物体才能实现漂浮.从简单的概念理解上看，漂浮原理能解释密度计的制作原理，然而通过实践活动操作后，发现密度计是会浮在水面，但易倒靠杯沿上.所以密度计的制作原理应完善为竖直漂浮在被测液体.这种原理理解与操作实践的冲突，引发学生进一步思考.

在实践中有3组学生分组实验设计的密度计选材如下：

图2 甲组：木棒、石蜡、螺钉 图3 乙组：铅笔、铁丝 图4 丙组：吸管、铁丝

2.2 合作探究,培养实践应用能力

实践应用指在应用物理知识解释自然现象和解决实际问题过程中表现出来的能力.在问题情境中构建出物理模型，能应用物理知识对物理现象和实际问题进行合理解释；科学选择如控制变量、转换等思想方法解决问题；灵活应用数理思维方法,能应用图像、方程等数学方法解决问题.在密度计制作与测量的综合实践活动中，合作探究是课题重要的实施过程.本操作环节是学生课外合作完成的，从主题的确立，作品的制作，作品的功能测试，都是学生在不断论证、处理数据信息、合作探究完成的.在设计实验作品的开始，就已改变教师过度控制的格局， 给足学生的空间，不受教材中思路的束缚，不受实验器材的限制，期望学生的设计有所创新.

在密度计刻度标定的探究过程中，小组要完成以下问题的突破：如何在密度计上标出刻度？如何检验刻度的误差？对初中生而言，与以往用已有标度的仪器进行测量相比，是一种逆向思维，难度较大.

图5 液体密度与密度计浸入深度关系图

甲组同学：借鉴弹簧测力计的制作方法.想通过多种已知密度的液体，用图2所示的密度计分别测标出各密度的刻度，制成简易密度计，但事与愿违，在用食用油测试时，密度计触底.于是，小组同学开始寻找问题，研究对策.从原理入手，F浮=G物可以减少自重实现再次漂浮.通过公式ρ液gSh=G物可知，增加浮力，可以将装油的容器换成形同量筒状的容器，增加浸入的深度.随之，他们有更深入的发现，对于确定的密度计，ρ液h的乘积是个定值，于是他们借助多个测量数据，画出图5，进行分析：

(1)ρ液和h成反比；

(2) 只需测出此密度计在水中的深度，就可根据ρ液h液=ρH水,标出其他位置的密度值.

图6 液体密度与密度计浸入深度关系图

同组同学将图像进行重新找点，绘制成图像6，又发现：

(1) 浸入的深度越深，密度越小，于是就得出密度计的刻度“上小下大”.

(2) 横坐标增加相同的深度，纵坐标对应的密度减小的越少，即“上疏下密”.

甲组同学通过实践操作，合作探究，小组分析，在数理分析的基础上,使密度计原理和测量过程中的问题层层深入，实现了学习理解和实践应用的新境界.

乙组同学：根据阿基米德原理有ρ水gSH=ρ液gSh，因此h=ρ水H/ρ液，思维层次已经得到提升，利用被测液体与水的密度之比=浸入水中和被测液体的深度之比，来标定各刻度线.乙组的实验数据有明显偏差.小组成员再认真阅读教材后，发现选择削成此形状的铅笔违背了实验原理，因为不是柱体，V=Sh，不成立，这种标定刻度的方法不正确.

2.3 评价质疑，培养求实创新能力

求实创新指学生在学习与问题解决中要有证据意识，能够合理地进行知识迁移以期有新的思考和发现，具有质疑和实证、知识迁移的能力，包括“求实 与质疑”和“迁移与创新”等能力.具体而言，要能有依据地得出结论，对现有的结论有求证意识，敢于发表自己的见解.

综合实践活动成果展示最精彩的部分就是课堂展演，这也是最能发展学生表达能力、批判质疑、迁移创新能力的机会.为了提高课堂展演的可操作性.本阶段分两个环节进行，第一个环节进行作品评价，第二环节进行作品展讲.由于每个主题至少都有两个或以上组制作，同主题的两组可以进行PK，如果第一环节作品PK后，被淘汰的组可以在第二环节作品展讲过程中，对对方展讲部分进行质疑，同样可以获得积分，评价表设计为表1所示.

如“密度计制作和使用”主题的3组同学，在展讲环节有如下表现，某组因作品制作时选择的原理有问题，所以作品评选环节得分不高，于是就从质疑、评价、提出优化建议的角度获得积分.

有的同学从选材方面提出观点：用木棒做密度计的主材易浸水后膨胀，铅丝缠绕后改变自重较麻烦，且改变了柱形的外表要求，不合适.于是提出用柱形塑料管，内部用石蜡封装一些小铁钉.

表1 项目评价表

有的学生对配重要求提出观点，为了兼顾量程和分度值，要根据ρ水gSH=G物,和h液1-h液2=G物SG(1/ρ液1-1/ρ液2)，进行计算，确保能测量常见液体的密度.

这样的综合实践活动评价注重形成性评价和综合性评价的结合，关注了评价主体的多元性,尽可能挖掘学生的进步空间，培养学生善于提出问题，巧妙建模；合作学习，自主探究；善于表达，批判质疑的创新精神，都涵育着核心素养的关键能力的培养.

3 总结：初中物理综合实践能够提升关键能力

综合实践活动对关键能力的提升有着不可估量的作用.虽然短时间内，部分教师对综合实践活动的重视程度不够，实验器材还不足.但从培养学生全面发展的长远角度，综合实践活动这个利器，必定能培养学生核心素养的关键能力.