生態理念下校園物理教學素材的開發

李曉霞（廣東省廣州市協和中學，廣東 廣州　510160）

生態理念下校園物理教學素材的開發

李曉霞
（廣東省廣州市協和中學，廣東 廣州510160）

本文提出用“生態理念下開發校園物理教學素材”的方法來改變高中物理教學常常受限于書本和課堂導致的學生體驗感缺乏、學習用處不大以及學習過程困難的不良感受，注重學生和校園之間的聯系互動，在校園中找到學生物理學習的切入點來恢復物理學既基礎又應用廣泛的原本面目，并結合操作實踐來闡述開發校園物理教學素材的兩種方式，以及對學生和校園和諧、持續、良性發展的促進作用。

一、用生態理念開發校園物理教學素材的原因

物理學研究的是與物理世界有關的問題——能量、物質，以及它們之間的相互關系。①物理學本質上是一門基礎學科，從字面上淺顯地理解，“物”即物質，“理”是道理，并且物理學是技術革命的基礎，應用廣泛，是一門帶有方法論性質的科學。中學階段學習物理學的目的就是幫助學生理解物理世界，培養分析思考能力，獲得一些科學的方法和策略。就學生個人發展而言，通過對物理的學習，學生們將來有些會直接運用物理學的實驗技能技巧豐富自己的勞動操作技能，有些會就職與物理學相關的或者交叉學科的領域，如天文、工程、計算機、醫學等等，還有些可以運用所學物理學解決問題的方法技能去從事商業、財經、社會學等與物理學看來完全不相關的一些工作。因此，高中物理學習對于學生的成長有很實際的意義。但是由于高中教學中物理事例經常僅限于書本，教學過程多限制于課堂，學生體驗感缺乏，科學素養不能得到很好的培養，而教學的內容涉及多個物理知識分支，多數習題的設定理想化程度嚴重，這些都容易讓學生產生一種“物理學離實際生活遙遠，學習必要性不大，而且學起來非常困難”的感覺。

本文提出用“生態理念下開發校園物理教學素材”的方法來改善以上教學現狀?！吧鷳B”一詞源于古希臘，原意指“住所”或者“棲息地”，由此衍生出“一定地域（或空間）生存的各種動植物之間、動植物與所處的環境之間的相互關系”的含義，它強調系統中各因子之間的相互聯系、相互作用以及功能上的統一，含有系統、整體、聯系、和諧、共生和動態平衡之意。②生態理念下的教學不僅是指環境教育，更多的是指注重學生、社會和生態系統之間的聯系，由此展開的教學互動。

中學生用大量的時間在校園里學習生活，校園的環境設施建設中就大量運用了物理學相關知識，一邊是學生埋頭于孤立的書本理論不會聯系實際，一邊是校園里大量事物的現有素材，如果以生態理念在校園里開發物理教學素材，把書本理論與身邊的校園相結合，注重學生和校園之間的聯系互動，就能給學生的物理學習找到很親近的切入點，讓學生感覺“物理不遠，它很近，很實際，很有用”，貼近實際生活的思考能讓抽象的理論變得具體，學習興趣的提升能增加克服困難的意志力和深入研究問題的毅力，學生也能從中得到觀察、思維、動手等各方面的訓練為將來進一步的發展打下切實基礎，物理學也能因此恢復原本的面目，同時這一切也有助于校園生態的和諧發展。

二、開發校園物理教學素材的方式與相關實踐

近期有報道說“某學校在校園里種莊稼獲得各種好評”、“在校園里種莊稼”一方面讓學生實際參與了生產實踐，感受了城市里少有的自然景象，另一方面莊稼也可以起到校園某時期綠化的效果。如果再對學生進行相關的教育教學，“種莊稼”就是這所學校開發出來的教學素材。

“教學素材”指用來進行教學分析或者實踐的實例，是教學知識點的載體，放在校園里，它可以是一處房屋、一叢花草、一方池塘，甚至一根電線桿子。這些都是校園里司空見慣的存在物，其中都包含著很多事物道理，如何開發教學素材，就看教師看待校園的眼光視角。

1.方式一：按圖索驥、按需索取。根據我國現行中學教材，中學的物理學科大致包括力、熱、光、聲、電與磁、原子這六個部分，由于各部分之間的聯系，這種分類并不絕對，但利用這個分類尋找開發校園的物理教學素材還是可以的，可供參考的一種簡單方式就是按照物理課本，對照著章節把校園里各個景觀、建筑或者各項建設歸類到相應的知識上去，發掘其可供物理學科教學活動的因子，順序編排起來，這就好像是“按圖索驥”。比如，很多學校有的吊棚（可以是車棚也可以是游泳池的頂棚等），就可以歸類到力學；而學校的電力系統以及用電安全等，就可以歸類到電學等等。不過，如果這些素材只是零碎而模糊地存在于教師的頭腦中，那么在實際物理教學過程中，往往用著用著就忘記用了，而且在教學分析時也存在理論不清楚、道理不明朗的情況。所以，如果能夠做成一本物理學校園案例集或者校園物理課本，方便教師和學生“按需索取”地進行課上講解或者課下閱讀，效果會更好一些。

在編寫這樣的案例課本過程中也經常會發現，原本校園里是為別的學科建設的景觀，結果也和物理學脫不開關系，也可以拿來用之。比如時間廣場，原本是作為地理學科的相關景觀，但當翻開粵教版高中物理教材必修1的第一章，就會看到“時間”的概念描述，這時插入時間廣場這個校園素材，教學活動會更生動；再比如天文臺，如果學校有天文臺，這里往往也是高中地理的地盤，但高中物理介紹的萬有引力定律和曲線運動中向心力的相關規律，卻是各種天體運行的基本準則?？缭綄W科知識的運用校園素材，能讓學生切實體會到，物理絕不僅僅是書本上的那一點點，物理學涉及的領域很大，它確實是門基礎學科。

在“按圖索驥”、“按需索取”地編排使用這些校園教學素材時還會發現，一個校園素材中常常不止包含一個可供教學的知識點，比如時間廣場中的漏刻，單只漏壺滴水的速度受到壺中液位高度的影響，液位高時滴水速度較快，液位低時滴水速度較慢，而漏刻是一種典型的等時計時裝置，因此其計時的準確度就取決于水流的均勻程度。為解決這一問題，古人設計了多級漏壺，不僅如此，如果要進一步提高精度，往往在漏壺需要保持恒定的水位線的地方開個孔，旁邊再設置一個分水壺，以保證原有平水壺的水位保持恒定，從而其往受水壺里漏水的速度就能很均衡。這個景觀細節作為中學物理中的液壓知識點的實例來分析，是合適的。如此來運用校園素材進行教學，能讓學生感受到物理可以改善我們的生活，生活中處處都有物理的用武之處。

2.方式二：無中生有、拋磚引玉。除了按照物理教材編排已有校園景觀將其開發成可供教學的教學素材外，還能以“無中生有”、“拋磚引玉”的方式來開發新的教學素材?！盁o中生有”在這里并不是指憑空捏造，而是指配合學校整體需要而進行設計建設，而“拋磚引玉”則是指在原有基礎上有目的、有針對性地進一步完善。

比如，在我校綠化上要使用的噴淋裝置成為了這種開發方式的典型。首先，灑水器噴淋的范圍問題簡化后可以作為高一物理平拋運動的實例進行分析；再者，如果在噴淋系統的控制部分進一步考慮智能自動化的完善，這就是一個綜合項目。實際操作中，在這個項目上我們的嘗試分了四期去進行：第一期是對校園綠地花草進行基本噴淋系統的鋪設；第二期是在專業技術人員的幫助下，進行定時定量噴淋的PLC程序設計；第三期是指導學生設計更先進的智能噴淋系統的控制裝置替代之前定時定量噴淋的部分；第四期是低一屆的學生在師兄師姐的指導下學會維護智能控制系統，并向再下一屆新生傳播相關知識。在這四期操作中，第一期就是配合校園生態環境的建設進行的“無中生有”，有了基本的噴淋系統就可以作為高一物理的教學素材進行噴淋范圍因素的分析。第二期可以說是一次“拋磚”（第一期也可以看成“拋磚”），這里可以就生態節能方面讓學生進行一個水量電量的監控，高中物理學知識足已應對。第三期“引玉”引來的“智能”可算是高科技了，但是在專業教師的指導下，學生也是可以參與設計的，這里要用到相當多的傳感器，比如光控、溫控、濕度控制等，實際設計出來的裝置不僅達到了這些控制，還特別加入了“光電轉換”的硅光電池，太陽能供電更加節能。另外，在電路控制部分中也少不了電磁閥、繼電器等。在這個過程中，學生在專業教師的指導下一步步學習，一個功能一個功能的實現，動手動腦的能力得到很大的培養，最終完成時他們頗有成就感，而且對物理學科的學習積極性也大大提高。第四期也是“引玉”，這次引出的是人才是理念，通過師兄師姐給師弟師妹講解，通過學生自主維護校園的設備設施，在營造校園更好環境的同時，學生的身心也在健康成長。

除了以上校園建設的實例，我們物理科組還參與了諸如校園池塘的“反滲式零排放智能循環過濾系統”、教室“日光燈節電研究”和“光能二次利用研究”等各種校園建設的項目，有選擇地讓學生參與了相關工程模型的部分設計。這些項目雖然其專業性、技術性很強，施工一般都是承包給校外的工程隊，但是如果把其中涉及物理知識的部分聯系到學生研究活動上來，就完全可以讓學生一定程度地參與其中，即使參與條件不具備，也不妨分析其系統中涉及物理學科領域內如傳感器、電磁閥、抗雷電裝置等等的基本工作原理，這些涉及的大多是高二物理電與磁方面的知識，都可以在具體教學中作為素材。

三、開發校園物理教學素材的反饋和思考

在查閱“智能噴淋系統電路控制裝置”資料時看到了一段學生感想：“在緊張的高二學習之余還能接觸到課堂之外的知識，我們不僅沒有感覺到學習壓力，而且還感覺輕松、愉悅，或許因為我們學到的知識得到了實踐，就感覺不到枯燥和乏味，相反還起到了減壓作用”，“來自不同班級的我們因對物理的熱愛與執著，我們相聚在這個意義非凡的物理項目中，學會了團結，學會了堅持。希望學校有更多科技研究項目，并且能有更多同學能參與其中?！?/p>

校園處處皆物理，生態理念下開發校園物理教學素材，就是希望能讓學生不僅在書本上學習物理，而且在生活中認識物理，在實踐中運用物理，達到學以致用、用以促學的目的。目前，在開發校園物理教學素材方面，我校已經利用上文中所闡述的“按圖索驥、按需索取”的方式將現有校園設施初步編排出一個校園物理課本。高中生已經具備一定的物理基礎知識，將來要更多地將校園中要建或在建項目與高中物理知識有機地結合起來，改變以課本和教輔資料為唯一學習資料的方式，改變課堂是唯一教學場所的教學方式。這樣，不僅能讓學生以參與實例研究來豐富學習生活，讓學生在實踐中提升對物理學習的興趣，體會物理研究的意義，也能讓學生更好地打造自身全方位的知識體系，掌握分析解決問題的科學方法，增加學生對學校熱愛和責任感，促進學生和學校的和諧、持續、良性發展。

注釋：

①[美]齊澤維茨PW,等.物理,原理與問題[M].錢振華, 等.譯.杭州:浙江教育出版社,2008:17.

②余嘉云.生態化教學的理論與實踐研究[D].南京:南京師范大學,2006:1-7.

李曉霞（1978-），女，浙江人，廣東省廣州市協和中學物理科組長，中學一級。