關注學生的個性發(fā)展
——介紹初中物理課程中“項目學習”的策略

劉炳昇

(南京師范大學物理科學與技術學院 江蘇 南京 210097)

《物理通報》出版30年來致力于提高中學物理教師的專業(yè)水平，對物理科學的普及和中學物理教學改革做出了很大貢獻，特表示衷心地祝賀！筆者在本文中，從回憶自己學生時代參加一些課外活動對日后成長的影響談起，說明基礎教育的課程改革需要關注學生的個性發(fā)展，并借助于多元智力理論簡介“項目學習”的策略.以初中物理課程中的一個綜合實踐活動為例，評析相關策略的應用．

1 從學生時代 參加的活動談起

在學生時代，我是一個課外科技活動的積極參加者．從初三到高中、到大學，我一直參加航空模型興趣小組的活動．幾十年過去了，我仍然懷念那段歲月，深深感到這些活動對我成長的影響．

記得在學生時代的課余時間，我們在工作室從識圖、繪圖、放樣開始，用薄木板、細木條等制作零件、組合裝配成模型飛機構架；再蒙上薄板或棉紙、涂上防水油等，經過大約一個月，一架1～2 m長的模型飛機制成．制作模型飛機需要許多知識和技巧，例如制作飛機的螺旋槳，用斜刀加工，槳葉的橫截面是流線型的，并且要求從槳根到槳尖是逐漸扭曲的，靠近根部的迎角(槳翼與氣流間的夾角)大，越向槳尖部迎角越小(圖1)．這里涉及許多物理知識，如為什么要做成流線型？可以用“流速大、壓強小”的原理來解釋，螺旋槳葉旋轉時便產生向前的牽引力.又如為什么靠近槳葉根部的迎角較大而靠近槳葉尖部的迎角較小？這是由于考慮“半徑越大線速度越大”提出的要求．每當周末或假期，天還沒亮，我們小組的成員就已經在郊外曠野上試飛．為什么要這樣早？因為試飛調整需要防止復雜氣流的干擾，日出以前地面上空的氣流最為平穩(wěn)．在日落后的一個小時也是試飛調整合適的時間．在試飛前期需要做許多調整工作，如，重心位置、機翼迎角、水平穩(wěn)定性、方向穩(wěn)定性的調整等．此后才讓模型飛機飛上約50 m的高空.看著自己做的模型飛機在空中平穩(wěn)地飛翔，我們有說不出的高興．但試飛并不是都一帆風順的，有時由于氣流紊亂使模型飛機“失速”，飛機螺旋下墜，與地面相撞.正常降落時也可能與障礙物相撞，機身、機翼、機尾折斷．遇到這種情況，我們十分難過，但沒有放棄，揀起傷殘的模型飛機進行修補，或重新制作．有時，模型飛機本身沒有任何問題，但遇到上升氣流，模型飛機越飛越高．通常情況下，我們的模型飛機設置了簡單的“自動廹降”裝置，如圖2所示.將水平尾翼前部用橡皮筋、后部用細線圈固定在機身尾部，在細線圈中夾入一根在高錳酸鉀溶液中浸過的粗棉線(如同煙花的引線)，起飛前將粗棉線一端點燃.3～4 min后，細線圈被燒斷，前方的橡皮筋將水平尾翼拉起與水平約成45°角，使整架飛機的阻力大大增加，飛機就平衡地迫降下來．有時，因為浸過高錳酸鉀的引線被露水打濕，不能燒斷細線圈，飛機又遇到了強上升氣流，常使飛機消失在追蹤人的視線外……

圖1 螺旋漿的迎角根部大、尖部小

這些活動，潛移默化地使我們獲得了許多寶貴的東西——科學探索與技術設計的方法，靈活應用知識、手腦并用、分析和解決問題的能力，對科學的興趣，克服困難的意志和團隊合作精神等．

圖2 模型飛機的“自動迫降”裝置

筆者根據自己的經歷和體會，想要說明一個對中學科學課程的希望——科學課程能為學生個性發(fā)展提供機會和良好的氛圍．

2 中學物理課程中“項目學習”的策略

隨著時代的發(fā)展，人本主義的教育觀得到社會共識.基礎教育的科學課程以提高學生的科學素養(yǎng)為目標，力求提供符合學生“多元智力能譜”的個性化學習平臺，使學生的不同潛能得以發(fā)揮，從而提高全社會的創(chuàng)新水平．

在物理課程中，除了課堂中關注每個學生的學習外，提供適合于不同學生的“項目學習”是促進學生個性發(fā)展的一項策略．“項目學習”是指圍繞一個重要的主題或課題的調查或綜合實驗的課外活動．這些能引起學生的興趣、積極參與，并愿意花費一定的時間，在相互合作中對真實世界進行一定的研究．多元智力理論的倡導者十分推崇這種個別化的教學形式[1]．“項目學習”的具體過程大致包括發(fā)現和提出問題、進行猜想與假設、設計實驗或進行調查、分析與論證、交流討論、展示成果等．在活動中，學生可根據自己的興趣和智力優(yōu)勢來選擇項目．學習環(huán)境包括教室、實驗室以及各種課程資源所創(chuàng)設的校內外情境．項目內容一般與學生的生活聯系密切，要求學生運用一定的陳述性知識和程序性知識，研究的結果有較大的開放性．因此，課程設計者和實施者應當重視“項目學習”的作用，使其成為整個課程的一個有機組成部分．我國科學課程改革中所創(chuàng)造的“研究性學習”、“學科綜合實踐活動”等都是“項目學習”的很好形式．

3 案例及評析

為了更好地促成學生的個性發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力，蘇科版初中物理教材中設置了系列的綜合實踐活動[2]，為學生提供可選擇的“項目學習”，如，比較材料的隔聲性能、用電冰箱研究物態(tài)變化現象、探究樹蔭下的光斑、制作一個醫(yī)用冷藏盒、制作簡易密度計、制作簡單機械組合模型、設計簡單電路、研究家庭用電等．下面介紹其中一個案例，并從促進個性發(fā)展策略的角度進行評析．

3.1 案例：探究樹蔭下的光斑

課題(本課題由小組合作完成)

(1)晴天正午，從樹蔭下走過，會看到地面上有一些光斑(圖3)．請仔細觀察，描述你們看到的現象，并提出感興趣又不能解釋的一些問題．

圖3 樹蔭下落在地面的光斑

(2)請?zhí)岢霾孪耄孛嫔瞎獍叩男螤羁赡芘c哪些因素有關？光斑的亮度可能與什么因素有關？

(3)打算如何收集證據來檢驗你們提出的猜想？實驗方案是怎樣的？需要哪些器材？有哪些變量？怎樣進行控制？

(4)收集到的事實是哪些？怎樣歸納出實驗結論的？

(5)能用什么原理對實驗結論作出解釋嗎？

拓展課題

(1)能否應用探究得到的結論來解決某一個問題？如已知太陽到地球的距離，用實驗的方法估測太陽的直徑．你的方案是什么？應用什么理論和推論？需要測量哪些量？如何評價測量得到的結果？

(2)查閱資料，了解古埃及人是如何利用太陽光形成的桿影首次測量地球周長的.請設計一個方案，尋找一個外地的合作伙伴，通過網絡交換測量信息，從而測量出地球的直徑．

交流與評價

完成課題，寫一篇小論文，做好準備后在班級中交流討論，并評價研究成果．

3.2 案例評析和指導建議

本案例提供的情景是學生經常看到但又不曾注意的現象，它可能給學生意想不到的發(fā)現，從而激發(fā)他們探究的動機．課題提供了一系列由淺入深有拓展性的問題，這些問題的解決需要不同的智力的結合，因此課題不僅能為不同學生提供施展自己智力優(yōu)勢的機會，而且也有利于促進多元智力的協調發(fā)展．

(1)對現象的觀察：多數學生只觀察到大小不規(guī)則的光斑，因此提不出有價值的探究問題；而觀察力強的學生可以發(fā)現，有的光斑形狀是不規(guī)則的，還有一些較小的圓形光斑，其亮度較暗．他們不僅仔細看地面上的光斑，而且抬頭觀察樹葉間的透光空隙，發(fā)現并沒有圓形的．為了能更好地觀察，有的學生將一張白紙放在樹蔭下；有的學生用照相機拍下光斑的照片，再仔細觀察，如圖4所示．這些觀察使他們能較好地發(fā)現問題，如，影響地面上光斑形狀的因素有哪些？較小的圓形光斑是怎樣形成的？為什么一般圓形光斑較暗？

圖4 樹蔭下光斑的照片

(2)關于猜想：多數學生開始時認為，光斑是陽光透過樹葉間空隙照在地面上形成的，而太陽光是平行光，由于樹葉的遮擋形成影子，光通過樹葉間的縫隙照在地面上，因此光斑的形狀與葉間縫隙的形狀一致，即光斑的形狀是由孔的形狀決定的．這些學生中，有的是基于經驗得出猜想，有的是基于邏輯而得出猜想．一些思維靈活或觀察敏銳的學生可能會提出光斑的形狀與孔的大小有關的猜想．在收集證據過程中，還會改變猜想或提出新的猜想．

(3)關于收集證據：過程中需要準備器材和進行操作，可以看到不同的學生表現不一樣．如在取材上，有的用薄紙，有的用明信片，有的用硬紙板．又如在卡片上刻孔，有的在每一張紙片上刻一個孔，有的在一張卡紙上刻出不同形狀、不同大小的許多孔，有的在一張卡片上刻出一組大小近似相同、形狀各不相同的孔(圖5)，有的在一張卡片上刻出一組形狀相同大小不同的孔(圖6)等．不同學生實驗操作的表現也不一樣．有的小組學生操作的思路很明確，驗證光斑的形狀與孔的形狀的關系，就取相同大小、不同形狀孔的卡片實驗比較；驗證光斑形狀與孔的大小的關系就取相同形狀、大小不同孔的卡片實驗比較．有的小組學生用一張卡片覆蓋在一張刻有孔的卡片上，遮去孔的一部分，并逐次移動覆蓋的卡片，使下面卡片上的孔變小，如圖7所示，讓太陽光通過小孔，觀察紙面上的光斑形狀和亮度變化．有的學生還改變孔與地面的距離，探究光斑的形狀是否與孔到屏的距離有關．可見，收集證據的操作過程，不僅顯示了學生的動手能力，還顯示了與之聯系的思維智力等．

圖5 大小近似相同，形狀各異的孔形成的斑 圖6 形狀相同，大小不同的孔形成的斑

圖7 驗證光斑形狀與孔的形狀的關系

(4)關于探究結果的分析和論證：通過收集到的事實可知，太陽光通過樹葉間空隙在地面上所成光斑的形狀與孔的大小有關，當孔較大時，光斑的形狀與孔的形狀相似；當孔較小時，光斑的形狀與孔的形狀無關，而與太陽的形狀相似，所以人們看到的光斑是圓形的，由于孔小，所以看到的光斑亮度較暗．

有的學生發(fā)現，在孔不是太大時，光斑的形狀還與孔到地面的距離有關．例如，孔的線度約1 cm，孔屏間距為30 cm時，光斑形狀與孔的形狀相似(圖8)；孔屏間距為150 cm時，光斑形狀近似為圓形，且周界模糊(圖9)．

圖8 孔與屏較近時的光斑 圖9 孔與屏較遠時的光斑

怎樣解釋探究的結果呢？光斑形狀與孔的大小有關.孔較小時可以用小孔成像的原理，即用光的直線傳播原理來解釋，若只用一條光線來描述通過小孔的情況是不難解釋的．但對解釋光斑的形狀與孔屏間距有關的問題就不容易了．如圖10，從太陽的A，B兩點發(fā)出兩束光，通過三角形小孔后成為兩束三棱擴散光．如果光屏離孔較近，兩束光形成的光斑幾乎重疊，與小孔的形狀一致．如果光屏離孔較遠，在屏上形成兩個上下錯開的三角形光斑．如果從太陽AB截面圓周上的各點發(fā)出許多條光束，通過三角形小孔后，在較遠的光屏上形成的一系列三角形光斑將分布在同一圓周上.因此可以想象，太陽發(fā)光面上各點發(fā)出的光線通過小孔后在較遠的屏上形成的光斑為圓形，邊緣不清晰．

圖10 解釋光斑形狀與孔屏間距有關

(5)關于拓展課題：有兩個拓展課題供學生選做．

1)用“小孔光斑法”估測太陽的直徑，使學生體會到物理學原理的應用價值，并學習簡接測量的方法．

2)用“桿影法”測量地球的直徑．學生通過查閱資料可知，公元前3世紀，古埃及的學者埃拉托色尼在同一經線上的兩個城市做了實驗，首次估算出了地球周長．他們在Syrenet 和 Alexandria兩地垂直地各插一根直桿，當太陽在Syrenet正從桿頂入射(桿影長為零)時，在Alexandria測得桿影長度不為零，由此推斷人類生活的地球表面不可能是平的，而是彎曲的．實驗測得當時在Alexandria形成桿影的太陽光與直桿的夾角為7°.如圖11所示，已知S，A兩地間的距離為800 km，假定地球是球形的，根據幾何關系可求得地球的圓周長

根據這一數據算得地球的半徑為

圖11 用“桿影法”測量地球的直徑

可見埃拉托色尼所做的人類首次對地球的測量結果很了不起．

學生重做這個測量很有意思．他們必須在同一經線附近找合作伙伴，例如徐州、濟南、天津、南京等處.尋找好合作伙伴后設計實驗方案，再進行實驗，通過網絡傳遞數據和測量結果，并對結果分析．這對參與研究的學生是一種很好的鍛煉，可以從科學史中得到啟發(fā)，從多種途徑獲取數據，培養(yǎng)合作精神．

從上面的介紹可以看出，該“項目學習”從學生身邊的現象出發(fā)，讓學生在觀察中發(fā)現問題，圍繞問題進行探究，較好地體現了科學探究的本質特征，以增強學生的探究意識；同時有寬廣、多層次的問題情景，多種不同的資源，能較好地滿足不同個性學生的興趣，使他們的智力優(yōu)勢得以發(fā)揮．教師在指導過程中，應當了解每個學生的“智力能譜”，關注初中學生的心理特征，提供積極的發(fā)展性評價，帶動學生多元智力的協調發(fā)展．

參考文獻

1 陳嫻.多元智力觀與物理教學策略.北京：高等教育出版社，2008.5

2 劉炳昇.繼承與創(chuàng)新——初中物理新課程建設的理論與實踐研究.南京：江蘇科學技術出版社，2006.12