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技术与工程视域下的初中物理专题复习教学再构思

2023-09-08 43 上传者：管理员

摘要：新一轮基础教育课程改革聚焦学生核心素养的发展，而真实的问题解决情境是学生核心素养形成和发展的重要载体.以“电与磁”专题复习课的整体设计为例，创设设计全自动遮光帘电路这一技术与工程实践情境，引导学生通过合作学习在电路的迭代设计中完成真实情境下问题解决能力的提高，实现“敏学善思”这一合作共学意识的增强，以期实现技术与工程领域教育丰富而独特的育人价值.

关键词：
专题复习教学
初中物理
技术与工程
核心素养
物理教学
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核心素养是《义务教育物理课程标准(2022年版)》(以下简称“新课标”)修订的基石，也是课程培养的目标[1].当前，基础教育课程改革已然进入核心素养时代.物理课程要培养的核心素养，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四方面，是物理课程育人价值的集中体现[2].其中，注重探究实践，且技术与工程同物理密切相关，是本次课标修订的最大变化之一.技术与工程领域的教育具有丰富和独特的育人价值.那么，如何在技术与工程视域下引导学生在学科实践中实现物理学科核心素养的发展?如何培养学生在真实情境中的问题解决能力以充分发挥物理课程的育人功能?笔者以“电与磁”专题复习课的整体设计为例，探讨技术与工程视域下初中物理专题复习课的教学策略.

1、技术与工程视域下专题复习教学的设计策略

1.1技术与工程实践的一般过程与方法

针对实际需要来明确问题，提出有创意的方案，并根据物理原理或限制条件进行筛选；实施计划，利用工具和材料进行加工制作；根据实际效果进行修改迭代，用自制的简单装置及实物模型验证或展示某些原理、现象和设想[2](如图1所示).

1.2技术与工程视域下专题复习教学的设计路径

传统的复习课教学往往桎梏于乏味的讲练困境，错失了在复习课的释疑解惑中贯通知识联系的契机.技术与工程视域下的专题复习教学，是在梳理复习教学目标的基础上，结合生活生产实际，设定一个能统摄教学目标的技术与工程实践情境，通过终极需求的反向解构设计出一条进阶式的任务链，引领学生在迭代设计的历程中，实现物理观念的建构、科学思维的发展、科学探究能力的培养和科学态度与责任的培育，充分发挥技术与工程领域教育丰富而独特的育人价值(如图2所示).

1.2.1专题复习教学的目标梳理

笔者以新课标为基准，围绕“电与磁”这一专题，立足物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四大维度，展开复习教学目标的梳理(见表1).

表1“电与磁”专题复习教学的目标梳理

科学态度

1.2.2统摄教学目标的情境设定

技术与工程视域下的专题复习教学，在目标梳理的基础上，结合生活中的实际需求，设定一个能统摄复习教学目标的技术与工程实践情境.随着科技的发展，“智能电动窗帘”已进入日常的生活.“智能电动窗帘”的核心功能是当检测到光线达到一定值时能自动关闭窗帘，避免阳光暴晒，这其中蕴含了许多“电与磁”相关知识.这一实践情境的创设，可以让学生在手脑协同过程中完成知识的建构和素养的发展.

1.3基于进阶学习的任务解构

虽然“智能电动窗帘”已成为智能家居的潮流，但其工作原理对学生们来说是比较陌生的，若要一次性设计出能根据户外光线变化自动下降或升起遮光帘，且完全下降后能自动停止的电路是非常困难的，而进阶学习是解决这一难题的有效路径.这就需要教师围绕这一终极需求反向解构出一系列进阶式的设计任务，让学生们在迭代设计的过程中感悟到物理与真实世界、社会生活的关联，最终形成满足终极需求的电路设计和模型制作.

1.4指向素养发展的评价实施

物理课程旨在发展学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础[2].在技术与工程实践活动的开展中，教师不能为了动手而动手，而是要基于学生所在学段所学的物理知识与物理概念来进行开展，要基于学生的发展水平来进行开展，更要在开展实践活动的过程中紧密跟进表现性评价，及时诊断学生在实践情境中物理学科核心素养的发展水平，并基于学生的表现性评价进一步改进教师的教育教学行为.

2、技术与工程视域下专题复习教学的实施过程

技术与工程视域下的专题复习教学，谋“点”而动，笔者通过巧妙创设实践情境，充分激发学生内在的学习动力；沿“线”梳理，在发现问题、解决问题的电路迭代设计中，引燃高阶思维的花火；依“面”再探，设计迁移任务，进一步拓宽学生的认知视角.

2.1谋“点”而动：巧设实践情境，激活学习动力

情境创设：在日常生活中，当透入室内的光线过强时，人们往往会手动拉下遮光帘(如图3所示).那么，能否借助电路元件实现遮光帘上升下降的电动化?

设计意图：基于专题复习课的教学目标分析，创设探索遮光帘自动升降的探究情境，打破传统复习课乏味讲练的困局，使学生们沉浸在技术与工程实践情境，激发学生内在的学习动力.

2.2沿“线”梳理：迭代设计电路，引燃高阶思维

能根据户外光线变化自动下降或升起遮光帘且完全下降后能自动停止，这是设计的终极需求.在这一复习环节，笔者通过对这一终极需求的反向解构，形成一条进阶式的任务链(如图4所示),使学生们在不断迭代设计电路的过程中，实现对高阶思维的培养.

进阶任务1:实现遮光帘上下升降的电动化

思考讨论：能实现遮光帘上下电动升降的关键元件是什么?在这一电路中，哪些电路元件是必不可少的?尝试进行电路图设计并连接实物进行效果检测.

反思改进：学生设计的电路只能实现遮光帘的上升或下降，如何设计一个集成电路实现遮光帘的上升和下降?哪一电路元件的引入可以实现这一功能?在电路中连入单刀双掷开关(如图5所示).

设计意图：电动机利用安培力工作，电动机转轴的转动方向即转轴所受安培力的方向与电流方向有关.改变通过电动机的电流方向，就能改变转子转向，便能实现遮光帘的上升和下降.这一系列的电学知识可以在设计实践活动中得到进一步的梳理和内化.

进阶任务2:户外光线较强时能自动下降遮光帘

思考讨论：当户外光线较强时，如何实现遮光帘自动下降呢?除了电源、电动机、单刀开关和导线，还需要哪些关键的电路元件?

合作探究：电路在户外光线变化时会发生改变，这就需要一个能感应光照强度变化的电路元件即光敏电阻，将其加入到控制电路中.除此之外，还需要电磁继电器连接控制电路和工作电路，并在评析电路设计的基础上，连接实物进行效果检测(如图6所示).

设计意图：基于小组合作的电路设计，教师借助同屏技术，在“生生协作”“师生互动”中，引导学生基于证据和逻辑发表自己对于电路设计优缺点的见解，最终形成满足实际需求的电路设计.

进阶任务3:根据户外光线变化自动下降或上升遮光帘

思考讨论：能否设计一个集成电路，当外界光线加强时自动下降遮光帘，而当外界光线变弱时又能自动升起遮光帘呢?

合作探究：户外光照强度的变化引起光敏电阻的阻值变化，衔铁分别与两个静触点接触，先后形成工作电路的两种状态.而这两个状态中，通过电动机的电流方向是相反的.在小组合作中，迭代设计电路，并在评析电路设计的基础上，连接实物进行效果检测(如图7所示).

设计意图：光敏电阻能感知外界光照强度的变化，而改变电动机转子的转向需要通过改变电流方向来实现.因此，本项任务的设定是对前两项任务的整合和提升.

进阶任务4:遮光帘完全下降后能自动停止

思考讨论：当遮光帘完全下落后，电动机转子仍在持续转动.如何实现当遮光帘完全下落后，电动机自动停止工作?

合作探究：基于前三个设计任务，学生积累了一定的技术与工程设计经验.面对终极任务，学生通过小组合作在不断的思维碰撞中形成并完善最终的电路设计(如图8所示),全自动遮光窗电路的设计思路梳理见表2.

表2全自动遮光帘电路的设计思路梳理

2.3依“面”再探：实践任务迁移，拓宽认知视角

任务迁移：日常生活中，遮光帘有的是上下升降式的，有的是左右开合式的(如图9所示).那么，能否实现遮光帘左右开合的电动化?如何利用电动机牵引遮光帘左右开合?能否让左右开合的遮光帘在外界光线强烈时自动关闭，且完全闭合后能停止继续移动?

设计意图：从遮光帘上下升降的电动化到左右开合的全自动，遮光帘移动方向改变的背后蕴藏更大的挑战，设计技术与工程实践的迁移任务，可以进一步拓宽学生的认知视角，使学生更加深入地感悟到科学、技术与工程对于推动社会进步的重要作用.

3、技术与工程视域下专题复习教学的实践反思

本节课的教学围绕“设计全自动遮光帘电路”这一终极任务展开，通过反向解构设计出一条利于学生展开进阶学习的任务链.从借助电动机实现遮光帘上下升降的电动化，到引入光敏电阻和电磁继电器让遮光帘能感知户外光照强度的变化从而使升降变得更为智能，再到进一步迭代电路设计使遮光帘在完全下降后能自动停止最终形成满足实际生活需求的全自动遮光帘模型，在这一系列技术与工程实践任务的驱动下，学生通过体验、操作和制作，更加深刻地体会到技术与工程对人们生产生活的影响，对社会进步的推动，本节复习课的整体设计充分体现新课标中的核心素养理念.

3.1任务创设，培养真实情境下的问题解决能力

核心素养是在真实情境中解决复杂问题时表现出来的.面对庞杂的学科知识系统，学生无法从碎片化的知识点学习过程中发展核心素养[3].本节课的教学，以学生的现有知识与认知特点为起点，以进阶性任务为载体，以核心素养的培养为导向，将技术与工程实践有机渗透在专题复习中，实现对物理知识的创造性运用和深度理解，引领学生聚焦学科关键知识和能力，最终实现真实情境下学生问题解决能力的培养，让学生的学习真正发生.

3.2小组学习，培植敏学善思的合作共学意识

技术与工程视域下的专题复习教学，更强调在真实情境中获取、理解和应用知识，倡导学生在手脑协作中巩固、构建和创新原有的知识架构.在主动中促思考，在互动中促碰撞，在生动中促提升，这种问题引领、任务驱动是以小组合作为模式展开的技术与工程实践活动，对学生的主动性要求更高，并更加注重学生之间的社会性互动.技术与工程视域下的专题复习教学，呈现一个主动、互动、生动的物理课堂.这一过程有效增强学生敏学善思的合作共学意识，最终实现“求知和育人”的统一.

3.3学科实践，培育技术与工程领域教育的独特育人价值

学科实践作为学科育人、实践育人的突破口，为核心素养时代回答如何育人的问题提供了新的范式[3].在技术与工程实践活动中，学生针对实际需要设计方案，根据物理原理或限制条件筛选方案，根据实际效果修改迭代方案，最终用自制的简单装置或模型进行验证或展示.这一过程，需要学生能基于证据和逻辑对设计电路的科学性和创新性发表自己的见解，能从不同角度分析思考问题，提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法，这些是“重知轻行”的传统教学方式所难以达到的.在专题复习教学中渗透学科实践，为培育技术与工程领域教育的独特育人价值提供了可能.

参考文献:

[1] 喻伯军.《义务教育科学课程标准(2022年版)》的主要特点与教学建议[J].教学月刊小学版(综合),2022(05):17-21.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2022年版)[S].北京:北京师范大学出版社,2022.

[3] 崔允潮,张紫红,郭洪瑞.溯源与解读:学科实践即学习方式变革的新方向[J].教育研究,2021,42(12):55-63.

文章来源:顾美丽.技术与工程视域下的初中物理专题复习教学再构思[J].中学物理,2023,41(18):7-10.