“核心素养”视野下的物理创客模式教学实践
陈丽玲
【内容摘要】基于核心素养的创客教育在高中物理教学中如何落地？在教学实践中探索，根据物理学科的特点，以物理概念和科学思维为核心素养要素，设计了创客教学模式：情境启发——知识讲解——简单任务——激发创新——作品分享——创意评价。
【关键词】核心素养 创客教育 教学模式
核心素养的培养目标要求我们在教学中不仅要关注物理知识的传授，更要培养学生的创新能力。创客教育是为了解决学习者创新能力不足等问题而开设的一系列综合课程[1]。因此基于核心素养的创客教育在中学教育中具有重要意义。
一、创客教育与物理教学融合
1.创客教育是什么？
目前创客教育并没有权威的定义，不同的人持不同的观点，华东师范大学祝智庭教授认为：“创客教育是一种教育创新现象，它继承了基于项目的学习、在教学中以学生为中心的教学思想，它借助信息技术，为创新教育开拓一个开放而自由的实践场。”江苏师范大学杨现民博士认为：“创客教育是一种新型的教育模式，目的是培养各类创新型人才。”北京景山学校教师吴俊杰认为：“创客教育是一种教育行为，目的在于培养学习者的创新能力以及创业所需的基本实践知识，是教学活动、创客课程和学习环境的总和。”温州中学教师谢作如认为：“创客教育是教学生如何去动手创造的教育活动，并参与开发了Scratch、Arduino等课程。”
2.创客教育与物理教学融合的意义
创客推动了社会的进步和发展，对创客的培养应从学校教育抓起。物理是培养学生创造能力的重要学科，如何将创客教育运用在物理教学中，培养学生的创造能力，应是物理教学的一项重要组成部分。
二、基于“核心素养”的创客模式构建
《物理课程标准》中将物理学科的核心素養界定为：“是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力”，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[3]。基于“核心素养”的创客模式构建如图所示：
三、物理创客模式教学实践
1.情景启发：
生活中的传感器1：电子秤
如图，将物体放在电子秤上即可称出质量。
师问：电子秤如何实现这样的控制？
生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）
师点拨：当我们把重物放在电子秤上，电阻应变片的阻值发生变化，将力信号转换成电信号输出。
生活中的传感器2：光控开关控制电路的通断
如图，夜幕降临，路灯亮起来。
师问：如何实现这样控制路灯？
生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）
师点拨：当夜幕降临，光敏电阻感知光照强度的变化，转换成电信号输出。
师问：请同学们说说看，你家里，或者在你的生活当中，都使用过，或听说过什么样的电器中有传感器？
生讨论并交流。
师举例：
体育中的传感器3：数字化哨子
NBA比赛裁判用的数字化哨子，当裁判吹响哨子的同时场上的计时也同时停止。根据NBA官方透露，这项新科技将为每次哨声节约下至少0.1秒的反应时间。一场比赛累积下来的时间，足够一名球员在比赛中完成绝杀了。
师问：数字化哨子装了什么呢？
生猜：请学生回答
体育中的传感器4：电子起跑器
为了保证比赛的公平性，应用电子起跑器可以对各位运动员的起跑反应时间进行监测，自动判定是否抢跑。
师问：电子起跑器装了什么呢？
生猜：请学生回答
军事中的传感器5：智能微尘
师：智能微尘，指具有电脑功能的一种超微型传感器，它可以探测周围诸多环境参数，能够收集大量数据，进行适当计算处理，主要应用于军事领域，智能微尘可以被大量地装在子弹或炮弹壳中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的运动自然一清二楚。
军事中的传感器6：水下传感器网络
师：我国正在浩瀚的太平洋建设水下传感器网络，可以用来测量水温、盐度、洋流和含氧量，主要用以探测潜艇，加强海军的能力，捍卫我国在南海的主权。
物理学家的传感器7：红外线传感器
师：斯蒂芬·威廉·霍金先生，著名物理学家，非常遗憾在4月14号离开我们。霍金先生在21岁确诊患有运动神经细胞病，俗称渐冻症。到了2008年，霍金的手指已经虚弱到按不动确认键，只剩下右边脸部肌肉仍然可以活动，所以工作人员又为其开发了全新“Cheek Switch”红外线传感器装置到霍金的眼镜之上。该装置可以用红外检测脸颊肌肉活动，当霍金面部肌肉收缩时，传感器就会接收到信号，信号反馈到电脑后，来选定目标字母。
演示实验1：太阳能气象站
用手指触摸太阳能气象站的触摸屏幕，可显示温度，湿度，大气压的值。
师问：太阳能气象站装了哪些传感器？
生猜：请学生回答
演示实验2：机器人
遥控器启动机器人，随后切换模式，让机器人在桌面自由运动。
师问：机器人在桌面上运动有什么特点？
生答：请学生回答
师点拨：机器人装有红外传感器，按下红外遥控器机器人启动。机器人还装有超声波传感器，可以发射超声波碰到障碍物会产生显著反射，形成回波，接收超声波，经过微型处理平台，机器人可绕开障碍物。
2.知识详解
师：综上展示的图片和试验，都用了一种元件，这些元件能够感受某些信息，通过它能实现电路的自动控制，这种元件有一个专门的名称：传感器。
请同学们阅读书P92内容并归纳出传感器必须具有的特点：
传感器是将非电学量转换为电学量的装置，一般包含敏感元件、转换元件、转换电路（可能含辅助电源）。
师：本节课主要学习一种传感器——温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并且可以将其转换成电信号的传感器。KSD9700系列产品是一种用双金属片作为感温元件的温控器。主要有两种类型，常闭型和常开型。电器正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于闭合/断开状态，当温度升高至动作温度值时，双金属元件受热产生内应力而迅速动作，打开/闭合触点，切断/接通电路，从而起到热保护作用。当温度降到重定温度时触点自动闭合/断开，恢复正常工作状态。放在同学们桌子上是KSD9700常开型，动作温度值为40摄氏度。即温度低于40摄氏度，温控器断开，温度高于40摄氏度，温控器闭合。那么它在我们生活里有什么应用呢？
生猜：请学生回答
3.简单任务
师：老师提供了开关、电阻、干电池、导线、发光二极管、KSD9700温控器、蜂鸣器。要求完成火灾报警器实验，即温度升高至40℃，发光二极管亮，同时蜂鸣器响起报警。请同学们先设计好电路图再进行实物连接。
展示学生设计的电路图，师生共同总结出最佳电路图，后进行实验。
4.激发创新
师问：老师发现平时同学们去饮水机装的是100摄氏度的开水，然后装到班级，放在桌子上，想等开水稍微凉了再喝。但是很多同學想起喝水的时候，水已经太凉了。同学们能否设计利用今天的实验设计一个饮水提示器，当水温将至40摄氏度时候，二极管亮，蜂鸣器响起提示大家喝水。请同学们先设计电路图。
展示学生设计的电路图，师生共同总结出最佳电路图。后进行实验。
5.作品分享
请学生展示饮水提示器成品。
6.创意评价
师问：饮水提示器还有哪些你想改进的地方？
请学生回答
师问：你想用传感器来解决什么问题？
请学生回答
师：演示手机里的传感器，并播放智能家居的视频，激发学生创新，最后布置作业。
四、教学反思
教学模式的建立需要依托一定的教育理论，理论不同教学流程就不同。基于“核心素养”的物理创客教育模式的构建是一个尝试探索过程，目前已较为成功地应用于《传感器及其应用》、《测量水果电池的电动势和内阻》等的教学案例中。但不可否认物理创客教育模式存在一定局限性，还需在实践中再完善，探索适用于实验教学等类型的教学流程等。
【参考文献】
[1]王蔚.面向创客教育的学习环境构建研究[J]江苏开放大学学报，2015，26（4）：55-66.
[2]付玲.基于初中科技实验室的创客教学模式构建研究[D].河北：河北科技师范学院， 2017：17.
[3]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
（作者单位：福建省宁德第一中学）
