迎接“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”玩轉(zhuǎn)“能量轉(zhuǎn)化”

張瑩蘭

摘? ?要：“機(jī)械能的轉(zhuǎn)化”一節(jié)的教學(xué)，新課教學(xué)中通過游戲情境的設(shè)計(jì)帶領(lǐng)學(xué)生觀察歸納、猜想驗(yàn)證物理規(guī)律，鍛煉科學(xué)思維;增設(shè)三個(gè)項(xiàng)目挑戰(zhàn)賽，通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式體驗(yàn)科學(xué)探究，培養(yǎng)尊重事實(shí)，質(zhì)疑創(chuàng)新，學(xué)以致用的科學(xué)態(tài)度和學(xué)習(xí)熱情。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目學(xué)習(xí);核心素養(yǎng);科學(xué)思維;科學(xué)探究

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是近年教育研究與一線教學(xué)實(shí)踐的熱門問題。物理核心素養(yǎng)是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的，帶有物理學(xué)科特色的品質(zhì)，是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，是物理“學(xué)科育人”價(jià)值的集中體現(xiàn)。它要求學(xué)生在完成物理學(xué)習(xí)后，形成正確的“物理觀念”，具有模型建構(gòu)、科學(xué)推理、學(xué)習(xí)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等“科學(xué)思維”，掌握“科學(xué)探究”的方式，形成正確的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，物理核心素養(yǎng)的提出給我們廣大一線教師的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)提供了精準(zhǔn)的方向。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式引入初中物理教學(xué)，實(shí)質(zhì)上就是將物理綜合實(shí)踐活動(dòng)作為一種學(xué)習(xí)方式引入物理教學(xué)中，將物理概念建構(gòu)和物理規(guī)律探究融入小組合作完成一項(xiàng)具體的任務(wù)的過程，在完成項(xiàng)目任務(wù)的過程中重新整合，利用學(xué)習(xí)內(nèi)容，在全新的體驗(yàn)中引發(fā)深度學(xué)習(xí)[ 1 ]。項(xiàng)目學(xué)習(xí)是物理知識(shí)的整體性運(yùn)用與創(chuàng)造，它把物理學(xué)科與生活、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等緊密聯(lián)系，是一種跨學(xué)科融合性、開放性、個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式，在實(shí)踐中將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，內(nèi)化為物理核心素養(yǎng)。

“能量觀”做為物理核心素養(yǎng)中重要的“物理觀念”之一，對(duì)初中學(xué)生來說較為抽象和難以理解。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生一學(xué)就會(huì)，一做就錯(cuò)，學(xué)生難以建立能量大小的變化和能量之間轉(zhuǎn)化的聯(lián)系，對(duì)稍微復(fù)雜的情境難以系統(tǒng)分析。本文以滬科版八年級(jí)第十章第六節(jié)“合理利用機(jī)械能”第二課時(shí)——機(jī)械能的轉(zhuǎn)化為例，在教學(xué)過程中，利用設(shè)置合理的情境，建構(gòu)分析物理模型，開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，旨在幫助學(xué)生們建立初步對(duì)能量的理解。

1? 設(shè)置游戲情境模型，科學(xué)推理概括規(guī)律

美國(guó)著名科學(xué)教育家萊得曼認(rèn)為：“科學(xué)知識(shí)是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，是基于對(duì)自然界的觀察”。學(xué)生對(duì)從未接觸過的概念，需要一定的情境來使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)。教師為學(xué)生選擇的情境中的最佳例子是來源于日常生活。通過從司空見慣的生活實(shí)例中提取物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、學(xué)習(xí)論證的科學(xué)思維[ 2 ]。

1.1? 游戲情境設(shè)計(jì)，激發(fā)思維火花

生活中與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化相關(guān)的情境實(shí)例比比皆是，我們應(yīng)該選擇學(xué)生熟悉的、有趣的、能量轉(zhuǎn)化較單一方便分析的實(shí)例來服務(wù)于新課教學(xué)。本節(jié)課，我設(shè)計(jì)了七個(gè)方便演示和學(xué)生觀察的相關(guān)小游戲作為情境，逐步展開新課教學(xué)。具體內(nèi)容如表1所示。

1.2? 合理教學(xué)設(shè)計(jì)，提升核心素養(yǎng)

在小球沿斜面下滑、滾擺、蹦床、實(shí)心球單擺這四個(gè)實(shí)例中，可以首先由教師演示實(shí)驗(yàn)，然后通過教師設(shè)置清晰的問題鏈激發(fā)學(xué)生的積極思維[ 3 ]：你能看到什么和能量有關(guān)的知識(shí)？能量的大小是否有變化？你如何驗(yàn)證你的說法？你要怎么分階段來說明能量轉(zhuǎn)化？……由學(xué)生回答問題，互相補(bǔ)充回答完整或提出質(zhì)疑問題，由學(xué)生自行積極主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

在單擺實(shí)驗(yàn)中，分析完成單擺過程后，教師繼續(xù)設(shè)問：實(shí)心球每次都能回到原來的位置嗎？如何讓實(shí)心球回到原來的釋放位置甚至升的更高？如果從鼻尖處釋放，返回時(shí)候會(huì)不會(huì)打到鼻子？需要注意怎么做才不會(huì)打到鼻子？……學(xué)生利用已有的知識(shí)和方法，做出合理猜想假設(shè)，針對(duì)問題進(jìn)行邏輯推斷，最后由學(xué)生代表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這樣由觀察推理得到的知識(shí)較不容易遺忘，并由此培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證的科學(xué)思維。

在重力小車和回力車游戲環(huán)節(jié)，教師先演示重力小車，由于重力小車的能量變化很明顯學(xué)生容易判斷。但回力車動(dòng)能的來源學(xué)生只能靠猜想，不是電能、不是重力勢(shì)能，那可能是什么能轉(zhuǎn)化而來的？當(dāng)學(xué)生做出了合理的猜想假設(shè)，教師進(jìn)一步追問：如果你的猜想是對(duì)的，想讓小車運(yùn)動(dòng)的更遠(yuǎn)，應(yīng)該怎么做？有什么其他事實(shí)為依據(jù)可以證明你的猜想？ ……

給學(xué)生適當(dāng)思維啟迪，沿著物理規(guī)律的來源建立過程，學(xué)習(xí)物理規(guī)律的建立方法，關(guān)注規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系和知識(shí)的遷移應(yīng)用，學(xué)習(xí)聯(lián)系知識(shí)和實(shí)際解決面臨的新問題[ 4 ]。

2? 組織組間項(xiàng)目挑戰(zhàn)，合作學(xué)習(xí)競(jìng)賽爭(zhēng)先

在課堂和課外開展合適的項(xiàng)目學(xué)習(xí)是極大刺激學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)熱情的教學(xué)方法之一，也是公認(rèn)的體現(xiàn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)方法之一。現(xiàn)在的不少學(xué)生經(jīng)歷過科學(xué)啟蒙，書籍玩具、科教頻道、包括網(wǎng)絡(luò)都是他們獲得科學(xué)知識(shí)碎片的途徑，且具有一定的動(dòng)手能力，他們有能力圍繞解決實(shí)際項(xiàng)目任務(wù)參與課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)，小組合作協(xié)調(diào)互助，每人承擔(dān)相應(yīng)工作來為小組完成項(xiàng)目任務(wù)做貢獻(xiàn)，這一代學(xué)生的能力水平是相當(dāng)適合發(fā)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)模式。

2.1? 設(shè)計(jì)項(xiàng)目挑戰(zhàn)，小組合作學(xué)習(xí)

利用項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓每個(gè)學(xué)生都經(jīng)歷完整的“科學(xué)探究”過程。本節(jié)課的項(xiàng)目學(xué)習(xí)安排的是一次項(xiàng)目挑戰(zhàn)賽，學(xué)生選擇挑戰(zhàn)項(xiàng)目之一：“自制投石機(jī)投擲比賽”（成品如圖1）“樂高投石機(jī)投擲比賽” （成品如圖2）“不用電的小車賽跑比賽” （成品如圖3）。具體項(xiàng)目挑戰(zhàn)內(nèi)容如表2所示。

由于這次項(xiàng)目挑戰(zhàn)設(shè)置在課內(nèi)，因此我選擇難度適中的項(xiàng)目活動(dòng)，并由教師提前準(zhǔn)備好組裝小車和投石機(jī)相對(duì)應(yīng)器材零件。其中“樂高投石機(jī)”如果從零開始組裝，至少需要半小時(shí)以上的時(shí)間，且目標(biāo)指向性不夠強(qiáng)，因此我對(duì)“樂高投石機(jī)”投擲比賽做了如下處理：讓學(xué)生不是從零開始制作樂高，而是利用改進(jìn)老師給的樂高投石機(jī)半成品，僅僅改進(jìn)其最核心的部分---彈力部分，有能力的同學(xué)也可以在時(shí)間限制內(nèi)對(duì)其機(jī)械部分進(jìn)行改進(jìn)。

2.2? 合理活動(dòng)安排，提升核心素養(yǎng)

關(guān)于物理核心素養(yǎng)中的“科學(xué)探究”是這樣界定的：它是指提出科學(xué)問題，形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作解釋、對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。科學(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素[ 5 ]。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)不是單純的為了完成項(xiàng)目，而是希望通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)，強(qiáng)化“物理觀念”，激活“科學(xué)思維”，經(jīng)歷“科學(xué)探究”，端正“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，這就要求教師精心設(shè)計(jì)組織項(xiàng)目學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。根據(jù)上文中“科學(xué)探究”的界定，本節(jié)課對(duì)項(xiàng)目挑戰(zhàn)環(huán)節(jié)做如下設(shè)計(jì)。總用時(shí)約為25分鐘，占據(jù)課堂總時(shí)長(zhǎng)的一半。本次項(xiàng)目挑戰(zhàn)一共分為以下8個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）介紹（3分鐘）：教師展示和介紹三個(gè)項(xiàng)目挑戰(zhàn)賽的活動(dòng)器材和競(jìng)賽目標(biāo);

（2）思考（30秒）：學(xué)生自行思考并提出猜想假設(shè)，如何更好的完成競(jìng)賽目標(biāo);

（3）交流（2分鐘）：全班交流各個(gè)項(xiàng)目改進(jìn)意見并相互評(píng)價(jià)討論;

（4）選擇（1分鐘）：每組三選一，選擇想要參加的項(xiàng)目挑戰(zhàn)賽并領(lǐng)取器材，在交流環(huán)節(jié)表現(xiàn)出色的小組優(yōu)先選擇;

（5）實(shí)驗(yàn)（10分鐘）：利用老師所給的器材，實(shí)踐項(xiàng)目挑戰(zhàn);

（6）比賽（5分鐘）：三個(gè)項(xiàng)目挑戰(zhàn)每個(gè)四組同學(xué)，比賽場(chǎng)地采用現(xiàn)成的樂高比賽場(chǎng)地，每組從定好起點(diǎn)發(fā)射沙包或釋放小車，在同一大場(chǎng)地同時(shí)競(jìng)賽，長(zhǎng)度測(cè)量裁判測(cè)量比賽結(jié)果，不用電的小車還增設(shè)時(shí)間測(cè)量裁判，并最終由總裁判宣讀比賽結(jié)果;

（7）再交流（2分鐘）：冠軍小組分享取勝秘訣以及實(shí)踐嘗試中遇到的問題，失敗未完成項(xiàng)目挑戰(zhàn)的小組反思失敗的原因;

（8）整理器材（30秒）：復(fù)原實(shí)驗(yàn)器材并歸還至講臺(tái)處。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的第一步就是明確需要解決的任務(wù)。教師演示兩種投石機(jī)的效果，投石機(jī)可以水平將物體投擲一段距離，但投擲效果不佳;演示不用電的小車，但水平運(yùn)動(dòng)距離有限，速度不快。教師可以通過設(shè)問將學(xué)生的思維引導(dǎo)到物理概念、規(guī)律上：這個(gè)過程存在什么樣的能量轉(zhuǎn)化呢？請(qǐng)學(xué)生思考從能量轉(zhuǎn)化的角度我們需要怎么做才能使沙袋水平飛行的更遠(yuǎn)，小車運(yùn)動(dòng)得又快又遠(yuǎn)呢？需要老師補(bǔ)充提供什么樣的器材？……通過一個(gè)個(gè)學(xué)生回答自己的看法以及教師一系列的追問，讓學(xué)生帶著問題去思考，學(xué)會(huì)如何正確的思考問題，如何進(jìn)行科學(xué)的符合邏輯的猜想假設(shè)的思維過程，強(qiáng)化科學(xué)思維。

思考和交流環(huán)節(jié)，采用的是個(gè)人思考以及全班交流三個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。學(xué)生需要思考三個(gè)項(xiàng)目而不僅僅是自己小組將要選擇的項(xiàng)目，擴(kuò)大交流面互相交流、互相啟迪，互相質(zhì)疑、鼓勵(lì)創(chuàng)新，建立學(xué)習(xí)共同體。使整節(jié)課最后每組學(xué)生的競(jìng)賽成績(jī)都更優(yōu)并能使每位同學(xué)對(duì)每個(gè)活動(dòng)都能有更強(qiáng)的參與感，對(duì)其他非自己小組所選擇的項(xiàng)目也能有所思考，在其他組競(jìng)賽以及交流分享環(huán)節(jié)時(shí)也能共同參與專注思考。

這次項(xiàng)目挑戰(zhàn)每個(gè)項(xiàng)目有四個(gè)參賽小組，并不是教師提前安排分配好器材，而是在學(xué)生已經(jīng)對(duì)每個(gè)項(xiàng)目怎么做能更好心中有數(shù)時(shí)，再經(jīng)過小組討論選擇項(xiàng)目。看似浪費(fèi)時(shí)間，但根據(jù)小組成員優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)選擇合適的項(xiàng)目也是重要的能力之一。上個(gè)環(huán)節(jié)有效發(fā)言的小組有優(yōu)先選擇權(quán)，也進(jìn)一步促進(jìn)上一環(huán)節(jié)的交流。選擇環(huán)節(jié)讓每個(gè)小組都有選擇的權(quán)利，使活動(dòng)更具個(gè)性化，對(duì)自己所選擇的項(xiàng)目更能全情投入科學(xué)探究。

實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)生通過圍繞真實(shí)的項(xiàng)目任務(wù)，將已有的知識(shí)技能方法遷移到新的問題中，從而解決實(shí)際問題。學(xué)生課堂內(nèi)外積累的科學(xué)知識(shí)以及創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，將使他們?cè)谛〗M項(xiàng)目學(xué)習(xí)中占據(jù)更主導(dǎo)的地位。項(xiàng)目挑戰(zhàn)增添了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的自信心，在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)成功感，滿足了學(xué)生的好勝心，使物理學(xué)習(xí)的興趣能夠更持久，促進(jìn)學(xué)生全腦思維協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和動(dòng)手能力、創(chuàng)造力。

比賽成績(jī)是對(duì)上一環(huán)節(jié)活動(dòng)以及學(xué)生綜合能力的評(píng)價(jià)，測(cè)量裁判和總裁判的設(shè)立同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的測(cè)量能力讓更多的學(xué)生成為活動(dòng)的組織方，不但使比賽更正式化，更是為了落實(shí)評(píng)價(jià)機(jī)制，明確測(cè)量的意義，端正“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。每個(gè)小組都要有自己的長(zhǎng)度或時(shí)間的成績(jī)而不是只關(guān)注冠軍，更應(yīng)該關(guān)注各組差異背后的原因。

在冠軍組學(xué)生分享交流的過程中，將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)再次返回抽象的物理概念、規(guī)律，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理規(guī)律不是紙上談兵的死記硬背，是可以實(shí)踐反復(fù)驗(yàn)證的，是可以利用規(guī)律解決真實(shí)問題的，從心底更相信物理愛物理。

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