邁向深度學習的物理主導的綜合實踐活動

周曉磊

[摘 ? 要]物理主導的綜合實踐活動是將綜合實踐活動和物理學科教學融合的產物，能夠促使學生深度學習的發生。文章以“設計簡單機械”為例，闡述如何將生活問題轉化成物理主導的綜合實踐活動主題，如何通過活動探究和理論分析解決綜合實踐活動中的物理核心問題，從而促使學生深度學習。

[關鍵詞]深度學習;物理主導;綜合實踐活動

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0045-02

一、綜合實踐活動流程架構

《中國學生發展核心素養》在對“培養什么樣的人”這個問題的進一步追問中，明確提出“學生應具備適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，突出強調個人修養、社會關愛、家國情懷，更加注重自主發展、合作參與、創新實踐”。“綜合實踐活動是從學生的真實生活和發展需要出發，從生活情境中發現問題，并轉化為活動主題，通過探究、服務、制作、體驗等方式，培養學生綜合素質的跨學科實踐性課程。”而物理主導的綜合實踐活動是將綜合實踐活動和物理學科教學相融合的產物，它具有一定的深度學習特征，在指導學生開展實踐活動的過程中，能夠促進更具深度的學習發生。那么，究竟怎樣指導物理主導的綜合實踐活動呢？筆者經過多年摸索構建了如圖1所示的物理主導的綜合實踐活動流程。

“學習的一個重要目的是解決現實生活中的復雜問題，深度學習要求學習者必須面對并能夠解決實際問題。”面對生活中豐富有趣的實際問題，教師應該先將它們的維度降低，找到核心問題。在綜合探究過程中，學生容易生成很多問題，教師要甄選出有價值的問題，要確保學生有興趣參與、有能力完成。

郭華教授認為，所謂深度學習就是在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心參與的有意義的學習過程。其中“‘活動與體驗是深度學習的核心特征。”綜合實踐活動，如果能在某一門學科的主導下進行研究，讓學生就某一門學科進行跨單元、跨年級、跨學段學習，這時，教師的學科知識更能發揮作用，學生接受的深度指導科學性更強。相比其他學科，物理主導的綜合實踐課程，更能實現學科內知識的綜合運用。

二、綜合實踐活動問題生成

今年筆者帶學生參加蘇州市青少年創新大賽，其中一個競賽項目是要求學生用5周時間展開研究與學習，設計一個能將邊長30 cm的泡沫骰子投于2米遠、2米高的紙箱上表面，并且不掉落。這一活動主題與蘇科版物理九年級簡單機械中的一節綜合實踐活動課“設計一個簡單機械”關聯性很強，目的是理論聯系實際，促進學生學以致用，發展學生的創新思維。

在開展物理主導的綜合實踐活動時，降低活動維度是我們先要做的。簡單機械制作包括結構設計、制作安裝、理論分析、調試改進等環節。要圍繞利用物理原理進行機械設計，就要在制作安裝機械這一維度進行簡化。筆者采用積木搭建方案來降低學生的制作難度，如使用粗細不同的PVC水管、彎頭、三通管、KT板作為機械主體結構的搭建材料。

三、綜合實踐活動探究過程

問題驅動是推動學生自主活動探究的原動力。確立核心問題有助于學生明確探究方向，減少無效討論，提高綜合實踐活動效率。在學生體驗了扔、拋、投骰子后，學生們提出眾多的問題，教師可從中挑選三個問題作為本次實踐活動的核心問題。

問題1：如何投出骰子？

學生仿造勾手投籃，制作了投石器型機械，如圖2。通過反復測試，學生發現一個問題，泡沫骰子如果要投擲到足夠遠的目標位置，需要用非常多的橡皮筋作為動力。而動力足夠時PVC水管會發生明顯彎曲形變，機械本身承受不住，容易損壞。投石器型機械的物理模型是杠桿。根據杠桿原理，當動力臂小于阻力臂時為費力杠桿。由于該機械是費力杠桿，才出現了要不斷增加動力（即橡皮筋股數）的情況。是否能改成省力杠桿呢？顯然是不能的，省力杠桿雖然省力，但是費距離，如果改成省力杠桿，骰子的運動幅度就會很小，不利于投擲。

問題2：如何增加控制的距離？

經過進一步研究，學生仿造女式投籃姿勢，采用打氣筒套管結構制作了彈弓型機械，如圖3所示。通過反復測試，學生發現了彈射距離的控制方法。只要將套管向下拉，增加彈簧的伸長量，就能增加骰子的彈射距離。彈弓型機械的物理原理是胡克定律和機械能轉化原理。根據胡克定律，彈簧在發生彈性形變時，彈簧的彈力隨彈簧伸長量的增大而增大。根據機械能轉化原理，彈射過程中，彈簧的彈性勢能越大，轉化為骰子的動能也越大。因此，只要在每次橡皮筋拉伸位置做好記號，就能控制每次骰子飛出時的速度，找到最理想的彈射距離。

問題3：如何控制骰子的軌跡？

軌跡測試時學生產生了兩種極端測試方法。如圖4所示，前拋，橡皮筋拉伸幅度小，骰子速度慢，但有因箱子前沖，骰子不能停在紙箱上的問題。如圖5，上拋，橡皮筋拉伸幅度大，骰子速度快，箱子不前沖，但撞擊后，箱子容易跳起，骰子不能停在紙箱上。如圖，骰子斜拋的軌跡需要有一定的拋物線知識，而初中學生討論時的軌跡草圖只是簡單的上下折線。研究深度已經向拋物線進發，而學生知識儲備不夠，那么本次綜合實踐活動是否到此為止呢？顯然不是，這是本次活動中生成的最好問題，必須想辦法解決。

用沙盤軟件模擬不同初速度的骰子運動軌跡，學生多觀察、多比較，找出其中的物理原理。經過研究發現，骰子良好的運動軌跡必須具備兩個條件。首先，骰子運動軌跡不能前沖。由于慣性，骰子撞擊箱子后，仍然保持水平方向的速度，不利于骰子停留在箱子表面。其次，骰子的運動軌跡不能過高。軌跡越高，骰子在最高點時具有的重力勢能越大，下落過程中轉化得到的動能越大，撞擊箱子時豎直方向的速度越大，更容易彈起來，所以理想的軌跡是不前沖，拋物線的最高點較低。

通過多次模擬，學生發現，如果把骰子投出時的出手點位置提高，拋物線軌跡就能符合要求，如圖6。為了保證機械起始狀態限高1米，出手點又能超過1米，我們做了最后的改進，如圖7，將彈弓型機械上下顛倒，固定外層套管及彈射內側長管，最終將出手點高度提高到了1.8米，明顯改變骰子的運動軌跡。我們設計的高拋彈弓式投擲器（如圖8）在蘇州市青少年創新大賽中成功將骰子投放于最高處，取得全場最高分。

四、綜合實踐活動反思

利用物理主導的綜合實踐活動拓展初中物理教學，取得了不少的積極成果，也發現了一些問題。

1.發現生活問題，生成活動主題

生活中的真實問題是學生十分感興趣的，而興趣有利于學生產生持久的學習動機，從而促成深度學習。教師應了解學生對哪些問題感興趣，考量這些問題能否與學科知識相聯系，能否與學生已有經驗和現有能力相聯系。選定合適的主題后，還應思考如何用學科知識架構探究活動的核心問題。

2.探究核心問題，促進思維發展

杜威認為：學習就是要學會思維，思維的緣由是遇到了困惑。學生深度學習的發生，需要教師在綜合實踐探究中，準確把握學生在實踐體驗過程中的“困惑”并找出綜合實踐活動的核心問題。通過核心問題驅動學生自主學習，讓學生在學習活動中建構知識網絡，掌握知識間的聯系，完成知識遷移和應用，從而達到深度學習的目的。而讓學生深度學習的目的就是要培養學生的物理素養，促進學生物理思維能力的發展。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?中華人民共和國教育部.中小學綜合實踐活動課程指導綱要[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2] ?佐藤學.課程論評[M].東京：世織書房，1996.

[3] ?張浩，吳秀娟.深度學習的內涵及認知理論基礎探析[J].中國電化教育，2012（10）：7-11+21.

[4] ?鐘啟泉.綜合實踐活動：含義、價值及其誤區[J].教育研究，2002（6）：42-48.

[5] ?郭華.深度學習及其意義[J].課程·教材·教法，2016（11）：25-32.

（責任編輯 易志毅）