陳 超

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 蘇州 215000;昆山市花橋集善中學(xué) 江蘇 蘇州 215300)

桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 蘇州 215000)

《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》(2017版)明確指出課程目標(biāo)以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)為導(dǎo)向，著力發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，特別是社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[1].核心素養(yǎng)著眼于人的全面發(fā)展，是知識(shí)、能力、情感態(tài)度的整合，具有整體性、普適性和跨學(xué)科性等特點(diǎn)[2].筆者認(rèn)為物理綜合實(shí)踐活動(dòng)是核心素養(yǎng)下新一輪物理教學(xué)改革的創(chuàng)新所在.它是一種基于物理知識(shí)和科學(xué)方法的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生圍繞項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行探究和設(shè)計(jì)活動(dòng)，通過經(jīng)歷全程的探究和設(shè)計(jì)深化對(duì)科學(xué)探究和技術(shù)的理解，提升科學(xué)探究能力和技術(shù)設(shè)計(jì)能力[3].一線教學(xué)中不少教師對(duì)其課程性質(zhì)的把握存在偏差，將它簡(jiǎn)單處理為以教師為主導(dǎo)的技術(shù)課或?qū)嶒?yàn)課，學(xué)生活動(dòng)完全在教師規(guī)定的框架內(nèi)進(jìn)行.課堂雖以學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為主，但僅訓(xùn)練了實(shí)驗(yàn)操作能力，學(xué)生分析、解決真實(shí)問題的能力沒有得到實(shí)質(zhì)性的提升.為此，本文嘗試結(jié)合地方資源、學(xué)校特點(diǎn)與學(xué)生差異，開發(fā)“自制彩色舞臺(tái)燈”的本土化初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)，以明確且貼近生活的項(xiàng)目任務(wù)為主線，利用驅(qū)動(dòng)問題幫助學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)完成作品的設(shè)計(jì)與制作，培養(yǎng)跨學(xué)科核心素養(yǎng).

1 “自制彩色舞臺(tái)燈”項(xiàng)目背景

研學(xué)旅行作為綜合實(shí)踐活動(dòng)的重要形式已被納入中小學(xué)階段的必修課程.學(xué)生通過旅行獲得具身體驗(yàn)，在真實(shí)環(huán)境與活動(dòng)的交互作用中獲得全面發(fā)展.筆者任教于昆山某所中學(xué)，學(xué)校每學(xué)年都會(huì)組織一次社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，“中國(guó)第一水鄉(xiāng)”周莊便是常去的一站.大量臺(tái)資企業(yè)的引入使得昆山有了內(nèi)地“小臺(tái)灣”的稱號(hào)，“海峽兩岸中秋燈會(huì)”是昆山在周莊舉辦的一大特色活動(dòng).燈會(huì)以水鄉(xiāng)、古鎮(zhèn)、田園江南格局為依托，將傳統(tǒng)彩燈和水霧、水幕、激光投影等現(xiàn)代光影藝術(shù)相融合，重點(diǎn)打造了“水鄉(xiāng)古鎮(zhèn)、臺(tái)灣老街、鄉(xiāng)村·祁莊”3個(gè)主題片區(qū)和“花巷與雨巷”燈光秀區(qū).信息時(shí)代的學(xué)生雖對(duì)燈光表演不陌生，但欣賞之后大多停留在視覺感嘆的階段，沒有了解或思考過舞臺(tái)燈的原理和結(jié)構(gòu).筆者抓住這一情況，融入初中物理電學(xué)、光學(xué)相關(guān)內(nèi)容與工程設(shè)計(jì)思想，滲透社會(huì)服務(wù)意識(shí)與民族團(tuán)結(jié)理念，開發(fā)了“自制彩色舞臺(tái)燈”的項(xiàng)目學(xué)習(xí).

2 “自制彩色舞臺(tái)燈”項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是指導(dǎo)、實(shí)施和評(píng)價(jià)教學(xué)的基本依據(jù)，確定目標(biāo)是教學(xué)設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié).“自制彩色舞臺(tái)燈”是基于現(xiàn)實(shí)生活的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力，學(xué)習(xí)任務(wù)相對(duì)復(fù)雜，其教學(xué)目標(biāo)的制定必須清晰、明確、操作性強(qiáng).現(xiàn)根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》相關(guān)要求，從物理核心素養(yǎng)的“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)層面出發(fā)，制定如表1所示項(xiàng)目目標(biāo).

表1 “自制彩色舞臺(tái)燈”項(xiàng)目目標(biāo)

2.2 項(xiàng)目實(shí)施

2.2.1 任務(wù)與驅(qū)動(dòng)

利用“表演體會(huì)情境”[4]，根據(jù)色彩、亮暗變化多端的燈光表演明確項(xiàng)目任務(wù)：以小組為單位設(shè)計(jì)與制作彩色舞臺(tái)燈，要求舞臺(tái)燈的亮度可調(diào)節(jié)，顏色可變換.

制作材料：電源(6 V)、LED燈泡(3.6 V，0.75 W)、燈座、開關(guān)、導(dǎo)線、定值電阻、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、電位器、彩色濾光片、電機(jī)、熱熔膠槍、硬紙板等.

任務(wù)驅(qū)動(dòng)1：如何使一個(gè)LED小燈泡發(fā)光？

學(xué)生在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中白熾燈用的較多，對(duì)LED燈較陌生.教師課前給出對(duì)比表格(見表2)，鼓勵(lì)學(xué)生利用圖書、網(wǎng)絡(luò)等資源從材料、能量轉(zhuǎn)換、電路連接特點(diǎn)等方面對(duì)白熾燈和LED燈進(jìn)行區(qū)分，完成表格內(nèi)容.學(xué)生對(duì)比發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管單向?qū)щ姷奶匦?，根?jù)白熾燈發(fā)光的簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)使LED燈發(fā)光的電路圖，如圖1所示.

表2 比較白熾燈與LED燈

圖1 使燈泡發(fā)光的簡(jiǎn)單電路

教師：你設(shè)計(jì)的電路能直接使用嗎？如何才能使LED小燈泡正常發(fā)光呢？

學(xué)生小組交流討論，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)器材的相關(guān)參數(shù)，通過簡(jiǎn)單計(jì)算發(fā)現(xiàn)電路中需要添加阻值約為12 Ω的定值電阻才能使LED燈正常發(fā)光.根據(jù)結(jié)論修改電路設(shè)計(jì)(如圖2所示)，完成實(shí)物電路的連接.

圖2 使LED燈正常發(fā)光的電路

分析：布置課前作業(yè)幫助學(xué)生做好學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，培養(yǎng)自學(xué)能力.通過表格對(duì)比，學(xué)生自然而然地從白熾燈的發(fā)光電路遷移設(shè)計(jì)LED燈的發(fā)光電路，形成一定科學(xué)思維.在計(jì)算電路保護(hù)電阻時(shí)，需要讓學(xué)生意識(shí)到LED燈不是純電阻，不能直接運(yùn)用歐姆定律計(jì)算它的電阻.閉合開關(guān)后會(huì)有小組出現(xiàn)發(fā)光二極管不亮的情況，引導(dǎo)學(xué)生自主討論原因，找到“調(diào)換電源正負(fù)極”的解決方法.此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步理解和運(yùn)用歐姆定律，強(qiáng)化安全用電意識(shí)，形成確保產(chǎn)品使用安全的基本設(shè)計(jì)思想.

任務(wù)驅(qū)動(dòng)2：海峽兩岸燈會(huì)的舞臺(tái)燈亮度或明或暗，如何才能改變LED小燈泡的亮度？

學(xué)生小組內(nèi)部先展開頭腦風(fēng)暴，提出在原有電路的基礎(chǔ)上加入不同阻值的定值電阻、滑動(dòng)變阻器、電位器等方案，并設(shè)計(jì)符合要求的電路圖(如圖3所示).

圖3 學(xué)生設(shè)計(jì)圖：調(diào)節(jié)LED燈的亮度

再以小組為單位面向全班展示設(shè)計(jì)圖，闡述設(shè)計(jì)思路，接受組間評(píng)議.方案(a)每次調(diào)節(jié)LED燈的亮度都需要拆解電路，重新連接，操作麻煩，且電路中LED燈的亮度不可連續(xù)調(diào)節(jié).方案(b)雖可有效解決方案(a)的兩個(gè)問題，但此調(diào)節(jié)方式實(shí)用性不高，制成的產(chǎn)品體積會(huì)比較大.方案(c)中用到了電位器，電位器的本質(zhì)與滑動(dòng)變阻器相同，但體積相對(duì)較小，旋轉(zhuǎn)旋鈕即可改變接入電路的阻值，操作簡(jiǎn)便.

教師：修改方案(c)使電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)LED燈變亮，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)LED燈變暗.

學(xué)生根據(jù)要求修改電路圖(如圖4所示)，并完成實(shí)物電路的連接.

圖4 學(xué)生修改后的設(shè)計(jì)

分析：根據(jù)海峽兩岸燈會(huì)舞臺(tái)燈的明暗特點(diǎn)提出驅(qū)動(dòng)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，強(qiáng)制學(xué)生主動(dòng)聯(lián)系電學(xué)知識(shí)給出多種方案，增強(qiáng)解決實(shí)際問題的能力.通過組間評(píng)議活動(dòng)，學(xué)生對(duì)不同的方案進(jìn)行審視與反思，學(xué)會(huì)科學(xué)質(zhì)疑與論證.明確方案優(yōu)缺點(diǎn)后，進(jìn)一步的修改要求幫助學(xué)生熟悉電位器的使用，學(xué)會(huì)判斷不同連接方式下電位器的電阻變化，同時(shí)使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)更符合日常使用習(xí)慣.

任務(wù)驅(qū)動(dòng)3：海峽兩岸燈會(huì)的舞臺(tái)燈色彩多變，我們又如何改變燈光的顏色呢？

學(xué)生的設(shè)計(jì)思路大致有以下幾條：

(1)根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)，在電路中直接并聯(lián)多個(gè)彩色LED小燈泡，每條支路上的LED燈各有一個(gè)控制開關(guān)，需要什么顏色的燈光，閉合對(duì)應(yīng)支路開關(guān)即可.

(2)根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)和光的三原色原理，在電路中并聯(lián)紅、綠、藍(lán)三色LED小燈泡，3條支路各有一個(gè)控制開關(guān)，通過三原色光不同比例的混合可得到不同的燈光顏色.

(3)根據(jù)透明物體只能透過與其顏色相同的色光，在普通LED小燈泡前更換不同顏色的濾光片即可改變燈光的顏色.

教師對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路給予充分的肯定，鼓勵(lì)小組對(duì)不同方案進(jìn)行評(píng)價(jià).

方案(1)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了，但若要實(shí)現(xiàn)燈光顏色的多樣性，需要的彩色小燈泡數(shù)量較多，制作成本高.方案(2)理論上能夠得到所有顏色的燈光，但實(shí)驗(yàn)操作難度較大，實(shí)際效果可能不理想.方案(3)只需在驅(qū)動(dòng)任務(wù)2的電路基礎(chǔ)上加上濾光片，操作簡(jiǎn)單，成本較低.

教師：方案(3)每次改變燈光顏色都要人為手動(dòng)更換濾光片，如何改進(jìn)才能使LED燈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變色呢？

學(xué)生集思廣益，形成解決方案.用硬紙盒制作一個(gè)燈箱，拿一塊硬紙板剪成圓形，圍繞紙板圓心打上大小合適的圓孔，每個(gè)圓孔分別粘貼不同顏色的濾光片，再將圓形硬紙板與電機(jī)連接固定在燈箱中，通過電機(jī)工作帶動(dòng)圓形紙板旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)LED燈的自動(dòng)變色，設(shè)計(jì)如圖5所示.

圖5 學(xué)生設(shè)計(jì)圖：改變燈光顏色

分析：此驅(qū)動(dòng)任務(wù)需要學(xué)生綜合運(yùn)用光學(xué)知識(shí)，靈活應(yīng)用不同物理原理設(shè)計(jì)解決方案.教師引導(dǎo)學(xué)生從方案的可行性、產(chǎn)品的實(shí)用性和美觀性出發(fā)評(píng)價(jià)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，使學(xué)生在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與完善中主動(dòng)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義建構(gòu)，學(xué)會(huì)多角度思考和分析問題.“舞臺(tái)燈自動(dòng)變色”的項(xiàng)目小任務(wù)也使學(xué)生深刻體會(huì)到科技方便生活.

任務(wù)驅(qū)動(dòng)4：完成舞臺(tái)燈的制作，附上產(chǎn)品說明書.

小組學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙分配組內(nèi)任務(wù)，填寫活動(dòng)記錄單.教師巡回觀察，適時(shí)且適當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)學(xué)生出現(xiàn)的問題，確保各小組能按計(jì)劃完成產(chǎn)品的制作.

分析：實(shí)際產(chǎn)品的制作可以使學(xué)生熟練掌握多種操作技能，培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力與創(chuàng)意物化能力，學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)分工與合作.制定產(chǎn)品說明書的任務(wù)也能幫助學(xué)生進(jìn)一步明確產(chǎn)品的原理、功能和使用方法，構(gòu)成產(chǎn)品開發(fā)的完整流程.

2.2.2 成果與反思

完成舞臺(tái)燈的制作后，教師組織開展產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，給出問題：如果你是消費(fèi)者，你更愿意選擇哪個(gè)舞臺(tái)燈呢？學(xué)生以小組為單位簡(jiǎn)單展示自制舞臺(tái)燈的設(shè)計(jì)圖紙、燈光效果、使用說明書等.發(fā)布會(huì)不僅僅局限于展示產(chǎn)品，學(xué)生還可以分享自己在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的收獲、遇到的問題和對(duì)“項(xiàng)目制作”這種學(xué)習(xí)方式的看法等.

拓展與延伸：

(1)學(xué)生制作的舞臺(tái)燈功能相對(duì)單一，與周莊燈會(huì)的燈還存在不小的差距.學(xué)生可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化，如增加角度調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)功能、設(shè)計(jì)“花巷與雨巷”燈光秀區(qū)的圖案燈等.

(2)課后作業(yè)：整個(gè)周莊海峽兩岸燈會(huì)使用了百余組彩燈，嘗試調(diào)查燈光秀消耗的電能，寫成調(diào)查報(bào)告.通過拓展作業(yè)啟發(fā)學(xué)生關(guān)注能源問題，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境之間的關(guān)系.

(3)海峽兩岸燈會(huì)全方位地展示了昆山與臺(tái)灣的交流合作成果，請(qǐng)你結(jié)合自身實(shí)際談?wù)勅绾芜M(jìn)一步促進(jìn)兩岸友好關(guān)系的建立.給予學(xué)生自由空間，在暢所欲言中進(jìn)一步深化民族團(tuán)結(jié)的愛國(guó)意識(shí).

2.2.3 交流與合作

小組活動(dòng)是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主要組織形式，交流與合作貫穿于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的全過程.每個(gè)驅(qū)動(dòng)問題的解決都是在組內(nèi)成員的討論、質(zhì)疑中完成的，而針對(duì)每個(gè)問題提出的方案也是在小組之間的展示、評(píng)議中完善的.學(xué)生通過學(xué)習(xí)共同體的合作與交流解決現(xiàn)實(shí)問題，在獲得理論知識(shí)、技能與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)也收獲了極大的成就感，激發(fā)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力.組與組之間的項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)也更有利于培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感，形成團(tuán)隊(duì)意識(shí).另外，教師也是學(xué)習(xí)共同體的一員，主要起著觀察、傾聽、指導(dǎo)的作用.

2.3 項(xiàng)目評(píng)價(jià)

初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)主張多元評(píng)價(jià)和綜合考察[1].“自制彩色舞臺(tái)燈”項(xiàng)目采用學(xué)生自評(píng)、生生互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)的多主體評(píng)價(jià)和口頭、匯報(bào)、列表賦分等多種評(píng)價(jià)方式，將評(píng)價(jià)貫穿于項(xiàng)目的每個(gè)環(huán)節(jié).除了對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)內(nèi)容更側(cè)重于學(xué)生個(gè)體的縱向發(fā)展情況.教師要深入分析產(chǎn)品背后的學(xué)生思想、創(chuàng)意與體驗(yàn)，利用寫實(shí)記錄、個(gè)別訪談、檔案袋等質(zhì)性評(píng)價(jià)方式時(shí)刻關(guān)注學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中的各種表現(xiàn)和處理問題的各種策略.整個(gè)項(xiàng)目力求通過多樣化、多主體、有針對(duì)性的適時(shí)評(píng)價(jià)層層挖掘?qū)W生潛能，激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)欲望，不斷增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力與綜合解決實(shí)際問題的能力.同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目評(píng)價(jià)反饋，教師可以靈活機(jī)動(dòng)地調(diào)整項(xiàng)目設(shè)計(jì)，不斷完善項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目實(shí)施等多方面內(nèi)容.

3 總結(jié)與建議

“自制彩色舞臺(tái)燈”的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，通過產(chǎn)品的開發(fā)與創(chuàng)新促使學(xué)生主動(dòng)整合跨學(xué)科資源，在一個(gè)個(gè)難點(diǎn)突破中逐漸培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)意物化能力.該項(xiàng)目還利用本土資源和地方文化打破了國(guó)家課程的單一性，通過真實(shí)學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，提高學(xué)習(xí)效率.當(dāng)然，這種全新的教學(xué)模式也對(duì)教師提出更高的要求.教師要充分把握教材內(nèi)容，了解學(xué)生學(xué)情，合理設(shè)置項(xiàng)目主題與驅(qū)動(dòng)任務(wù).項(xiàng)目學(xué)習(xí)的任務(wù)背景通常是現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題，內(nèi)含更多的知識(shí)難點(diǎn)和技術(shù)難題.這就需要教師提前預(yù)判項(xiàng)目實(shí)施的大致過程，清楚探究活動(dòng)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)與興奮點(diǎn)，做好充分的準(zhǔn)備.同時(shí)教師也要具備終身學(xué)習(xí)意識(shí)，不斷拓展各類知識(shí)儲(chǔ)備，強(qiáng)化掌握各種技能，提高自身教學(xué)素養(yǎng).

另外，本文僅僅是從初中物理學(xué)科的角度，抓住周莊的一個(gè)特色活動(dòng)“海峽兩岸燈會(huì)”設(shè)計(jì)了“自制彩色舞臺(tái)燈”項(xiàng)目.我們還可以利用周莊古戲臺(tái)的昆曲表演和舞臺(tái)表演的升降設(shè)備開發(fā)“自制昆曲古樂器”和“自制簡(jiǎn)易電梯”項(xiàng)目，組合形成本土化初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)系列課程，著重培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng).或者進(jìn)一步向外拓展從名勝遺跡、名人文化、紅色記憶、水鄉(xiāng)特產(chǎn)、家鄉(xiāng)發(fā)展等方面融入道德、歷史、藝術(shù)等方面的人文教育，構(gòu)建“周莊文化”綜合課程，全面培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).