在“综合实践”中向物理学科素养深处漫溯

——以“电表的改装”为例

黄皓¹  马宇澄²

（1.无锡市第一女子中学，江苏 无锡  214002； 2. 无锡市教育科学研究院，江苏 无锡  214001）

摘  要：

物理综合实践活动是形成物理观念，体验科学探究，历练科学思维和养成科学态度与责任等多个素养的载体，这些基本素养因实践而成为物理核心素养，进而成为人受益终生的核心素养的组成部分。物理综合实践活动立足学生可持续发展，在综合性学习与实践中获得基本经验、形成基本思想，提升学生用科学的方式观察生活现象，提出、分析与解决问题的意识和能力，培育学生的物理学科核心素养。

关键词：

物理综合实践活动；物理核心素养；电表的改装；基本经验；基本思想

核心素养的培育，是当下教育研究与实践的热点问题。笔者认为，学生各种物理活动的知识、能力，只有成为他们无意识或下意识的行为，才是物理学科素养真正形成的表现。

中学物理综合实践活动特别关注物理知识的整体性运用与创造，是一种应用综合实践的思想组织物理教学,以提高青年学生的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任的中学物理教育教学活动。它把物理学科与生活紧密联系，让学生以活动小组为单位，在实践中将知识转化为能力，在探索活动中获得基本经验，形成基本思想；无疑是将学生有意识掌握的知识、技能内化为无意识的物理学科素养的有效途径。下文就以“电表的改装”为例对此加以阐述。

1.活动背景分析：选择适当的活动载体

1.1教材分析

其一，“电表的改装”这部分内容在教材上并没有单独成节，只是作为串联、并联电路的一个应用，以习题的方式呈现。目的是强调欧姆定律的应用，通过对电流表量程的改装、电流表和电压表电路模型的建立等内容使串并联知识得以拓展；着眼点仍然在于串并联电路的基本规律，以学生自主推导分析为主。其二，电表的使用、电路的设计、误差分析及电表结构等都是高考实验考察的重点和难点。所以对电表的改装，需让学生从根本上搞清原理和实验设计思想。

1.2学情分析

从学生基础来看，电表的改装建立在欧姆定律、串并联电路基础上，这些知识在初中均已初步学习，在前一节也做过系统的讲解，所以学生的理论基础相对充足，但是对串联分压、并联分流体验不足，所以应用起来有一定困难，需要执教者有意识的引导。从学生的认知特点来看，高二学生经过一年抽象思维的训练，已能初步进行深层次的思考，尤其是理科班的学生，一般不再满足于简单的听懂，更希望通过自己的思考和探索获得知识，提升思维。从以往的教学实践来看，如果只是按部就班地完成教材上安排的内容，很难达到预期效果，很可能就此陷入“炒冷饭”的泥潭。

通过以上分析，“电表的改装”的教学目标应该是：通过电表改装这一实践活动巩固相应的基础知识、获得切身体验、提高分析问题解决问题的能力、发展高阶思维。因此笔者希望通过一个共5课时的物理综合实践活动，让学生经历全程的设计和探究，能自主分析、设计、推演电表应用的各种问题，从而促进物理学科核心素养的培育。

2.活动的实施：基本素养因实践成为核心

核心素养理论本身就是一项与时俱进的工作，它不是以前常说的双基的重新拆分与组合。在教学实践中，知识、能力的要求必须与核心素养的要求要结合，才能真正地使“素养”培育落到实处。可以这样说，只有通过学生真正参与的实践，物理素养中的基本成分才会成为“活跃因子”，才会内化为核心素养。简言之，基本素养因实践成为核心。

在物理综合实践活动“电表的改装”的教学中，学生的实践包括以下部分：

2.1 用实验解读

即活动小组用实验解读、理解、掌握相关概念和规律.具体过程见表1.

表1: 改装电表（活动1），1课时

实验目的	表头改装成电压表	表头改装成电流表
原理图（学生自主设计, 教师点拨）
量程倍率关系推演（学生自主完成）
电阻关系推演（学生自主完成, 教师点拨）
实验结论	量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大，电压表的内阻越大。	量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越小，电流表的内阻越小。
学生的体悟	改装后的电压表或电流表，量程扩大了，但通过表头的最大电流或加在表头两端的最大电压仍为表头的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。

用实验解读是在双基层面的实践。在这部分活动中，教师放手让学生自主探究，所有的概念、规律均由学生按照自己对实验过程理解的深度、广度，结合自己具体操作时的思维、感觉等认知活动，组合成一个经验性结论：I_g和U_g都没变，电表的改装只不过是串联分压及并联分流而已。从而消除了学生对电表改装的畏难情绪。

说明：实验器材有，微安表(R_g= 30Ω、 I_g = 1 mA)两个，电流表(量程3A) 一个，伏特表(量程15V) 一个，ZX21型旋转式电阻箱一个，滑线变阻器(0～100Ω) 一个，直流稳压电源(0～15V) 一个，定值电阻若干，开关若干，导线若干。所有器材摆在桌面上，学生按需选择。下同。

2.2 用实验探索

即活动小组为了解决由自己、活动小组或教师提出的各种问题,自主设计和完成实验,并对实验原理、过程、数据和结论深入分析和理解. 具体过程见表2、表3.

表2：多量程电表的改装（活动2），1课时

待解决问题	将表头改装成多量程电压表	将表头改装成多量程电流表
学生自主设计原理图，教师点拨引导
学生分析、计算并完成实验，教师点拨引导
分析思路	多量程电表，分析时首先要分析小量程挡，而大量程挡可看作是在小量程挡的基础上进行改装的，改装方法相同.
学生的体悟	多量程电表的改装，实质上就是串并联电路的基本性质和欧姆定律的综合应用罢了，没有任何神秘之处。

表3：表头改装成欧姆表（活动3），1课时

学生自主设计、演算，教师点拨引导	学生从活动2中获得的经验出发，认为电路设计非串即并，再用欧姆定律计算，不过如此！
学生尝试、调整并完成实验，教师点拨引导	1．根据给定的表头参数Ig 、Rg 及电源电动势E ，求出R0 的大致阻值，并取R2 远大于R1 。 2．用电阻箱充当R2 (使其阻值保持不变)，滑线变阻器充当R1 ，将R2 、R1 与表头和电池串联，就构成了欧姆表。当a 、b 两接线柱断路时，表头指针应为零，如不为零应机械调零。 3．将a 、b 两接线柱短路，调节滑线变阻器R1 ，使表头的指针转到满刻度。 4．在保持R1 和R2 阻值不变的情形下，用另一只电阻箱充当Rx，取其阻值为欧姆表的中值电阻Ri= Rg+ R0 的1/2、1、2、3、……倍，同时记下指针的偏转格数，据此绘制出欧姆表的标尺。
学生的体悟	串、并联电路的特点和电路器件的特性是解决问题的必备基础，欧姆定律或闭合电路欧姆定律则是定量计算的有力工具。

用实验探索是在基本活动经验层面的实践。长期以来，物理学科的知识体系被分成若干个知识点进行教学，从而使所学知识之间相互独立、彼此分割，其弊端是“教学碎片化、知识片断化”。由于缺乏完整、合理的知识结构，学生虽有解题能力但创新意识、创新能力偏弱也就不足为奇。

在活动2、3中，学生在实践过程中将电学的知识体系、思想方法及对物理的情感、态度、价值观有机整合，将看似复杂的多量程电表和欧姆表问题归并为最简单的串并联电路的基本性质和欧姆定律的综合应用，进而对电路形成相对全面的认识，形成一个人物理学科素养的有效成分。

2.3 用实验比较

即活动小组通过实验比较理论推演和真实情景的差别。具体过程见表4.

表4：改装电表的校对，1课时

待解决问题	改装电压表的校对	改装电流表的校对
学生自主设计、演算，教师点拨引导
	电路如图示V为标准电压表，R2为滑动变阻器（分压接法），虚线框中为改装电压表	电路如图示A为标准电流表，R2为滑动变阻器（分压接法），虚线框中为改装电流表
实验步骤	改变变阻器R的滑片位置，使标准电压表的示数分别为0.5V、1.0V、1.5V、 2.0V……核对改装电压表的示数是否正确，并算出改装的电压表满刻度时的百分误差	改变变阻器R的滑片位置，使标准电流表 的示数分别为0.5A、1.0 A、1.5 A、 2.0 A……核对改装电流表的示数是否正确，并算出改装的电流表满刻度时的百分误差
校对结果	例如：改装的电压表满刻度3.0V时，标准电压表V的读数为3.1V，则百分误差：
学生的体悟	电表在构造上由于各种因素会有误差，电表的读数与准确值之间有一定差别。校准可以评定该表在改装后是否仍符合原表头准确度的等级，如能进一步绘制校准曲线，改装后的电表便能精确读数。通过校准，可以得到电表各个刻度的绝对误差，选取其中最大的绝对误差，除以量程，就是该电表的标称误差。

用实验比较是从基本活动经验上升到基本思想层面的实践。物理学科素养是人的一种能力，一种用物理的眼光、用物理的思维分析生活中的现象的能力。电表的标称误差或其他参数一直都标在电表上，事实上每个学生都见过，但对其有所关注或有意识地探求其物理意义的学生则很是少见。学生缺乏主动探索未知的欲望，盲目地等待教师给予，这与教师的教学习惯、教学方式是有密切联系的。

在活动4中，为了不让学生停留在“模仿操作”层面，笔者把大学电学实验“改装电表的校对”引入到高中物理综合实践活动中；期望学生在实践中初步形成问题意识，开始学习用物理的眼光看问题，能从司空见惯的现象中抽象出物理问题，用所学的物理知识、思想方法为自己答疑解惑，从而感受到物理与生活之间的密切联系。

出人意料的是，尽管笔者只是轻度介入，各活动小组在活动2、3所获经验的鼓舞下，顺利完成任务。正如杜威先生所说，不断改进教学方法唯一直接的途径，就是把学生置于必须思考、促进思考和考验思考的情境之中。显然，经过活动4的磨练，学生通过不断质疑、不断探索的实践过程，对电路问题的理解提升到了更高的层次。

2.4 用实验评价

即活动小组根据自己的实验实况,作出自评、互评,交流心得、体会,撰写实验感想或小论文，用时1课时。

在以往的教学实践中，有很多学生善于阅读文本、整理条件，也善于繁复的数学计算，但是缺少对生活现象的观察、分析，缺少对客观事物发展、运动的演绎、归纳；因此，即便经过了超量练习，最多不过是会解题而已；如果让他自己设计一个实验，立刻不知所措。由此可知，知识和技能不会自觉地上升到经验和思想层面。

“经验”通过活动获得，“思想”则是经验内化的结果。用实验评价可帮助学生强化在实践环节中获得的经验，更重要的是它有利于促进学生形成基本思想。评价作为知识、技能增值的活性因子，不仅对双基的学习有着重要的激励、维持作用，而且与学生终身学习态度的形成、求真务实精神的完善等息息相关，在学生可持续发展的道路上发挥着实实在在的作用。

3.活动评价： 核心素养在活动中得以培育

3.1 在自主学习中夯实双基

“双基”的重要性不言而喻。然而，在高考的“指挥”下，物理课时不断减少，课堂教学快节奏、高强度已成为常态。部分教师认为细致讲解基本概念的来龙去脉实在是效率不高，往往迫不及待地讲解例题。由于忽略了知识的演化过程，解题不再是方法掌握后的分析、解决问题，异化为超量重复后的“条件反射”。就此，物理学习逐渐演变成纯粹的解题训练，学生的学习兴趣自然无从谈起。笔者曾经听过一些电表改装的示范课，令人失望的是：学生完成训练后对于电阻关系的两个经验性结论倒是印象深刻，至于这两个结论是怎么来的则往往表示茫然。这显然是本末倒置，一旦记忆消退，这块内容与没学也相差不多。

在活动1中，执教者有意放慢节奏，用了整整一节课来完成看似15分钟就可以解决的问题。只听这一节课，很可能认为执教者没能夯实基本概念，颇有浪费时间之嫌。笔者以为，现在的慢是为了以后的快，教师的“不教”是为了学生的“不忘”；更重要的是，这样的教学可以最大限度的保护学生对于物理的学习兴趣。实践表明，活动1结束后，能记得两个结论的人确实不多，不能推导两个结论的人确实很少。

3.2 在探索实践中获得基本经验

“双基”当然重要，但没有经历体验过程的知识，难以转化为个体品质，所以容易造成了学得快、忘得快，一旦考试结束，死记硬背的知识犹如镀金那样剥落殆尽。在活动2、3、4中，通过完成一系列相互关联、层层递进的任务，学生发现电路中的各种问题其实都是串并联电路的基本性质和欧姆定律的综合应用。此后，无论面对何种电路试题或设计什么电路实验，学生都有信心去解决它。有学生这样说，只要搞清电表测量的究竟是什么，问题就解决了。这就是基本活动经验，这就是带得走的能力！

这里还要指出，开展综合实践活动需要大量时间，期望完全在课内完成可能性不大；如果将实践活动有意识的分成课前实践和课上实践两部分，不仅加强了可操作性，也兼顾了活动的有效性。对于在课上没有完成任务的学生，执教者应允许甚至鼓励他们利用其它时间继续探索以达成预设目标并保护其积极性。

3.3 在个性化学习中形成基本思想

高二物理“恒定电流”的教学,一般安排12课时。物理综合实践活动是典型的个性化学习和人性化学习，遵循“less and more”（似少实精）的原则笔者选择并重构了教学内容。以3课时常规课为铺垫，5课时单元综合实践活动为核心,4课时的自选实验课来巩固、应用已取得的成果；鼓励学生通过深度学习发展批判性思维、问题解决能力和创造性，实现学习的“素养化”。

怀特海认为，“科学教育的独特价值应该是，它将思维建立在直接的观察上”。笔者设计的活动，无论过程还是结果，均满足在形式上提供“直接观察”的学习机会，也为每个学生、每个活动小组提供适应其个性化选择的学习机会，更防止将需要亲手操作的实验异化为可以记忆的程序；在方法论上，把物理学科知识的实践性、假设性置于首位，让学生在真实的设计、探究、发现与总结中形成基本思想，有利于培养既有创造能力，又有合作交往能力的高素养个体和群体。

3.4 在综合评价中发展核心素养

物理综合实践活动也是典型的研究性学习与合作性学习，基于鼓励学生自由表现和持续性、创造性发展的理念，评价并不局限于活动之后，既然活动前的设计、猜想，活动中的试错、纠错、调整等都是促进经验获得、思想形成的有效途径，那么它们自然都可以适时评价。综合评价的内容，可以是一段即兴发言，可以是一张设计图，也可以是一篇小论文或其他个性化、创造性的表达。评价的重点更多的应落实在学生用科学的方式提出、分析和解决问题的意识和能力，从而达成评价的“素养化”。

4 对未来的展望

自2012年起，笔者开始尝试把部分高中实验改编成物理综合实践活动。在近5年的探索和实践中，笔者深深地体会到师生一起探讨未知的那种谦虚与勇敢。实践表明，中学物理综合实践活动的常态实施是培育青年学生核心素养的重要途径，它很有可能成为撬动传统物理课堂教学转型的一个支点，具有重大的现实意义和深远的历史意义。它的力量值得关注！

（谨以本文向胡平先生致敬！）

 

参考文献：

[1]张华.核心素养与我国基础教育课程改革“再出发”[J]. 华东师范大学学报(教育科学版),2016, (01) : 7-9．

[2]胡平．中学物理实验教育的文化价值简论[J]．物理教师， 2007（11）：36-40．

[3]胡平．物理实验教学中学生思想的形成与深化[J]．物理教师， 2013（07）：2-7．

[4]胡平．物理实验教学中“教学碎片”的联结 [J]．物理教师，2015（08）：5-13．

[5]冀蒙,朱文辉. 生成性教学:何为与为何——兼对郑朝予博士的回应[J]. 当代教育科学,2013(14) :41-45 .

[6]黄皓.综合实践活动的教学设计[J].物理教学,2014, (05) :47-50．

[7]黄皓．中学物理综合实践活动的兴起、发展与实践[J]. 实验教学与仪器，2016（02）：8-10．

[8]黄皓.高中物理综合实践活动的探索与实践[J]. 物理教师，2015, (11)：33-37．

 

基金或课题：

本文为江苏省教育科学“十二五”规划立项课题《中学物理综合实践活动的行动研究》(批准号D/2015/02/351/)的阶段性成果。

 

作者简介：

黄皓：中学物理高级教师，南京师范大学教育硕士，江苏省第五期“333工程”培养对象，无锡市五一创新能手。

马宇澄：中学物理高级教师，无锡市教育科学研究院中学理科教研室主任、高中物理教研员、江南大学兼职副教授、江苏省教育学会物理教学专业委员会常务理事、无锡市数理学会秘书长、无锡市有突出贡献中青年专家、学科带头人。