“双减”背景下初中科创教育的探索与实践

【摘 要】《义务教育物理课程标准（2022年版）》明确提出了跨学科实践的要求。本文在“双减”背景下，依据S-3PBL科创教育模式，将计算物理教育理念融入初中物理跨学科实践，结合“针孔相机”课堂教学创新案例和“身高测量仪”课外校本跨学科实践活动创新案例，详细地介绍了具体实施步骤，总结课内、外的课程创新经验，探索如何有效发挥初中物理课程的创新人才培养功能，为“双减”背景下科学教育课程创新提供建议。

【关键词】“双减”;初中物理;项目式学习;S-3PBL-2

【中图分类号】G434 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2022）08-010-03

问题的提出

随着科学技术的不断发展，希沃白板、希沃授课助手等课堂教学软件和手机Geogebra 图形计算器、视频制作软件等数字化工具得到了广泛普及，在普适计算、泛在感知环境中，培养具有创新性、实践性的未来人才，成为了增强综合国力的重中之重。我国多次提出并强调创新驱动的发展战略，而人才驱动作为创新驱动的核心内容，它的发展直接影响着未来创新人才的培养与创新型国家的建设。

物理是科学教育的主要内容，是学生进行科技创新的重要抓手;物理核心素养的落实是科学教育的主要目标，是学生进行科技创新的能力基础。初中物理是一门综合性较强的学科，但我们容易将本应以理解生活、科学思维培养为主的教学，变为教师讲授知识、学生记忆和训练为主的教学，导致学生缺乏分析和解决真实问题的能力，缺少综合利用各学科知识进行实践的机会。科创教育，相较于传统的科学知识传授，更加重视知识的应用，注重培养学习者通过团队合作创造性地解决复杂的实际问题的能力。可以说，科创教育担当着培育创新人才的使命。

近年来，各地深入开展减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担（以下简称“双减”）工作，取得了初步成效。《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出，常规教学需要适当迈向跨学科的融合，要敢于打破学科壁垒培养学生的综合能力[1]。探索在“双减”背景下改进学科教学，提升学生学科核心素养水平具有重要意义。本文将计算物理教育[2]理念融入初中物理教学创新，强调加强普适计算认知，提高个体实际的或者复杂的问题解决能力;转变主流教学范式，培养未来创新人才;探索计算物理教育研究范式，创新学科教育理论;打破传统学科壁垒，探索物理学与工程技术、信息技术等进行跨学科实践的途径。依据S-3PBL科创教育模式，我们提出了初中物理S-3PBL-2科创教育方法，在课堂内外进行科创教育探索，如图1所示。课堂内探索将传统知识讲授转变为项目式学习;课堂外探索基于跨学科实践活动培养学生综合运用各学科知识解决问题的能力和减轻学生书面作业负担。

学校将初中物理学科教育与科创教育融合，探索出初中物理科创教育的实施路径。初中物理科创教育实践由校本课程、选修课程、课外活动、物理课堂四条路径组成。笔者在七年级下的校本课程“趣探究科学世界”中开展物理实验活动与微型科创项目（微制作）;在八年级“物理科创”选修课程中进行物理科创项目;利用“物理嘉年华”课外活动征集学生科创实践作品;在物理课堂中应用项目驱动的科创教学模式进行跨学科教学融合与创新。这四条路径相互联系，将科创实践活动融入学生的物理学习之中，发展学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神。

科创教育实践的两条路径

依据S-3PBL-2科创教育方法，分别在课内和课外两条路径开展教学实践，课内主要是在物理课堂中进行跨学科融合，课外通过校本课程、选修课程和课外活动进行科创教育实践。

1.关于初中物理课堂教学创新的案例探索

在初中物理课堂教学中，将教科版八年级上册物理第四章第一节“光源 光的直线传播”进行物理学与工程技术的跨学科融合教学。通过观察针孔相机1.0版、改进针孔相机2.0版、设计针孔相机3.0版三个活动，带领学生一起学习光源、光的直线传播条件、光线模型、小孔成像的特点及其应用等物理知识，以及利用光路图解释光学现象的基本技能。

（1）提出项目：自制针孔相机。

（2）确定问题：在观察针孔相机1.0版的组成部件后，设计并制作出2.0版本，最后思考如何对2.0版本进行迭代，升级为3.0版本。

（3）研究问题：观察针孔相机1.0版的关键结构有哪些？针孔相机2.0版如何正确选取成像物体、小孔和光屏？如何用针孔相机2.0版观察并总结成像特点？

（4）设计方案：在课中创设“用以致学”的新型课堂，学生观看教师提前制作好的针孔相机1.0版本的视频，从而设计2.0版本的制作方案。教师应注意引导学生在观看视频的同时思考1.0版本是否合理，是否需要全部重新设计，还是只需要改进，以及具体的改进方向。

（5）制造原型：引导学生利用已有材料完成针孔照相机2.0版的制作并观察成像特点，总结光学成像规律。利用针孔相机对成像原理进行一系列的探究，进一步研究其物理规律，通过物理知识完成对针孔照相机2.0版成像原理的解释，在老师的引导下完成针孔照相机的学案。

（6）发现实际问题：如何选取成像物体、小孔形状及光屏材料等关键结构，针孔相机还在成像清晰度、操作便捷度等方面有改进的空间。

（7）解决实际问题：通过生活经验、具体实验、查阅资料，得出最佳的材料选取组合并准确地总结出小孔成像规律;进行组内交流和组间交流，思维相互碰撞，思考如何针对各方面进行产品优化迭代。课后让学生优化产品，利用所学知识设计针孔照相机3.0版，在此过程中，从课堂的“用以致学”过渡到课后的“学以致用”。

（8）成果展示（交流活动）：课堂中，教师使用希沃白板教学，学生使用希沃授课助手投屏，以视频、PPT等方式开展成果展示报告会，展示制作、迭代改进过程、作品实物和模型原理等，让全班同学能够清晰地观察实验现象。学生借助问卷星小程序进行自评与互评，数据能够实时反馈至后台直接公布得分，这极大地提高了统计效率，保证了得分的公平性与过程的透明性。

不同于以往“学以致用”的传统课堂，科创教育重构后的物理课堂以项目研究为主线，在制作中探究其原理，总结规律，学习知识，创设“用以致学”的新型课堂。学生利用所学物理知识结合产品制作的实际问题，比如外观造型、成像效果、使用场景等，设计出针孔照相机3.0版，进行产品的优化。在这个过程中激发学生从跨学科角度思考问题的意识。在光学这一章节的学习中，以成像元件为研究项目主题，教师和学生还进行了“万花筒”“凸透镜相机”“伪3D投影仪”等相关光学成像器件的制作、原理探究、改进和创新。

2.关于初中物理课外教学的案例探索

在物理课堂之外的校本课程、选修课程和课外活动中同样开展了学生跨学科实践活动。以课外活动为例，在“双减”政策背景下，紧密结合课内教学，根据国家课程教学内容以及学生的实际自我能力提升需求，提出跨学科实践的主题并构建真实的情境，探索物理作业的多样化，指导学生完成跨学科实践作业。

（1）提出项目：自制电子身高测量仪。

（2）确定问题：如何设计一个电路测量身高。

（3）研究问题：研究怎样把身高的长度数据转化为电路中的电表示数。

（4）设计方案：身高是长度数据，而恰好滑动变阻器的阻值和滑片与两端接线柱之间的长度距离有关。如果所测身高发生变化，则滑动变阻器的滑片高度位置随之变化，阻值改变，从而影响电路中的电流和电压，并且身高和电表的示数一一对应。设计的电路图最好能让电流表或电压表的示数随所测身高的变化是均匀的，方便把电表直接改装成一个身高表。

（5）制造原型：根据电路设计图制作成品。使用成品进行实验测量，将所测数据导入手机软件Geogebra图形计算器，生成函数图像并得出数据拟合公式。

（6）发现实际问题：成品A的函数关系不是一次线性函数，电压表示数不会随身高均匀变化，而是随身高的均匀增高逐渐加速增大。

（7）解决实际问题：改进设计电路为假滑变电路，由于电压表的内阻很大，接入电路的总阻值几乎不随电压表接头的位置变化，电流大小可认为恒定不变，使得电压表的示数随身高均匀变化。优化产品为电子身高测量仪成品B，重新测量数据，并再次导入手机软件Geogebra 图形计算器，生成函数图像并得出计算公式。

（8）成果展示（交流活动）：小组进行实验研究后，对成品A和B进行班级内的现场测量展示，由全班同学共同评估。

相对于死记硬背、机械重复的常规作业，跨学科实践作业通过小组合作完成，有利于学生的创造性学习和实践操作，让每个学生都可以结合自己的兴趣和特长来完成，培养其动手能力的同时，输出自己对物理的理解，加强对各学科知识的综合应用能力。学生深度体验项目，在设计和制作的过程中不断根据实际问题调整细化方案，从原理到外观，从器材选取到测量精度，不断地进行探究和改进，结合物理课中学习的基本电学知识，不断尝试利用多种技术手段进行调试。手机软件Geogebra 图形计算器、视频制作软件等数字化工具的使用，发展和构建起完整的科学素质，提高了学生借助现代信息科技解决问题的能力。

科学教育已经发展到第三个阶段，在普适计算、泛在感知环境中，数字化工具不再只是教育辅助工具，而是成为了科学教学、科学探究的重要手段。物理是科学教育的主要内容，在课内和课外的初中物理课程与科创融合的跨学科教学创新实践，不仅为物理学科教育创新和发挥学科育人功能提供了经验，基于案例还为“双减”背景下中小学的课内和课外科学教育课程创新提供了建议。

结束语

本文借助数字化工具创新初中物理教学，依据S-3PBL科创教育模式，探索出了S-3PBL-2科创教育新途径和新方法：课内学生通过动手实践掌握科学知识，深化知识的理解与运用，加强学科教学的实践性;课外学生通过科创项目加强跨学科知识综合应用能力，让学生逐渐建立起利用跨学科的知识、技能解决实际问题的意识和能力，发展和构建起完整的科学素养，并按照“双减”的要求，减轻常规作业负担。

未来可以进一步探索如何在“双减”背景下改进中小学课堂内外的科学教育，拓展数字化虚拟学习空间，充分利用科技馆等校内外资源，借助数字化手段为师生赋能，让科学在更真实的情境中被体会，在解决真实的问题中被获得，从而有效地提高学生动手操作的实践能力、分析解决问题的综合能力，切实培养学生核心素养、创新精神和信息素养，落实创新驱动的发展战略要求。

参考文献

蒋炜波，赵坚. 新修订“义务教育物理课程标准”的特点探讨与实施建议[J].中学物理，2022（10）： 2-6.

项华，曾子珉，刘靖怡. 计算物理教育的逻辑起点、途径及未来图景[J]. 中小学信息技术教育，2022（Z1）： 102-106.

作者单位：四川成都市石室天府中学