试论高中物理实验设计与通用技术融合的必要性

党的二十大报告指出，“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。创新，这个伴随人类生存和发展的话题，在知识经济时代，又一次成为全人类最具影响力的概念、最响亮的主题词之一，成为时代精神的聚焦。创新的核心要素是创新思维。面对知识经济的挑战和机遇，大力促进思维科学的发展，加强科学教育，培养更加具有科学素养、更加具有竞争力和创造性的新一代公民，是时代向教育界提出的要求。

高中物理学科核心素养和通用技术核心素养

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力，是学生发展核心素养在各个学科中的具体体现。高中通用技术学科核心素养主要包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力五个方面。

高中物理实验设计是为了帮助学生理解物理概念和规律，针对学生在学习物理过程中的薄弱环节，有明确的实验目的、实验原理、实验步骤、实验结论等，由教师设计或改进实验装置用于演示实验，或者是让学生根据实验目的自己设计实验方案用于分组实验。

通用技术课程的侧重点在于解决实际产生的问题，高中物理的侧重点在于对未知问题进行探索。通过本课题的研究，我们期待能够促进学生将高中物理和通用技术知识、方法融会贯通，将通用技术的设计思想应用到高中物理的实验设计中，突破高中物理概念和规律的教学难点，推动物理教学与通用技术教学融合发展，促进学生物理观念和科学思维核心素养的落实。

高中物理教学的困惑

物理是一门以实验为基础的学科，很多物理概念和规律都是通过实验得出的。学生要理解这些物理概念和规律的本源，必然要进行物理实验。但高中物理新教材实验数量有限，尚不能充分满足学生对一些物理概念和规律理解的需要。

我们发现，高中物理教学中，有些物理概念和物理规律比较抽象。由于学生的生活阅历和生活经验不同，在高中物理的学习过程中，很多学生对某些物理概念和规律缺乏亲身的经历和体验，不容易理解。即使教师多次讲解，一些学生仍然很茫然，经常是仅仅记住了教师的语言叙述，导致物理概念和规律学习困难，形成教学难点。学生难以深入理解物理概念和规律的本质，难以与生活实际相联系，难以将其转化为知识体系的一部分。

作为教师，针对学生学习的薄弱环节，我们期待能够紧抓高中物理与通用技术的契合点，运用通用技术的理念和方法，开展实践项目的研究。教师可以自己动手设计一些实验，或对已有实验进行改进，提高实验设计的水平，加深学生对物理概念和规律的理解、认识，提升学生的物理观念和探究意识，提高学生对物理知识的迁移能力，形成更为完整的知识体系，促进高中物理核心素养的达成，满足学生终身发展的需要。

搭建高中物理与通用技术融合的平台

首先，教师要找到学生难以理解的物理概念和规律，找到教学难点，通过梳理，确定实验设计项目，搭建实验设计平台。其次，教师以通用技术的设计理念和思想为指导，依据物理实验设计原理，将这些物理设计实验转化为通用技术的研究项目，开展通用技术的项目式学习，进行设计分析、方案构思、方案呈现、方案筛选，确定最佳设计方案。最后，教师根据设计方案，准备实验器材和耗材，制作实验装置，并运用这些实验装置进行相应的实验，对实验效果进行评估，对实验装置进行优化改进。

国内外文献综述

国内对高中物理实验设计的研究很多，四川省宣汉中学教师陈友道以中学物理设计性实验为研究主题，分析了物理设计性实验在物理教学中的地位、作用和设计原则、思维方法及其数据处理方法等，列举了大量物理设计性实验例题，着眼学生学习能力的培养。

华南师范大学附属潮州学校郑世平的《基于核心素养的高中物理实验创新设计》，以“探究影响感应电动势大小的因素”实验为例，对教材中的实验进行了创新。甘肃省会宁县第三中学吕进勇的《浅议通用技术思想在物理实验中的运用——以测定凸透镜的焦距和研究平抛物体的运动实验为例》，以通用技术系统化的思想和设计需要不断优化改进的理念为指导，运用设计的一般过程对两个物理实验进行改进，增强了实验效果。江苏省兴化中学顾晓斌的《跨学科培养通用技术学科核心素养的思考与实践》，是江苏省教育科学“十三五”规划立项课题“基于新课程改革的高中各学科核心素养校本化构建及互融共生研究”的成果之一，通过添加动滑轮，对“探究加速度与力和质量的关系”实验进行了创新和改进。

内蒙古师范大学物理与电子信息学院苏虹的《高中通用技术课基于物理器具制作开展 STEAM教育活动实践——以静电起电机制作为例》，运用STEAM教育理念，把物理器具制作作为通用技术的实践项目，开展STEAM教育活动，并以学生制作静电起电机活动为例进行了探讨。贵州师范大学物理与电子科学学院周先敏的《高中物理教学与通用技术实践融合的初步探讨》，总结了田军霖和何积苍老师关于实验装置的改进，认为将通用技术实践引入物理课堂教学中，可以提高学生的创新能力和动手实践能力，又找到了一个提高学生科学素养的新渠道。

南京工业大学孙义杰的《高中物理与通用技术学科教学整合思考》发表在《学习周报·教与学》上，介绍了教师在讲到匀速圆周运动中的线速度、角速度和转速等概念及它们之间的联系与转换的问题时，及时与通用技术进行了整合。

国外没有通用技术的课程名称，技术工程教育相当于我国的通用技术课程。通过对文献的查询和分析，可以看到，国外十分重视技术工程教育与物理融合教学。

德国一直提倡综合教育，主张将劳动技术教育和学校的各个学科教育结合形成综合技术课，设置了很多研究主题。学生综合运用自然科学和社会科学等知识进行研究，培养逻辑思维能力，在劳动中开展自我教育，形成正确的观念。湛江师范学院外国语学院刘晓玲在《职业技术课程与学科课程融合》一文中指出，“美国将科学课程和技术课程融合教学，让学生在技术问题探索活动中学习科学知识”。湖北大学物理与电子科学学院吴维宁在《美国物理新教法评介》一文中提到，“美国提倡‘做中学’，提倡自主探究，为学生营造一种真实问题解决的教学环境，指导学生在电脑上建立模型，将物理与技术融合起来教学”。

综合国内和国外的研究可以看到，国内的多学科相互融合学习正在开展，运用通用技术理念和方法改进物理实验的研究正在进行，国外提倡各学科综合学习。但是，大多数研究是物理实验的设计，而以提高学生的核心素养为目的，对通用技术跟物理教学相结合的研究实践还不多，用通用技术理念和方法指导物理实验设计的研究深度还不够。河南省对高中物理和通用技术融合的研究还很薄弱，很多方面的实践和研究尚属空白，亟须开展学习和实践。本课题将继续开展高中物理实验设计和通用技术融合的实践研究，期待研究成果能够在高中物理教学中得到推广。

（本文系2023年度河南省教育资源保障研究一般课题“高中物理实验设计与通用技术课程融合的实践研究”的阶段性成果。课题立项号：2023JZB278）

（黄淑红单位系郑州市第十八中学，江言安单位系郑州市第七高级中学，孙海洋单位系郑州市第十八中学）