從紛繁的科學史中精選真人真事，設計項目式課程

趙雅萍

液晶材料廣泛應用于顯示領域，極大地便利了人們的生活。液晶作為新型材料的代表出現在高中《化學》（選擇性必修2）“物質結構與性質”、《義務教育物理課程標準（2011年版）》和《普通高中物理課程標準（2017 年版）》中，完善學生對物質的認識，了解物質結構研究的現代技術和先進成果。學生熟悉液晶的用途，初步了解液晶的聚集狀態，但對其分子結構和顯示原理比較陌生，其中蘊含著豐富的科學知識和方法待挖掘，是良好的驅動性素材。

通過挖掘真人真事和外顯問題解決思路，有助于設計出高品質的項目式課程。對真人真事的挖掘、篩選和組織的方式豐富多樣，本案例從紛繁的科學史中對真人真事進行精選和思路外顯，由此設計項目式課程。

挖掘真人真事，外顯問題解決思路

學生如何才能像科學家一樣“設計制作液晶顯示屏幕”呢？需要挖掘科學家解決問題的過程和思路，再將這些內容轉化成課程，從而培養學生像科學家一樣思考的能力。

為了拼接出一段科學家設計制作液晶顯示屏幕的歷史，先進行初步查找。液晶發現至今已經歷了130 多年，涉及到許多重要事件，但許多資料沒有描述具體的人和具體的事。深入查找國內外書籍和文獻中關于液晶顯示的歷史，將不同資料相互補充，按“里程碑事件”篩選，初步羅列出20 余條真人真事。這些真人真事中涉及材料、物理、電子等專業內容，有的內容容易理解，有的內容很深，非專業人員很難讀懂，較難轉化成學生活動。因此，根據“內容深度”最終篩選出12 條真人真事，其后通過追蹤科學家的原文文獻，查清楚了真人真事。

本課程希望將科學家解決的問題轉化成學生要解決的問題，這些事件中，每位科學家都在解決1 個問題，讓學生解決12 件事過于零碎。因此，筆者采用組合策略，把科學家解決的問題歸類，形成了3 個核心問題（如表1 所示）。這3 個核心問題是不同類型的任務，科學家在解決時也有不同的解決思路。

● 在“發現液晶并探究其性質”時，科學家的思路是：

xz-1 科學家從異常現象出發，提出可能與其聚集狀態有關的猜想;

xz-2 通過偏光顯微鏡觀察液晶獲取證據;

xz-3 發現具有新性質的材料，命名為液晶;

xz-4 歸納分子結構特點獲取證據;

xz-5建構分子結構與其性質的解釋模型。

● 在“設計制作黑白液晶屏”時，科學家的思路是：

hb-1 概念設計，利用液晶、雜質、偏光片等設計明暗變化的原理;

hb-2 精細設計，設計實體結構，用多個液晶盒組合顯示數字，進而形成產品。

● 在“優化制作彩色液晶屏”時，科學家的思路是：

cs-1 拆解產品要素，形成若干需要改進的子目標，比如拆分的子目標有改進液晶材料、設計彩色顯示方案等;

cs-2 針對子目標進行設計;

cs-3 組合優化，最終組合其他部件形成液晶屏幕。

項目拆解與任務活動規劃

按歷史發展線，將科學家解決的問題轉化為學生解決的問題，將組合后的3 個核心問題轉化為項目下的3 個任務，根據真人真事和科學家的問題解決思路拆解成7 個活動，形成項目框架（表2）。

項目展開的具體設計

項目導引

學生先調查匯報顯示屏幕的種類，再閱讀液晶顯示歷史中的大事記，匯報液晶顯示的科學發展階段。然后進行項目策劃，明確本項目可以循著科學家的科研之路，從探秘液晶出發，經過制作黑白液晶屏和優化制作彩色液晶屏形成最終產品。

設計意圖：項目導引的目標是讓學生了解項目背景，并且明確后續的任務拆解。因此，設計了學生調查、閱讀、匯報和項目策劃等任務。著重讓學生體會一個產品不是一蹴而就的，而是在科學發現的基礎上，由簡單到復雜的優化迭代的過程。

任務 1：探秘液晶

任務1 分為2 個活動。活動1 中，學生先感受液晶的流動性，再通過偏光顯微鏡觀察液晶的雙折射現象，從而猜想其聚集狀態（圖1）。其后，學生歸納液晶分子的共同特點，形成“結構- 性質”的完整解釋。

活動2 中，學生重復歷史上科學家的實驗，觀察液晶在電場中的變化（圖2），并根據液晶分子極性作出解釋。

設計意圖：本任務希望讓學生認識液晶這種特殊聚集狀態的物質，并了解其在電場中的變化，為后續的顯示用途作鋪墊。學生面臨和科學家類似的問題，通過提出猜想，獲取證據，形成結論。學生在探究液晶的結構和性質過程中，培養學生科學探究的能力，培養學生探索未知、崇尚真理的意識。

任務 2：設計制作黑白液晶顯示屏

該任務中，學生先評價歷史上科學家設計的顯示方案，并利用偏光片、導電玻璃、向列型液晶等實驗器材動手制作扭曲向列型液晶盒。然后7 位同學一組，將各自的液晶盒按照圖4 所示擺放，控制液晶盒明暗顯示不同的數字。

設計意圖：本任務中，學生像科學家一樣直面產品設計問題，液晶的原理設計對學生來說比較困難，因此采用評價方案、模仿制作的開放度。學生切身體會問題的困難，體會科學家的思路和方法，培養勇于創新的科學精神。

任務 3：優化制作彩色液晶屏幕

本任務中，學生通過有機化學知識改進液晶分子結構，研發更適合顯示的液晶材料。其后，學生利用光的三原色原理，創造性解決問題，并利用彩色色膜和液晶盒制成一組模擬彩色液晶像素點。最后，觀察拆解好的“液晶顯示器”教具，了解液晶顯示器的結構，進而進行宣講。

設計意圖：學生在前面設計的基礎上，優化液晶材料和彩色顯示，了解真實電視屏幕的復雜和精巧。至此，完整地設計出彩色液晶屏幕，并形成液晶像素點的項目成果。培養學生靈活運用化學、物理和工程的跨學科知識的能力及善于合作、勤于實踐的科學精神，深刻認識科學對滿足人民日益增長的美好生活需要的重大貢獻。

成果交流

本環節設計了項目研究報告、產品發布會，科學史會和公眾號系列文章發布等多種成果交流形式。產品發布會上，各組學生介紹本組的概念產品，并現場演示。科學史會上，各組學生介紹液晶顯示史上典型科學家的研究之路，以PPT 匯報或科普劇的形式展現。以上學生的各類成果均可以在公眾號傳播。

設計意圖：本項目的成果既有動手做出的實體作品，也有體現思維成長的作品。因此，設計了多種成果交流方式，綜合評價學生的學習效果。學生的思維成長在此環節要充分梳理，并以研究報告、思維導圖、PPT 等方式固化下來。實體產品以召開產品發布會的方式展示，學生還可以做一些創意設計，比如用液晶盒拼成有意義的圖形等。總之，在成果交流環節，讓學生充分收獲項目研究成功的喜悅。

反思與討論

根據科學史設計課程和教學實施的策略

將科學家解決的問題轉化為學生解決的問題，形成課程框架。歷史上科學家解決了許多問題，通過聚焦關鍵事件，組合幾個核心問題，從而轉化成項目的任務和活動，形成課程框架。

豐富的真人真事資料轉化為課程內容材料。科學史中的真人真事資料可以充分運用到課程內容中，轉化為學生的動手活動、資料卡片、正文內容等。總之，學生沿著科學家的探知之路，在教學資料的支持下，解決一系列問題，從而實現與歷史上科學家的共鳴。

教學實施時增強歷史場景感。可以在教學中適時給學生提供當時科學家的照片、方案等素材，讓歷史和課堂碰撞，學生更易體會問題的真實感和科學家的智慧。

促進學生價值觀教育的活動設計

學生在學習中鮮少有機會深入體會國際合作、科學事業共同體、技術革新等，液晶顯示是一個顛覆性、全球性的科研項目，恰好能承載這樣的價值觀教育。價值觀教育目標同樣可以設計對應活動，可以讓學生繪制國際合作網絡圖，落實學生對國際合作的理解;讓學生繪制液晶顯示三階段時間軸，落實對科技發展迭代的理解，增強學生的社會責任感。