指向深度學習的初中物理“長程項目活動”設(shè)計初探
——以“阿基米德原理的應(yīng)用”為例

李 果

（上海市閔行區(qū)莘松中學，上海 201100）

1 引言

“長程設(shè)計”指教師對每節(jié)課的教學內(nèi)容置于整體知識體系之中，引導學生在知識生長過程中逐步達成學習目標、發(fā)展學習能力、提升學科素養(yǎng).對學生而言，一些重要的學科內(nèi)容、科學方法、物理思想、物理規(guī)律或者“核心知識”的學習不是一蹴而就的，教師需要依據(jù)前后知識之間存在的內(nèi)在邏輯關(guān)系和不同階段學生的認知發(fā)展水平，著眼一個長線的教學過程設(shè)計，可以是幾個課時、一個單元，也可以是一個學期、一個年級、一個學段，甚至更長的階段有目的、有計劃地進行系統(tǒng)的教學，促進教與學活動的縱深發(fā)展，是聯(lián)結(jié)著引導與探索的積累、培育進程，具有生發(fā)性、成長性.

深度學習是以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)為根本追求的.所謂深度學習，就是指在教師引領(lǐng)下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程.在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學習動機、高級的社會性情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀，成為極具獨立性、批判性、創(chuàng)造性又有合作精神，基礎(chǔ)扎實的優(yōu)秀學習者，成為未來社會歷史實踐的主人.

由于縱深化的學習，要求較長的持續(xù)性，需要在積淀、醞釀中轉(zhuǎn)化，所以要以更寬的視角和更深的審視來支持規(guī)劃設(shè)計；長程項目活動，是長程設(shè)計結(jié)合項目化學習設(shè)計的一系列活動，突出了活動的序列性和可操作性，在不同層次的任務(wù)對象、內(nèi)容和環(huán)境間轉(zhuǎn)換的過程，使教學具有了環(huán)節(jié)和結(jié)構(gòu)化的特征.在長程設(shè)計理念下，通過問題的引領(lǐng)，使活動目標更加明確；問題通過活動的進行不僅得以解決，還促進了思考問題思維的可視化.指向深度學習的長程項目活動的設(shè)計是有梯度的，對學生的思維要求是不斷上升的.本文作者以一節(jié)研討課——上教版9年級物理第6章第4節(jié)第4課時“阿基米德原理的應(yīng)用”為例，依據(jù)學科基本要求和長程設(shè)計理念，設(shè)計問題和活動，通過問題導出活動，活動中又產(chǎn)生新的問題，為解決新的問題設(shè)計新的活動，此交替序列性的問題串和活動鏈形成長程項目活動.圖1 是長程項目活動的內(nèi)涵.

圖1 長程項目活動的內(nèi)涵

2 指向深度學習的長程項目活動設(shè)計

2.1 確定教學目標

學生已經(jīng)知道阿基米德原理，知道物體的浮沉條件，有受力分析的基礎(chǔ).但阿基米德原理的相關(guān)知識是新學內(nèi)容，掌握得還不夠熟練.初步知道阿基米德原理中浮力、物體排開液體的重力、物體排開液體的體積等基本概念及其各物理量之間的關(guān)系.教師在實際教學中發(fā)現(xiàn)，學生關(guān)于阿基米德原理在實際生活中的應(yīng)用不清楚，在密度計中的應(yīng)用也容易混淆，容易出現(xiàn)錯誤.

根據(jù)9年級物理第1學期物理教學參考中關(guān)于“阿基米德原理”的教學建議：“阿基米德原理的應(yīng)用重點介紹船和液體密度計，”確定了本節(jié)課的教學重點：實驗探究輪船的工作原理；結(jié)合學生實際特點確定了教學難點：解釋液體密度計刻度的分布特點.

2.2 深度學習能力點設(shè)置

阿基米德原理的應(yīng)用為“阿基米德原理”第4課時，本節(jié)課重點介紹船和液體密度計.結(jié)合國際航行載重線，通過實驗探究，幫助學生理解輪船的排水量，知道輪船的吃水線，啟發(fā)學生把滿載的輪船看成一個巨大的液體密度計，總結(jié)出液體密度計的測密度原理.

為了突出重點和突破難點，直接進行學生實驗課堂效率較低，依據(jù)學科基本要求，運用布魯姆“ABCD”行為目標分類法，結(jié)合學生實際合理設(shè)置逐步上升的能力點，即指向深度學習，設(shè)計長程項目活動.

本節(jié)課設(shè)計長程項目活動：先讓學生畫出輪船的受力示意圖，通過分析這些力之間的大小關(guān)系，知道輪船漂浮的原理；然后讓學生用一張錫箔紙裝螺釘，比一比哪個組裝得最多，初步感受輪船的制作原理；通過對遼寧號航空母艦的了解，初步知道排水量和吃水線；然后通過制作牙膏管小船，設(shè)計長程項目活動讓學生通過比較兩液體的密度大小關(guān)系，進而體驗并總結(jié)出液體密度計的刻度分布特點.此長程項目活動設(shè)計讓學生逐漸從淺層學習過渡到深度學習，自然地從被動接受知識過渡到自主學習.在此過程中逐漸從形成知識點間的相互聯(lián)系，將零散的知識點內(nèi)化為自身的知識網(wǎng).結(jié)合教學目標將指向深度學習的長程項目活動設(shè)計及對應(yīng)能力點設(shè)置如圖2所示.

圖2 長程項目活動對應(yīng)的能力點設(shè)置

3 主要活動過程

3.1 根據(jù)能力點Ⅰ設(shè)計項目活動，引入新課

問題1：阿基米德原理在我們的生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用，請大家思考有哪些應(yīng)用，并討論.

活動1：小組合作討論并組間交流答：輪船、潛水艇、熱氣球、游泳等.

評析：運用問題1和活動1讓學生的思維“走出去”，初步了解阿基米德原理的相關(guān)應(yīng)用后，教師告知學生本節(jié)課主要學習阿基米德原理與船相關(guān)方面的應(yīng)用.

3.2 根據(jù)能力點Ⅱ設(shè)計項目活動

問題2：通過受力分析，漂浮在海面上的輪船受幾個力的作用？這些力之間有什么關(guān)系？

活動2作圖：在學案上畫出輪船示意圖（圖3），并回答以上問題.

圖3 輪船受力分析示意圖

問題3：播放遼寧號航空母艦圖片，提問：同學們，這是什么？它主要是用什么制造的？觀察你桌子上的鐵球在水里處于什么狀態(tài)？并思考，為什么他們在水中的狀態(tài)不一樣？航空母艦為什么沒有沉在水底呢？

活動3學生實驗：用一張鋁箔紙裝載螺釘.

要求：

①能裝載更多的螺釘.我們小組利用鋁箔紙最多裝載了________個螺釘.

②觀察小船中螺釘?shù)臄?shù)量________時，小船浸入水中的體積 ________（均選填“增大”或“減小”）.

思考并概述：小船在此過程中所受浮力的變化________________.并用阿基米德原理解釋.

評析：學生通過對漂浮在海面上的船進行受力分析可知，在豎直方向，船只受2 個力的作用：重力和浮力，根據(jù)二力平衡條件，船在豎直方向保持靜止，所以兩力平衡：船所受的浮力等于自身重力.接著讓學生對遼寧號航空母艦進行簡介，深切感受到祖國航海事業(yè)的偉大，激發(fā)學生的愛國熱情.學生很容易知道航空母艦主要由鋼鐵制造的，為什么航空母艦沒有像鐵球一樣沉在水底呢？這個問題激發(fā)學生思考船的制作原理，然后進行活動3學生實驗.為了滿足活動3的要求：裝載更多的螺釘，學生剛開始會把鋁箔紙平鋪在水面上，裝20個左右螺釘后，鋁箔紙下沉了.學生看到這個現(xiàn)象后，不難想到改變鋁箔紙的形狀進行實驗.最終學生發(fā)現(xiàn)鋁箔紙做得越深，裝的螺釘越多，其中有一個小組最多裝了93 個螺釘后鋁箔紙小船下沉了.根據(jù)這個臨界條件結(jié)合活動1，小船處于漂浮狀態(tài)，浮力等于小船的總重力.學生也能順利地知道鋁箔紙小船裝的螺釘數(shù)量增大時，小船的重力增大了，小船浸入水中的體積也增大了，所以浮力增大了.然后請學生用阿基米德原理解釋：當液體密度相同時，物體排開液體的體積越大，浮力越大.此項目活動的設(shè)計，由淺入深，層層遞進，把學生的思維逐漸引入深處.讓學生對輪船的制作原理有了初步理解和感受.

3.3 根據(jù)能力點Ⅲ設(shè)計項目活動

問題4：裝了93個的小船為什么不能再裝了？引入載重量m載和排水量m排，即輪船滿載時排開水的質(zhì)量.

活動4觀看視頻：從遼寧號航空母艦了解什么是排水量m排？輪船的排水量m排與載重量m載什么關(guān)系？

問題5：能駛?cè)腴L江的最大郵輪叫“海上世界號”船身上的刻線叫吃水線.提問：為什么同一艘輪船駛?cè)氩煌乃驎胁煌某运€？

活動5小組討論：同一艘輪船駛?cè)氩煌颍俅艿降母×υ趺醋兓竣诖砰_水的體積如何變化？

評析：問題4 很容易回答，不能再裝了，因為船要沉了.進而引入載重量和排水量的概念.根據(jù)阿基米德原理F浮=G排，又由于輪船漂浮F浮=G總，所以G排=G總，又可以得出m排=m總=m船+m載，可以得出排水量和載重量的關(guān)系.根據(jù)問題1和活動1 可以得出因為船始終漂浮浮力等于重力，同一艘船引入不同海域，重力不變，所以浮力不變.根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液g V排，當浮力不變時，ρ液越大，V排越小.我們能不能反過來思考：當浮力不變時，如果輪船排開液體的體積越小，是否可以代表液體的密度越大？引入問題6.

3.4 根據(jù)能力點Ⅳ和Ⅴ設(shè)計項目活動

問題6：當浮力不變時，如果輪船排開液體的體積越小，是否可以代表液體的密度越大？

活動6學生實驗：用“牙膏管小船”比較兩種液體密度的大小.

制作“牙膏管小船”并用記號筆在小船與液面處作出標記.

要求：小組合作，制作一艘“牙膏管小船”.

利用“牙膏管小船”，比較兩種液體（水和藍色液體——硫酸銅溶液）的密度大小.

（1）小組觀察到的現(xiàn)象是______________.

（2）比較的結(jié)果：藍色液體的密度 __________水的密 度（選 填“大 于”“等 于”“小 于”）原因是 __________________..

問題7：如果有第3種液體，它的密度大于藍色液體的密度，請問它對應(yīng)的刻線應(yīng)畫在哪里？如果有第4種液體它的密度比水小，又畫在哪里？如果有很多種已知密度的液體，就可以在牙膏管小船上畫很多刻線，每一個刻線都可以代表一種液體的密度，于是制成了密度計.

活動7觀察思考：觀察密度計并思考：①同一支密度計在不同液體中受到的浮力相同嗎？②密度計上刻度值的分布有什么規(guī)律？

問題8：鋁箔紙小船的吃水線、牙膏管小船的刻線和密度計上的線有什么特點？

評析：問題6的回答是肯定的.學生實驗：當標出兩種液體的液面在牙膏管上的位置時，可以明顯地看出同一個牙膏管小船在不同液體中漂浮時，重力不變，浮力不變，排開液體的體積越大，液體密度越小，體積越大的刻度線越靠上.刻度線越在上方可以說明液體密度越小，刻度線越在下方的說明液體密度越大.可以順利得出液體密度計的刻度分布特點為：上小下大.問題8把整節(jié)課貫穿起來，形成本節(jié)課的長程項目活動，通過長程項目活動，把學生的思維引向縱深處，實現(xiàn)深度學習.

4 教學啟示

4.1 長程設(shè)計理念在課堂教學中的必然選擇

教學是一種培養(yǎng)思維的過程，思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的.我們總能發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，學生往往喜歡模仿教師.所以，當教師自己是墨守成規(guī)、割裂地、片面地看待世界時，這種隱性的思維方式會影響到學生的思維.教師進行長程設(shè)計的最終目的是促進學生的發(fā)展，進而提高教學質(zhì)量.教師對于學生的影響并不僅僅停留在書面知識的傳授，教師如果具備了長程設(shè)計的素質(zhì)，在每天的教學互動中，也會使得學生的學習習慣和思維方式得到優(yōu)化.長程設(shè)計，強調(diào)一種全面的、系統(tǒng)的、長遠的思想傾向性，強調(diào)一種統(tǒng)籌兼顧的理念，設(shè)計內(nèi)部具有邏輯的智慧.從教學來說，當學生體驗到教師系統(tǒng)有序的基于長程設(shè)計的教學規(guī)劃時，他們會感受到“有序、結(jié)構(gòu)化”的魅力，才更有可能嘗試自己對于自己的學習進行思考和規(guī)劃，進而促進教師教學質(zhì)量提高.

4.2 指向深度學習的長程項目活動設(shè)計的重要性和有效性

在信息高速發(fā)展的今天，學生接受知識的途徑比較多元，教師不再是知識的掌握者和灌輸者，而是學生學習的引導者，因此，教育方式的更新勢在必行.設(shè)計指向深度學習的長程項目活動可以讓學生更好地建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，自主全面地掌握知識聯(lián)系，最終完成對知識的遷移與應(yīng)用，達到深度學習的目的.而讓學生深度學習的目的就是為了培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)，形成學生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，為其終身發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ).