初中物理探究教学中实验项目的设计与实施

吉临荣

科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式。苏科版初中物理课程结构以探究为核心，把探究活动作为构建物理知识结构、提高学生科学素养、体现课程理念的主线。项目学习旨在让学生运用已有的知识经验，在具体的情境中解决实际问题。

探究教学中的实验项目是依据课程标准和教材结构，创设真实情境，引入实验项目，开展项目探究，建构物理模型，解决生活中真实问题的一种学习方式；是一种以项目为载体，以“探究行为”为核心学习行为，以培养科学思维为核心的实验项目学习；其基本特征是情境、项目、探究、模型。在初中物理教学中融入实践项目，开展探究教学，可实现物理概念和学科素养的同步进阶。

一、实验项目的设计要求

将物理课程目标融入精心设计的实验项目，需要教师具备一定的专业技术和素养，所以实验项目的设计是一个难点，也是最重要的一个环节，其设计的途径如下。

1.基于标准。

实验项目的设计必须依据物理课程标准，其目标要与课程目标相对应。首先要做好“必做动作”，如课程标准中规定的学生必做实验项目等；其次要开发“自选动作”，创造条件设计一些实验项目，将其融入探究教学；还可设计以物理内容为主体的跨学科实验项目，增加学生动手、动脑的机会。

2.紧扣教材。

在初中物理探究教学中融入实验项目，不是对现有教材简单的补充或拓展，而是对现有教材进行整合，将其嵌入实验项目。首先，要用好教材。教材是教师教、学生学最基本、最重要的课程资源，要认真研究和解读教材。其次，要用活教材。初中物理教材中所选用的例子也不是唯一的，教师可以根据需要用更好的例子代替。最后，要创新教材。初中生的感性思维占主导地位，绝大多数知识需要通过实验现象来构建。

3.联系生活。

物理课程的理念之一是“从生活走向物理，从物理走向社会”，需要学生开展一些生活化的实验项目，解决生活中的实际问题。教师的教学经验和学生的生活经验是开发实验项目的源泉，教师要善于将学生的问题转化为课程资源。

二、实验项目的实施要领

实验项目的实施主要有项目引入、项目设计与实施、项目展示与评价三个环节，基本要素有：真实情境、实验项目、科学探究、模型建构。实施流程图如图1所示。

图1 物理实验项目实施流程图

下面，笔者以苏科版物理教材八年级上册第四章第三节“凸透镜成像的规律”为例，简述在初中物理教学中嵌入实验项目、循证实践的实施策略。

1.以真实情境引入项目教学。

教师在课堂上展示老式幻灯机，在其台面放上写有字迹的胶片，在光屏上呈现放大的像；拆下并观察幻灯机的镜头，发现镜头的主要部件是凸透镜。

引入项目：凸透镜在什么情况下成放大的实像？你能自制一台幻灯机吗？

滴灌是现代种植中最常见的浇灌技术之一，既能实现对灌溉水量的有效控制，防止水资源浪费，又能节省人力，从而在减轻人力负担的同时降低病虫害的发生。

真实情境能激发学生对实验项目的兴趣，驱动性问题是实验项目的灵魂，是项目主题和学习目标凝练后的产物，可以将学生引向对学科内容的深度学习。

2.实验项目的设计与实施。

学生要完成自制幻灯机的项目任务，首先要探究并掌握凸透镜成像的规律。

问题1：凸透镜还能成哪些像？成像性质与什么有关？

改变光源到凸透镜的距离，能观察到正立放大的像，光屏（有刻度）上能得到倒立放大的和缩小的像。引导学生猜想像的性质可能与物距有关。

问题2：多次改变物距，观察并记录光屏上所成最清晰像时的物距u和像距v，你能得出什么结论？

由学生自己动手操作，多次试验后总结：当u＞v时，凸透镜成倒立放大实像；当u＜v时，凸透镜成倒立缩小实像。

问题3：有放大的像，也有缩小的像，会成等大的像吗？如果会，物距可能是多少？

这一问题较难，在教学时，教师可引导学生定量试验与分析，最终得出结论：当u=2f时，凸透镜成倒立等大实像。由此完善结论：当u＞2f（u＞v）时，凸透镜成倒立放大实像；当f＜u＜2f（u＜v）时，凸透镜成倒立缩小实像。

问题4：实验中为什么没有得到正立放大的像？像可能在哪里？

引导学生猜想：可能在u＜f范围内成正立放大的像。

追问1：如何观察正立放大的像？

追问2：正立放大的像是实像，还是虚像？

最终建构模型：根据模型分析得出凸透镜成像的动态规律，一焦分虚实，二焦分大小；成实像时，物近、像远、像变大。

设计连续性探究任务（或驱动问题），不断寻找证据、解释证据，进而不断得出结论、完善结论，最终建构凸透镜成像规律的模型，这是实验项目展示的前提。

3.实验项目展示与评价。

任务1：如何测定幻灯机镜头（凸透镜）的焦距？

展示：学生根据凸透镜成像动态规律可知，将光源放大至很远处，像就会接近焦点，测出此时的像距，约等于焦距（实际测出约为30cm）。

任务2：自制幻灯机模型时，光源应放在什么区域？

展示：学生将光源放在距凸透镜30～60cm的区域，调整光源和凸透镜到屏幕的距离，在屏幕上呈现倒立放大的像。学生立即倒立放置光源，屏幕上出现正立放大的像。

拓展项目：自制一部照相机，并尝试拍摄远近不同物体的照片。

实验项目的产品可以是产品，也可以是设计方案等，教师可以借此对探究教学进行表现性评价。

三、项目实施的总结与思考

1.实施实验项目学习需要循序渐进。

实验项目学习对于培养学生的综合素养效果明显，但全部用项目学习代替原有学习方法也不现实。教师可以从设计一个实验项目，优化一节课的教学设计开始；积累经验后再把项目做大，同时设计脚手架，进行持续性评价，让学习不断进阶。

2.将实验项目作为学习评价的任务。

实验项目有大有小。大的项目可作为大单元的评价任务，如苏科版教材九年级下册第十五章“综合实践活动——对家庭用电的调查研究”就是对课程标准二级主题“电磁能”的学习评价；小的项目可以是对一节课的结构改造，甚至是对一节课中某个环节的优化，如“综合实践活动——设计并制作一盏模拟调光灯”是对九年级上册第十四章“欧姆定律”的学习评价；针对该章第一节“电阻”可以创新设计“制作一盏模拟分档调光灯”的项目，对尝试改变电路中的电流大小、探究影响导体电阻大小的因素、物质的导电性能进行评价。此外，实验项目也可长可短，完成时间也不局限于一节课。

3.实施实验项目需要加强团队合作。

实验项目的一个重要目标就是培养学生的合作能力。如在苏科版教材八年级上册第二章第二节“探究水的沸腾”实验项目中，需要计时、测温度、观察气泡多少和大小，还可以增加用分贝仪测量声音的响度、记录数据和现象的环节，需要多人分工合作完成，对任务或产品也尽可能以团队为单位进行评价。在大实验项目完成过程中，还可能需要教师、家长甚至相关领域的专家等作为外援。

4.实验项目需要物理与多学科融合。

物理学中与日常生活、工程实践、社会发展相关的实验项目本身具有综合性，涉及物理与多学科知识，需要转向真实情境中的问题解决，加强物理学科与其他学科、与生活和世界的联系。如在八年级上册第一章第二节“自制简易乐器并给乐器分类”的实验项目中，需要学生掌握声音的产生、声音的特征等知识；在设计过程中，需要引入音乐、数学等学科知识；在制作过程中，需要教师和家长的帮助。

5.实施实验项目需要控制资源成本。

开展实验项目需要考虑成本。如某同学在购买防晒伞时遇到困惑：现有内黑外浅、内浅外黑、内外都是黑色、内外都是浅色四种防晒伞，哪种防晒效果好呢？有学生网购了几元钱一张的紫外线感应卡，将四把伞以同一方式放在同一环境下，用紫外线感应卡在伞下同一位置测出紫外线的强弱，发现内外都是浅色的伞防晒效果最差。而有的学生准备购买价格上千元的紫外线数字测量仪用于实验，最后小组从实验成本角度决定停止探究，并形成了“防晒伞只要有一面是黑色，就能达到防晒的效果”的初步结论。

实验项目学习是一种新颖的学习方式，具有独特的学科优势和积极的育人功能。然而，经由实验项目学习形成的知识和技能可能缺乏逻辑性和整体性，有些知识点也难以开发出合适的项目；设计彼此关联的实验项目需要教师具备一定的素养、花费较大的精力。所以，项目学习只是学习方法中的一种，要与其他方法相结合。