力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)與實踐研究

[摘? ?要]我校物理校本課程的開發(fā)與實踐是以項目式學(xué)習(xí)案例為主進(jìn)行的，教師根據(jù)學(xué)生已有的生活經(jīng)驗或最新感知的問題，即“真實的原始問題”，或者學(xué)生自己提出的有意義的原始問題，形成項目式研究學(xué)習(xí)的課題，進(jìn)而落實到教師的教學(xué)實踐和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動中去。

[關(guān)鍵詞]力學(xué)原始問題;項目式學(xué)習(xí);開發(fā)與實踐;綜合思維

中國高考改革評價體系中明確要求物理教學(xué)要讓學(xué)生在活學(xué)活用中提高能力和素養(yǎng)，那么，如何把物理學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生的物理核心素養(yǎng)？一個很好的途徑就是開展項目式學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在活動中發(fā)現(xiàn)、思考、探究問題，并對活動過程的某些不足進(jìn)行修改完善、創(chuàng)新提升，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)。我校物理校本課程的開發(fā)與實踐是以項目式學(xué)習(xí)案例為主進(jìn)行的，在這個過程中，教師可根據(jù)學(xué)生已有的生活經(jīng)驗或最新感知的問題即“真實的原始問題”，或者學(xué)生自己提出的有意義的原始問題，形成項目式學(xué)習(xí)的研究課題，進(jìn)而落實到教師的教學(xué)實踐和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動中去。

力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)與實踐研究，是針對與力學(xué)相關(guān)的原始問題而實施的項目式學(xué)習(xí)和研究活動。這種學(xué)習(xí)與實踐著重關(guān)注三個方面的素養(yǎng)：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運用物理知識理解自然規(guī)律和解決實際問題的素養(yǎng);二是技術(shù)素養(yǎng)，也就是實驗探究、理論推導(dǎo)、構(gòu)建模型、結(jié)果評價和分析的素養(yǎng);三是綜合素養(yǎng)，就是在項目活動中培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題的素養(yǎng)。

一、研究的內(nèi)涵

本項目的研究任務(wù)就是把高中物理力學(xué)中的原始問題進(jìn)行歸類形成項目式學(xué)習(xí)案例，并在實踐中進(jìn)行開發(fā)和研究。

這里所說的“力學(xué)原始問題”，是指存在于自然、社會、生活、生產(chǎn)中而未被加工的力學(xué)問題，它蘊含著一定的物理概念和規(guī)律。

這里所說的“項目式學(xué)習(xí)案例”，可以是針對物理力學(xué)中的重點知識、難點知識而進(jìn)行的片段或?qū)ｎ}教學(xué)的資源，或者是滿足學(xué)有余力且有一定思維能力的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，圍繞學(xué)科核心知識開發(fā)的“真實的原始問題”所形成的研究性學(xué)習(xí)課題，并能付諸教學(xué)實踐的資源。

這里所說的“開發(fā)與實踐”，可以是相關(guān)的教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)實錄、學(xué)生設(shè)計方案、學(xué)生活動方案等，這些設(shè)計、實錄和方案要求學(xué)生能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，對力學(xué)原始問題所描述的實際情境進(jìn)行分析、提煉信息、聯(lián)想知識、物理建模，在此基礎(chǔ)上設(shè)計方案。

二、研究的意義

本項目研究的意義體現(xiàn)在如下五個方面。

（一）力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)可以推進(jìn)項目教學(xué)

目前，我校的項目式學(xué)習(xí)主要在校本課程和專題教學(xué)中應(yīng)用和實施，由于力學(xué)中“原始問題”無現(xiàn)成的系統(tǒng)性的素材和案例，教師在教學(xué)中應(yīng)用的一些素材和案例具有零散性，甚至在校本課程中的項目教學(xué)還存在盲目性，這就迫切需要一個引領(lǐng)性的案例對項目的開展做出示范，進(jìn)而促進(jìn)項目式學(xué)習(xí)的有效推進(jìn)。

（二）力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)可以豐富教學(xué)資源

力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)案例可以是相關(guān)的教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)實錄、學(xué)生設(shè)計方案、學(xué)生活動方案等，這些開發(fā)出來的案例具有創(chuàng)新性、開放性，大大豐富了教師的教學(xué)資源。教師可以利用這些資源進(jìn)行課堂教學(xué)、指導(dǎo)學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)活動和學(xué)科類的社會實踐活動。

（三）力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)可以提高學(xué)習(xí)能力

項目式學(xué)習(xí)活動主要采用“問題導(dǎo)學(xué)法”的學(xué)習(xí)方式，強調(diào)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，要求學(xué)生在“問中學(xué)”、“導(dǎo)中學(xué)”和“思中做”。教師將力學(xué)原始問題轉(zhuǎn)換為學(xué)生的探究活動，創(chuàng)設(shè)適宜學(xué)生活動的環(huán)境和條件，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

（四）力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)可以實現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新

力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)是以物理學(xué)科拓展性問題為主體的，研究的主要方法是“體驗探究”和“創(chuàng)新應(yīng)用”，是以問題為橋梁，探究為主線，采用自主探究與合作探究相結(jié)合，學(xué)生探究與教師引導(dǎo)探究相結(jié)合。學(xué)習(xí)任務(wù)在探究中完成，學(xué)習(xí)目標(biāo)在探究中實現(xiàn)，同時鼓勵學(xué)生發(fā)散思維，提出學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題和想法。這種教與學(xué)的方式有利于提升學(xué)生提出問題的能力、探索問題的能力、溝通表達(dá)的能力和團(tuán)結(jié)合作精神，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

（五）力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)可以進(jìn)行學(xué)習(xí)評價

為了使活動正常開展，引導(dǎo)學(xué)生抓好學(xué)習(xí)過程，確保有良好的學(xué)習(xí)效果，項目組可以制作學(xué)習(xí)評價單，記錄學(xué)生在每一次活動中的表現(xiàn)，包括：活動時間、地點和內(nèi)容，設(shè)計和操作情況，實驗數(shù)據(jù)和誤差分析，組內(nèi)角色，課堂表現(xiàn)，作業(yè)情況，課后的反思，自評和互評，教師評價，學(xué)習(xí)效果，綜合評定，等等。

三、研究的目的、內(nèi)容

（一）研究目的

本項目的研究立足于培養(yǎng)具有科學(xué)思維和創(chuàng)新思維品質(zhì)的人才。研究的主要目的：一是推進(jìn)教師的教學(xué)改革和教學(xué)研究，提高教學(xué)效果;二是滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和個性發(fā)展需求，搭建自主學(xué)習(xí)、自主研究的平臺，拓寬學(xué)生的視野，開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)思維空間，甚至引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科思維。

（二）研究內(nèi)容

1.關(guān)于“現(xiàn)有力學(xué)原始問題的教學(xué)案例、設(shè)計開發(fā)項目案例”的研究。

力學(xué)中的原始問題，我們可以從“生活情境”“課本資料”“自然現(xiàn)象”“社會熱點”中尋找。以小型化、易操作、時間可控、學(xué)科核心知識突出的項目作為課堂研究項目;以綜合度高、挑戰(zhàn)性強、需耗時長、突出能力培養(yǎng)的項目作為課外研究項目。

2.根據(jù)學(xué)生發(fā)展的需要，開發(fā)新的項目教學(xué)案例，并對已有的和開發(fā)的力學(xué)原始問題的項目進(jìn)行教學(xué)實踐。

力學(xué)原始問題項目教學(xué)沒有現(xiàn)成模式，也沒有課程標(biāo)準(zhǔn)和要求，這就需要教師集思廣益進(jìn)行課程開發(fā)，開發(fā)出新的項目資源，這種開發(fā)要基于學(xué)生已有的認(rèn)識和能力，但又要提升和拔高這種認(rèn)識和能力，在實踐中探索和完善教學(xué)案例。

3.關(guān)于“對力學(xué)原始問題項目式學(xué)習(xí)評估的研究”。

對開發(fā)和實踐的案例在教學(xué)目標(biāo)、核心知識、文本格式、模型建構(gòu)、教學(xué)效果等進(jìn)行分析評估，按照《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》要求，借鑒STEM教育項目課程的理念和優(yōu)秀范例，優(yōu)化完善學(xué)生研究項目開發(fā)的思路和方法。

四、研究案例

如何應(yīng)用風(fēng)力？其學(xué)習(xí)流程圖如下：

原始問題：刮風(fēng)下雨是生活中常見的自然現(xiàn)象，有時風(fēng)的威力是巨大的，破壞性很強，例如臺風(fēng)。當(dāng)然有時風(fēng)的威力又是有利于人類的，例如風(fēng)力發(fā)電。

形成課題1：同學(xué)們有沒有想過風(fēng)對某個物體的作用力究竟有多大？如何來測量？請設(shè)計出一個簡易方案，并實施方案。

模型建構(gòu)：學(xué)生思考、討論、分享，聯(lián)想所學(xué)力學(xué)知識，設(shè)計方案。

以下方案均由學(xué)生自行設(shè)計。

研究方案：根據(jù)力的平衡，設(shè)計原理圖（如圖1）。如圖1是一種測定風(fēng)力的儀器的原理圖，它能自動隨著風(fēng)的轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)動，使風(fēng)總從圖示方向吹向小球。P是質(zhì)量為m的金屬球，固定在一細(xì)長剛性金屬絲的下端，能繞懸掛點O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。

器材：鼓風(fēng)機，小球，天平，細(xì)長的剛性金屬絲，帶有量角功能 的方木板（或量角器），小釘。

實施方案：如圖2所示，將一方木板用鐵架臺固定在豎直平面內(nèi)，將剛性金屬絲拴好的籃球，一端固定在鐵架臺上，無風(fēng)時金屬絲自然下垂，鼓風(fēng)機吹風(fēng)時剛性金屬絲將偏離豎直方向一定角度θ，θ的大小與風(fēng)力大小有關(guān)。該方案是利用力傳感器測出籃球的重力和風(fēng)吹籃球時金屬絲的拉力來求得風(fēng)力大小。

本風(fēng)力制作適用于東部沿海地區(qū)及全年風(fēng)向大致相同地區(qū)。

該裝置安裝在大樓頂部，靠風(fēng)力發(fā)電，將電能儲存起來，冬季寒冷時可以通過電線將電能輸入居民家中，通過室內(nèi)加熱裝置把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，進(jìn)行加熱供暖。

綜合思維：本方案的跨學(xué)科知識是地理學(xué)科知識，要考慮地理位置及季風(fēng)特點。

形成課題3：如圖4所示，野外風(fēng)力發(fā)電，使小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，使小燈泡發(fā)光。

器材：小風(fēng)扇1個，齒輪2個，硬性木桿2根，強磁鐵2個，線圈1個，換向器1個，集成電路板1個，開關(guān)2個，小燈泡1個，導(dǎo)線若干，風(fēng)車盤1個。

方案：風(fēng)力帶動風(fēng)車轉(zhuǎn)動，大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，木桿轉(zhuǎn)動帶動線圈轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交流電，通過集成電路形成放大的直流電，通過開關(guān)向小風(fēng)扇和小燈泡通電。

綜合思維：本方案的跨學(xué)科知識是工程力學(xué)知識，要考慮機械傳動及線路架設(shè)等知識。

以上幾種學(xué)生的研究方案盡管簡單甚至粗糙，但明顯閃耀著學(xué)生的思維之光，體現(xiàn)著學(xué)生的創(chuàng)新意識和自主研究能力，倘若不斷放大這種思維和能力，我想學(xué)生必將成為一名出色的研究者和創(chuàng)造者，這也正是我校物理校本課程項目式學(xué)習(xí)的目的所在。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 邢紅軍.高中原始問題教學(xué)研究[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

[3]? 卞志榮.核心素養(yǎng)導(dǎo)向的原始問題項目式教學(xué)策略研究[J].物理教師，2021（3）：7-10.

[4]? 焦健生.高中物理“項目教學(xué)”的實施[J].中學(xué)教學(xué)參考，2017（7）：51.

（責(zé)任編輯 易志毅）