立足項目學習 推動知行合一
——以“滑輪”教學為例

賁可敬

(江陰市夏港中學,江蘇 無錫 214442)

新頒布的《義務(wù)教育課程方案和課程標準(2022年版)》明確要深化教學改革，強化學科實踐，基于真實情境，培養(yǎng)學生綜合運用知識解決問題的能力.并提出要推進開展主題化、項目式學習等綜合性教學活動，加強課程與生產(chǎn)勞動、社會實踐的結(jié)合，突出學科思想方法和探究方式的學習，加強知行合一、學思結(jié)合.[1]將物理學習內(nèi)容以項目學習的方式呈現(xiàn)給學生，能最大程度上激發(fā)學生學習的動力，能更大程度上摒棄知識學習的乏味，能有效促進學生學習方式的改進，通過模型建構(gòu)促進科學思維，促成知識的結(jié)構(gòu)化，將知識轉(zhuǎn)化為實踐，二者協(xié)調(diào)統(tǒng)一，最終達成知行合一.

1 目標任務(wù)的確立

指向物理課程核心素養(yǎng)目標，依據(jù)物理課程標準，解讀教材知識結(jié)構(gòu)和邏輯體系，制訂單元學習目標，設(shè)計指向概念建構(gòu)、實驗探究和模型建構(gòu)的學習項目.項目式學習是學科實踐的抓手，單元設(shè)計解決了目標的定位和活動的序列化，活動具體怎么實施，項目學習界定了目標和項目遞進模式，項目不是單一的，而是連續(xù)性的項目.單元設(shè)計界定了課時目標，其中滑輪，尤其是動滑輪在教材中的地位不言而喻，滑輪作為社會生活生產(chǎn)中常見的器械，在本單元中，既是簡單機械的代表，更是研究功、功率和機械效率的有效載體.滑輪在本單元中的目標定位是通過觀察，能夠識別生活和生產(chǎn)中常見的定滑輪和動滑輪；了解定滑輪和動滑輪的結(jié)構(gòu)及應用；進行實驗探究，了解定滑輪，動滑輪以及滑輪組的特點；會根據(jù)要求組裝和使用簡單的滑輪組；能夠根據(jù)滑輪及滑輪組的特點解決簡單問題.

1.1 概念進階分析

概念進階是學習進階的重要內(nèi)容之一，是修復概念盲區(qū)，梳理知識脈絡(luò)的邏輯路線，有利于學生理解概念內(nèi)涵并深究知識關(guān)聯(lián).滑輪的本質(zhì)是杠桿，杠桿屬于簡單機械，簡單機械和功是一個學習單元，要開展好“滑輪”一節(jié)的項目學習活動，必須從單元的視角整體把握基礎(chǔ)概念，形成核心概念，達成概念進階.本單元的概念進階如圖1所示.

圖1 “簡單機械和功”單元概念進階圖

1.2 項目目標定位

對于單元學習項目，“知”是素養(yǎng)目標，“行”是序列化實驗.知行合一即為通過項目學習中的序列化實驗，促進知識的結(jié)構(gòu)與關(guān)聯(lián)，促進課程核心素養(yǎng)的培養(yǎng).本單元隸屬于課程內(nèi)容一級主題“運動和相互作用”“能量”及“實驗探究”，相應地隸屬于二級主題“機械運動和力”以及“機械能”.從簡單機械中的杠桿—滑輪—滑輪組—輪軸—斜面，再上升到功、功率以及機械效率.本單元學習項目設(shè)計表如表1，教材上的活動均指向形成什么觀念，經(jīng)過什么探究，培養(yǎng)什么思維，達到什么態(tài)度與責任，這些在表1所示的單元學習項目設(shè)計表中均有相應的描述.

表1 “簡單機械和功”單元學習項目設(shè)計表

2 項目任務(wù)的實施

2.1 創(chuàng)設(shè)情境 激發(fā)興趣

在項目學習中一定會有一個真實的情境，也會有一個驅(qū)動性問題，它來自于學科或者跨學科的大概念，驅(qū)動性問題在這個真實情境中會變得更有意義.情境性意味著要從一個真實的問題出發(fā)開始相關(guān)的學習，這個問題不是虛構(gòu)的，其本身就客觀存在或在現(xiàn)實中可以提出，必須具備現(xiàn)實的基礎(chǔ).[2]本項目學習中，我們創(chuàng)設(shè)的真實情境是學校購買了一批物理實驗器材，器材室在實驗樓二樓，需要將器材運送到二樓，由此設(shè)計的驅(qū)動性問題是如何用帶卡扣的輪子把器材拉到二樓，提供的工具還有支架、繩索等，如圖2所示.學生聽到教師拋出的問題后，立即展開了熱烈的討論，表現(xiàn)出對該項目的高度關(guān)注.學生你一言，我一語，課堂氣氛日漸濃厚.當學生迫不及待地準備發(fā)表自己觀點的時候，教師的一句話讓課堂瞬間鴉雀無聲——想去親身體驗一下你們的想法嗎？學生簡直不敢相信，紛紛發(fā)出“是真的嗎？”的疑問.直到教師分組說明體驗注意事項，組織學生走出教室，走向現(xiàn)場時，學生才明白這真不是“演習”(演戲)，而是“實戰(zhàn)”(實踐).走出教室的學生興奮不已，都想感受一下“室外”物理課的學習氛圍，如圖3所示，并積極參與到項目學習的活動中，如圖4所示.沒有愛就沒有教育，沒有興趣就沒有學習.學習成效主要來源于內(nèi)生動力，而非外部壓力.借助物理學中磁場、電場的模型，為學生構(gòu)架真實的學習或?qū)嵺`場景是物理教師的學科優(yōu)勢所在.從室內(nèi)走向室外，從實驗走向?qū)嵺`，從物理走向生活，讓學生感受到了物理學科的魅力，也感受到了“室外課”別樣的精彩.在教學情境中，注重把真實世界的畫面場景與課堂學習連接起來，鮮明地呈現(xiàn)在學生面前，引起學生認識世界的興趣.情境把物理課堂與生活實際緊密結(jié)合起來，給物理課堂帶來無限生機.[3]本項目學習的具體應用深深地將學生帶入學習現(xiàn)場，使學生的學習興趣充分激發(fā)，學習動力明顯增強.

圖2 設(shè)備及器材圖

圖3 學生在室外上物理課的場景圖

圖4 室外項目學習場景圖

2.2 建構(gòu)模型 培養(yǎng)思維

將生活原型遷移到課堂形成物理模型是學生物理學習過程中的關(guān)鍵能力，也充分體現(xiàn)了從生活走向物理的課程基本理念.模型建構(gòu)就是在關(guān)注主要因素，忽略次要因素的前提下，通過類比、抽象等思想方法形成像專家研究物理問題時一樣的事實結(jié)構(gòu)或思維模塊.項目學習過程中一定會遇到挑戰(zhàn)性問題，對滑輪的實質(zhì)的理解正是學習過程中需要突破的思維障礙.借助模型的建構(gòu)理解滑輪的實質(zhì)是本項目學習的主要策略.例如，在研究定滑輪的實質(zhì)時，可以借助自制器材(4根同軸等大的長木條可繞鐵架臺上固定圓細桿轉(zhuǎn)動，長木條兩側(cè)開槽)，將4根長木條展開，將細繩一端固定在其中一根長木條的一端，轉(zhuǎn)動4根長木條，繩子依次繞在每根長木條周邊的槽里，轉(zhuǎn)動后，可以將掛在細繩另一端的鉤碼提升起來，如圖5所示，此時轉(zhuǎn)動的長木條相當于一個軸的位置固定不動的定滑輪.將4根長木條完全重疊，對整個木條的一端施加豎直向下的力，也能使另一端的鉤碼提升起來，效果與4根長木條展開時相同，如圖6所示.學生對重疊后的木條的使用比較熟悉，是一個杠桿，進一步分析發(fā)現(xiàn)，定滑輪的實質(zhì)是一個等臂杠桿，相應的模型建構(gòu)與實質(zhì)呈現(xiàn)如圖7所示.

圖5 轉(zhuǎn)動展開的長木條提升鉤碼示意圖

圖6 長木條完全重疊后提升鉤碼示意圖

再如，研究動滑輪的實質(zhì)是什么的時候，將細繩的一端固定在支架上，細繩繞過周邊帶槽的圓盤，手拉著細繩的另一端，圓盤軸心處用另一根繩子吊著一個紙盒.手豎直向上拉動細繩，圓盤和紙盒一起向上移動，此時圓盤相當于一個動滑輪，如圖8所示.將圓盤除軸心處的長木條保留外，其余部分全部摘除，如圖9所示，手豎直向上通過細繩拉動長木條，長木條軸心處吊著的紙盒也隨之向上運動，此時學生不難發(fā)現(xiàn)這是一個杠桿模型，而且是一個動力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿，相應的模型形成與迭代轉(zhuǎn)換示意圖如圖10所示.

圖8 周邊帶槽的圓盤提升紙盒示意圖

圖9 去除圓盤部分后提升紙盒示意圖

圖10 動滑輪模型建構(gòu)與實質(zhì)呈現(xiàn)圖

2.3 序列實驗形成載體

項目式學習，應該以學生為主體，整個項目的設(shè)計過程應該從學生視角出發(fā)，以學生的學習為中心，以科學探究為主線，形成以序列化實驗為主的資源載體.滑輪是生活中常見的起重類機械重要組成部分，了解、認識滑輪是本節(jié)課的思維起點.完成提升物理器材的項目學習后，學生分組進行實驗再現(xiàn)，將實踐操作轉(zhuǎn)移到實驗探究，用實驗室用滑輪代替工程用滑輪，用鉤碼代替實驗器材，用細線代替繩索，用鐵架臺代替支架，模擬用不同的方式在室外拉升物理器材的過程，結(jié)果呈現(xiàn)如圖11所示.學生歸納出滑輪的定義，并借助彈簧測力計、刻度尺進一步探究總結(jié)出滑輪的特點，如圖12所示.再根據(jù)生活經(jīng)驗，研究如何綜合定滑輪和動滑輪的優(yōu)勢，達到提升物體時既能省力又能改變施力方向的效果，學生演示及結(jié)果呈現(xiàn)如圖13、14所示.整個探究過程形成的序列化實驗進階示意圖如圖15所示.

圖11 模擬室外拉升物理器材示意圖

圖12 學生探究滑輪特點場景圖

圖13 學生研究滑輪的組合場景圖

圖14 滑輪組合結(jié)果示意圖

圖15 序列化實驗進階示意圖

3 評價任務(wù)的設(shè)計

項目學習不只看結(jié)果，評價是一種多元化的綜合表現(xiàn)，是對整個教學過程的評估和反思.評價要回歸教學目標，是基于課程標準的評價，而不是為了評價而評價.評價的目的在于促進學生學習和改進教師教學.[4]基于項目學習的評價要針對課時目標，依據(jù)物理學科能力表現(xiàn)指標體系，設(shè)計表現(xiàn)性評價任務(wù)；要針對單元目標，依據(jù)初中物理關(guān)鍵能力表現(xiàn)水平，設(shè)計實踐性任務(wù).

3.1 表現(xiàn)性評價指向教學目標

表現(xiàn)性評價是對學生完成任務(wù)的能力的展示，而不是知識的回憶.[5]表現(xiàn)性評價指向教學目標，實質(zhì)是形成性評價，其關(guān)鍵在于以行促知，通過行動促進知識的理解，同時能促進思維可視化，讓學生知道滑輪能用——提升重物，滑輪可用——復雜機械的基本單元，滑輪有用——促進社會進步和人類文明.從使用滑輪提升物理實驗器材到分組繞制滑輪模型，再到滑輪的組合使用，學生實驗過程中產(chǎn)生并解決的問題，數(shù)據(jù)分析、評估交流的過程均是表現(xiàn)性評價的體現(xiàn).基于上述課例，本課的表現(xiàn)性評價的基點在于通過實踐項目建立滑輪的概念，通過科學探究認識滑輪的特點，通過模型建構(gòu)形成基于滑輪本質(zhì)認識的科學思維，通過實踐性任務(wù)認識到滑輪等機械的使用對社會發(fā)展的促進作用.

3.2 實踐性任務(wù)促進知行合一

實踐性任務(wù)的設(shè)計指向終結(jié)性評價，但又可以分別指向知識的評價、應用的評價和思維拓展的評價.例如，探究定滑輪、動滑輪、滑輪組工作時的特點等屬于指向知識的評價，學生的概括理解和科學探究能力得到較大提升；升降國旗、用繩和木棍體驗“滑輪組”的威力等屬于指向應用的評價，學生的實踐應用能力得到較大提升；如何將一個水桶從斜面底端運到斜面頂端，這屬于指向思維拓展的評價，此評價任務(wù)的設(shè)計引起了學生極大的思維躍遷，學生的遷移與創(chuàng)新能力得到較大提升.

4 結(jié)語

基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的物理教學需要整體理解與把握學習目標，注重知識學習與實踐應用有機融合，注重學科知識與學生經(jīng)驗和社會生活的關(guān)聯(lián)，通過項目學習等綜合性教學活動，加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)化，以知導行；加強科學探究和實踐應用，以行促知，將知識建構(gòu)和實驗探究合二為一，以達到知行合一.