基于真实性学习的初中物理实验教学--以“变阻器”为例.pdf

E-mail:36.教学设计2023年5 月中物理教学参考第5 2 卷第5 期基于真实性学习的初中物理实验教学以“变阻器”为例*田永华（重庆复旦中学重庆400000)文章编号：10 0 2-2 18 X(2023)05-0036-04中图分类号：G632.3文献标识码：B摘要：基于真实性学习理念，以教材为基础，通过创设真实的情境，挖掘真实问题，设计让学生真实参与的探究活动，对教材实验教学方案进行二次开发，并将评价介入课堂学习过程，及时修正教学活动，让学生在真实学习中习得解决问题的能力。关键词：真实性学习实验教学；教学设计一、提出问题义务教育物理课程标准（2 0 2 2 年版）指出：物理课程核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面 1。科学探究是建立新知、解决问题的途径，也是解决问题的方法和手段，主要包括实验探究和理论探究。初中阶段的科学探究主要体现在实验探究方面。教育部关于加强实验教学的意见中指出：加强实验教学研究与探索；注重实效，强化学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造；在实验教学中要遵循学科特点，积极推动学生开展研究型、任务型、项目化、问题式、合作式学习。然而，教师往往并不重视实验资源的开发，往往将探究性实验变成验证性实验，将学生探究实验简化为教师演示实验，将演示实验变为黑板画实验等，这种实验教学方式很难让学习真正发生，只是能提高学生成绩，却没有提升其发现问题、解决问题的能力。核心素养是在时代变换背景下对个人素养的重新考量，素养的核心是“有满足情境之需要的态度、恰当性和充分性”，即“解决真实情境中问题的能力”2 。要获得这种能力，就要让学生做真实验、真做实验，在实验过程中获得解决真实问题的能力，这就需要教师从真实学习的视角对初中物理实验资源的开发与运用进行审视和实践。二、真实性学习与科学探究的关联真实性学习是将学习置于一种特定情境，以关注真实世界的问题，促进学生建立高阶思维为特征，培养学生的综合能力。真实性学习聚焦真实问题，鼓励学生合作探究，把学生看作学习的主体 4。真实是指表现在真实学习情境中，发现值得探究的真实问题，在真实而具有挑战的任务驱动下，亲历观察、比较、体验、推理、辨辩析的认知过程，引发高阶思维，解决真实问题，让学习真实发生。科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素。真实性学习与科学探究的关联如图1所示科学探究真实性学习情境生疑真实情境引发问题问题真实问题证据真实参与活动解释真实分享交流解决真实问题变式迁移习得能力图1科学探究和真实性学习都是基于问题展开，真实性学习的关键就是在与学生相关联的真实情境中，提出问题；科学探究寻找证据的过程就是学生真实参与*重庆市渝中区教育科学“十四五”规划2 0 2 1年度课题名师工作室专项课题“基于“真实学习”理念初中物理实验资源开发与运用”，课题编号：2 0 2 1-ZX-17。E-mail:.教学设计May.2023物理教学参考Vo1.52 No.5活动探究的过程；解释和交流指向真实性学习的真实分享；学生亲历科学探究包含的问题、证据、解释、交流等要素，让学生在变式迁移中习得解决真实世界问题的能力。从这个意义上来说，真实性学习是培养学生核心素养中“科学探究”这一素养的有效途径。三、基于“真实学习”理念的初中物理实验教学1.创设真实情境，引发探究问题核心素养视角下的学习是个体与情境在持续互动中，不断解决问题和创生意义的过程。如图2 所示，在了解学情的基础上，对教材原有情境进行开发，创设本节课需要的真实情境，加强学生对真实问题的理解。情和教结合学引发问题问题教材情境学目标创设真子问题1和问题实情境子问题2子问题3图2【案例1】让小灯泡的亮度发生变化有多种方法。例如，改变电池中串联电池的数量会影响灯泡的亮度。提问在不改变电源两端电压的情况下，你有什么办法改变小灯泡的亮度？情境1在演示板上设计一个由电池、小灯泡、铅笔芯串联的电学暗箱。将铅笔芯一端固定，一端可以滑动。只露出灯泡部分，其他部分遮挡。连通电路，灯泡发光，复习电路、电压、电流、电阻等概念，滑动铅笔芯的可滑动端，引导学生观察灯泡的亮度。提问向用哪些方法可以让小灯泡变暗？设计意图创设的情境和教材情境相比，有三点变化。首先，用暗箱实验唤起学生原有认知；其次，针对改变灯泡亮度方法的设问更加开放，且不要求亮度连续变化，让学生充分表达自己的见解；最后，把“改变灯泡亮度”变为“让灯泡变暗”，让教学贴近生活实际，也利用铅笔芯电阻太小，无法进一步让灯泡变暗进行铺垫，从而引出变阻器的内容。【案例2】教材直接给出了滑动变阻器的图示，介绍滑动变阻器的构造，并在学生实验“练习使用滑动变阻器”开始位置让学生观察滑动变阻器的结构。问题1为什么要将与滑片接触的电阻丝的绝缘层刮掉？哪两个接线柱之间的电阻是不变的？哪两个接线柱之间的电阻很小？移动滑片时，哪两个接线柱之间的电阻随着改变？向哪个方向移动时电阻变大？情境2 基于“情境1”进一步创设具有递进关系的情境，诸如，生活中的台灯或者睡眠灯，需要把灯泡调节得更暗，从而达到保护视力的目的。问题2 火灯泡没有彻底变暗，原因是什么？如何改进？设计意图学生在新的情境中思考并讨论得出：铅笔芯电阻小，对灯泡亮度影响有限。将电阻变大，如换导电性差的材料、使导体变长变细等。在实验改进中，明确“滑动变阻器中为什么要使用镍铬合金丝？为什么金属丝的横截面积极小？为什么要采用绕线的方式？为什么会有滑片和四个接线柱？”等关键问题，解决了教材直接给出滑动变阻器的构造，学生却难以理解的问题。【案例3】在认识变阻器结构的基础上，教材给出了明确的电路图，让学生按照电路图连接电路，把“如何连接滑动变阻器”这一问题直接抛给学生。情境3将教材电路图进行二次开发，即，将滑动变阻器接线柱的连线情况擦除。问题3女如何连接滑动变阻器才能改变灯泡亮度？设计意图连人电路的滑动变阻器要改变灯泡亮度需要具备两个条件：一是和灯泡串联，二是接线柱要“一上一下”。针对前一个问题，学生可以通过已有知识分析得到答案；后一个问题则需要让学生先思考，再通过实验加以验证，创设的情境要能让学生在真实参与中解决问题得出答案。2.构建课堂活动，以任务驱动学习问题是课堂活动设计的依据。如图3所示，利用课堂活动去解决若干个分解子问题，在基于任务的学习活动中激发思维的发生，即学习的真实发生。问题基于任务的学习过程子问题1构建课子问题2堂活动子问题3图3活动1教师揭开遮挡部分，利用ppt同步给出E-mail:38.教学设计2023年5 月中物理教学参考第5 2 卷第5 期实物图，设问：你能结合实物图分析灯泡亮度改变的原因吗？学生小组讨论后进行分享，在小组分享的基础上，明确铅笔芯通过改变连入电路部分长度来改变连人电路部分的电阻大小，从而改变灯泡亮度，并给出变阻器的原理。设计意图让开发的问题“如何改变灯泡亮度”聚焦于本节课的主题，即通过改变电阻丝的长度改变其接人电路中电阻的大小，从而改变小灯泡的亮度。为理解变阻器的原理奠定基础，让学生更容易接受新知识。活动2 孝教师引导学生小组合作并描述滑动变阻器的结构。学生观察滑动变阻器，描述其大致结构及铭牌的含义，教师现场自制滑动变阻器。设计意图让学生经历“思考一体会一总结一明确”的课堂思考过程，通过自主体验，思考认识滑动变阻器结构，小组合作加以总结，最后，通过教师现场自制滑动变阻器明确其结构。活动3教师布置“尝试用滑动变阻器改变小灯泡亮度”的任务。如图4 所示，按照自已的设计选择滑动变阻器的两个接线柱连接电路，在学案上记录实验情况。学生按照要求分组实验，填写学案如表1所示。D图4表1衣1灯泡亮度变化电流表示数变滑片滑动方向连接方法（变亮、变暗、化（变大、变(向右、向左）无变化）小、无变化）小组分享实验方案和实验现象，指出滑动变阻器的哪一部分接人电路，总结滑动变阻器接线方法“一上一下”；滑动变阻器接入电路部分的电阻变大，电路中的电流变小，可以保护电路安全，因此，闭合开关前，滑片应该置于阻值最大处。教师追问通过实验我们成功地用滑动变阻器改变了小灯泡亮度，掌握了使用方法，还发现滑动变阻器可以调节电路中电流的大小，那么，滑动变阻器可以调节电路中其他用电器的电压吗？设计意图光将教材中的完整电路擦除一部分，让学生自主思考，通过实验明确接线柱的接法、改变灯泡亮度的调节方法、滑动变阻器可以改变电路中的电流等知识点，让实验探究落到实处。活动4.利用滑动变阻器改变定值电阻的电压。教师给出电路图，让学生将原电路中的灯泡换为5 欧姆的定值电阻，并让学生滑动滑片，观察是否可以改变定值电阻两端电压，如图5 所示。在此基础上，将电压表示数调为1V；滑动滑片，将电压表示数调为0.5V。操作前，先让学生猜想滑片移动的方向，然后验证猜想。学生按照要求分组实验，记录学案，如表2所示。教师总结吉结合电路图可知，滑动变阻器即可以调节电路中电流，也可以调节电路中其他用电器两端的电压。0.3V15图5表2电压表电压表示电流表电流表示滑片滑动示数/V数变化示数/A数变化方向1变小0.5E-mail:39萍）(本文编辑：王.教学设计May.2023中物理教学参考Vo1.52 No.5设计意图先让学生对滑动变阻器可以改变定值电阻两端电压产生感性认识，然后提高要求，把电压表示数从1V调整到0.5 V。操作之前先进行猜想，再通过实验进行验证。活动5 如图6 所示，教师总结设疑：前面我们依托电路这个平台，学习了电流、电压、电阻这三个电学概念，发现滑动变阻器通过改变自身接人电路部分的长度，就可以改变自身连入电路的电阻，影响电路中的电流以及电压，那么，电流、电阻、电压三者之间有什么定量关系？学习了欧姆定律我们就能回答这个问题了。S电路A电流电压电阻RR变长三者定量关系？图6设计意图本节课是“大单元整体教学”的一个课时。在变阻器之前，已经学习了电路，并依托电路学习了电流、电压、电阻三个概念。变阻器一节既是学生在联系生活实际、解决具体问题的过程中，巩固、深化“影响电阻大小的因素”等知识，也熟练掌握了滑动变阻器的使用，改变电路中电流及其他用电器两端电压的操作方法，为探究“电流与电压和电阻的关系”奠定基础，为得到电流、电压和电阻定量关系做好铺垫。3.评价嵌入课堂，推进课堂进程当学生能够综合不同学科中形成的结构化知识和技能、学科思维方式和探究模式，以及各学科领域所蕴含的价值观念，解决现实生活中复杂、陌生且没有固定答案的问题和任务时，就有了高水平的素养表现。核心素养是在分析情境、提出问题、交流结果的过程中表现出来的综合性品质。本堂课的教学评价设计，主要以过程性评价和发展性评价为主，将学习评价嵌人整个学习过程中，如图7 所示。总评价任务：滑动变阻器的使用复习评价任务1：根据学生回答问题情况，检验改变电阻的方法引入评价任务2：在小组讨论中，能够从灯评价任务3：在演示实验基础原理评价任务4：大致描述滑动变阻器泡亮度变化推理聚焦到铅笔芯接入电路上，能够得到电阻不够大这一改结构结构，说明铭牌的意义。长度变化。进点。评价任务5：在改变小灯泡亮度实验后，评价任务6，在调节定值电阻电压调节到0.5 V后，各小组更换定值电使用方法让各组重新连接电路，要求是向右滑动，阻，先设想要通过滑动变阻器让电压表示数恢复0.5 V时的滑片滑动方灯泡变亮。向；按照设想滑动滑片的方向，验证设想是否正确。生活评价任务7：电位器连线，并指出接入电路部分和工作情况。运用图7四、结语在教师引领下，以学生为主体，通过实验创设学习情境，发现可探究的真实问题，通过问题的引导让学生真实经历探究过程。在观察、实验、思维的交流中推动高阶思维的发生，最终，在解决真实生活问题中得到拓展。对真实问题进行探究，获得学科知识的核心概念和原理的同时，让学生在问题探究的过程中，既有独立性、批判性、创造性又有合作精神。基于真实性学习理念，以教材为基础，对教材中的学生实验进行二次开发，提升学生解决真实问题的能力，这就要求教师在开发实验时，要特别强调真实情境和真实问题的创设，在实施过程中强调学生积极参与和交流共享，让教学评价跟进教学过程，以过程性、表现性评价修正教学方向。参考文献1中华人民共和国教育部。义务教育物理课程标准（2 0 2 2年版)M.北京：北京师范大学出版社，2 0 2 2.2刘徽.新加坡真实性学习的实施研究 J.比较教育研究，2 0 18（7）：5 3-6 0.3钟启泉.真实性核心素养的精髓 N.中国教育报，2 0 19-6-20.