項(xiàng)目式教學(xué)視角下的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)
——以初中物理光學(xué)單元為例

許瀚勻 吳錫理 姚建欣

(1. 浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院,浙江 金華 321004; 2. 北京師范大學(xué)物理學(xué)系,北京 100875; 3. 溫州市鹿城區(qū)教育研究院,浙江 溫州 325000)

為了落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求,2022年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)增設(shè)了“跨學(xué)科實(shí)踐”,要求選取與日常生活、工程實(shí)踐及社會(huì)熱點(diǎn)關(guān)聯(lián)緊密的育人情境和系列問(wèn)題,提升課程教學(xué)的綜合性和實(shí)踐性.[1]項(xiàng)目式教學(xué)通過(guò)完成科技探索類的項(xiàng)目來(lái)組織教學(xué),能有效促進(jìn)學(xué)生核心概念的理解和關(guān)鍵能力發(fā)展,[2]是課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的教學(xué)方式之一.即以項(xiàng)目任務(wù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境,以真實(shí)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)任務(wù),在參與項(xiàng)目探索的過(guò)程中發(fā)展核心素養(yǎng).本文選擇課程標(biāo)準(zhǔn)中一級(jí)主題“運(yùn)動(dòng)和相互作用”下的二級(jí)主題“聲和光”的光學(xué)部分,在參考國(guó)內(nèi)外教材、教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)多輪實(shí)踐探索,開(kāi)發(fā)了初中物理光學(xué)跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)“制作校園logo投影燈”.教學(xué)設(shè)計(jì)立足物理學(xué)科核心內(nèi)容,同時(shí)融入“結(jié)構(gòu)與功能”等工程技術(shù)思維方式.期望以此對(duì)以物理學(xué)科為主體的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行探索.

項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)的基本模式為根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情分析確立教學(xué)目標(biāo),以驅(qū)動(dòng)問(wèn)題為線索組織課程內(nèi)容,形成連貫教學(xué)序列,結(jié)合學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)反饋結(jié)果調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和策略,達(dá)到核心概念和關(guān)鍵能力共同進(jìn)階.以下按 “教學(xué)目標(biāo)”“驅(qū)動(dòng)問(wèn)題”“教學(xué)序列”“學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”等要素展現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程.

1 確定教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)分析課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求,明確學(xué)生在光學(xué)單元應(yīng)知道光的直線傳播、反射、折射和色散等現(xiàn)象及原理,探究光的反射、平面鏡成像和凸透鏡成像規(guī)律,能夠應(yīng)用光線模型、平面鏡成像規(guī)律、凸透鏡成像規(guī)律分析解釋現(xiàn)象,解決簡(jiǎn)單問(wèn)題.

除了以課程標(biāo)準(zhǔn)要求為目標(biāo)之外,還需對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)進(jìn)行分析.學(xué)習(xí)起點(diǎn)重點(diǎn)對(duì)學(xué)生已有知識(shí)、能力水平作出診斷,即學(xué)情分析.在小學(xué)階段,學(xué)生通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和日常經(jīng)驗(yàn)對(duì)光學(xué)概念有了碎片化的認(rèn)知.對(duì)尚未系統(tǒng)學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對(duì)光學(xué)概念的認(rèn)知依賴于日常經(jīng)驗(yàn),沒(méi)有概括形成規(guī)范的科學(xué)術(shù)語(yǔ),一般是碎片化的;少部分學(xué)生能進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納推理,建立簡(jiǎn)單的光線模型.[3]根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)習(xí)起點(diǎn)的分析,按物理學(xué)科核心素養(yǎng)維度對(duì)光學(xué)單元提出下述教學(xué)目標(biāo)(如表1).

2 設(shè)定驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是在項(xiàng)目式教學(xué)中事先設(shè)計(jì)好的問(wèn)題,由教師和學(xué)生共同設(shè)計(jì)、探究和回答.驅(qū)動(dòng)問(wèn)題是項(xiàng)目式教學(xué)的核心組織特征.[4]其為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供有意義、有價(jià)值的真實(shí)問(wèn)題情境,建立項(xiàng)目式教學(xué)與學(xué)生生活的聯(lián)系,從而激發(fā)學(xué)生好奇心,引發(fā)學(xué)生持續(xù)的思考和探究,并引領(lǐng)和串連不同階段的教學(xué)活動(dòng).遴選驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,需考慮課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)業(yè)要求和學(xué)生生活中的真實(shí)問(wèn)題,從學(xué)科觀念的視角審視課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排,分析核心知識(shí)內(nèi)容和能力培養(yǎng)要求.好的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題一般具備以下特征:激發(fā)好奇心、可行性強(qiáng)、學(xué)習(xí)價(jià)值高、情境化、可持續(xù)性、符合科學(xué)倫理規(guī)范.光學(xué)單元的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題可以設(shè)置為“如何設(shè)計(jì)并制作logo投影燈”“眼見(jiàn)是否為實(shí)”等.本單元以“如何設(shè)計(jì)并制作logo投影燈”為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,表2以此為例對(duì)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的特征進(jìn)行解讀.

表2 驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的特征

3 安排教學(xué)序列

為實(shí)現(xiàn)單元教學(xué)目標(biāo),需設(shè)計(jì)完成教學(xué)目標(biāo)和解決真實(shí)問(wèn)題的一系列關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和可能路徑.在光學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)中,項(xiàng)目以核心概念的構(gòu)建為主線,關(guān)鍵能力的培養(yǎng)為暗線串聯(lián)教學(xué)序列.表3設(shè)計(jì)了學(xué)生在學(xué)習(xí)光學(xué)單元過(guò)程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和可能路徑.為回答驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,學(xué)生需要觀察、使用和拆解兒童logo投影燈,探索其結(jié)構(gòu)和功能,激發(fā)對(duì)投影燈原理的探究興趣,進(jìn)一步產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)問(wèn)題相聯(lián)系的系列新問(wèn)題.通過(guò)設(shè)計(jì)與教學(xué)目標(biāo)和驅(qū)動(dòng)問(wèn)題保持一致的光學(xué)單元關(guān)鍵活動(dòng),學(xué)生能盡可能回答自己提出的問(wèn)題,以此逐步完成投影燈的設(shè)計(jì)與制作.

表3 光學(xué)單元任務(wù)序列

該路徑中,學(xué)生的科學(xué)概念將經(jīng)歷“光的直線傳播→光的反射→光的折射→光的色散→凹凸透鏡識(shí)別→凸透鏡成像原理”的發(fā)展過(guò)程,促成學(xué)生對(duì)光學(xué)概念的理解.整個(gè)單元中,光線模型將持續(xù)發(fā)展,并不斷被應(yīng)用于解釋、推理、預(yù)測(cè)物理現(xiàn)象.學(xué)生的建模能力將經(jīng)歷“構(gòu)建光線模型→修正、應(yīng)用視物模型→建構(gòu)和應(yīng)用光與物體相互作用的模型→構(gòu)建光的顏色模型→修正、構(gòu)建和使用復(fù)色光光線模型→構(gòu)建、應(yīng)用凸透鏡的光線模型”的發(fā)展過(guò)程.學(xué)生將在已有概念、能力的基礎(chǔ)上,沿核心概念和關(guān)鍵能力發(fā)展路徑依次經(jīng)歷系列學(xué)習(xí)活動(dòng),逐步達(dá)成知識(shí)的整合理解和能力的發(fā)展.[5]

4 課時(shí)教學(xué)案例

以“任務(wù)導(dǎo)入”課時(shí)為例,介紹如何為學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)氛圍,激發(fā)積極思維,促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí).

4.1 氛圍拉動(dòng):創(chuàng)設(shè)適宜教學(xué)情境

在課程伊始,教師先介紹生活中的投影燈,在表達(dá)自己對(duì)該類光學(xué)產(chǎn)品贊賞的同時(shí),要求學(xué)生嘗試觀察、使用、拆解兒童logo投影燈(如圖1).學(xué)生觀察投影燈發(fā)現(xiàn)其具備3個(gè)功能按鈕/旋鈕:開(kāi)關(guān)、投影燈片旋鈕、調(diào)焦旋鈕.學(xué)生將產(chǎn)生一定的疑惑:這些按鈕/旋鈕會(huì)對(duì)應(yīng)什么功能?

圖1 兒童logo投影燈的結(jié)構(gòu)與功能

使用投影燈時(shí),學(xué)生就能解決在觀察過(guò)程中的疑問(wèn).開(kāi)關(guān)、投影燈片旋鈕、調(diào)焦旋鈕的結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)控制光源、切換投影和調(diào)整投影清晰度的功能.進(jìn)而提出進(jìn)一步的問(wèn)題:這些按鈕/旋鈕為什么會(huì)有此對(duì)應(yīng)功能?其中蘊(yùn)藏著什么物理原理?同時(shí)學(xué)生也會(huì)遇到一系列問(wèn)題,部分問(wèn)題通過(guò)實(shí)踐探索可以即刻解決.如投影圖像不清晰,為調(diào)節(jié)清晰度,學(xué)生或調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕,或改變投影燈與投影幕布之間的距離.仍有部分問(wèn)題需要通過(guò)后續(xù)課程學(xué)習(xí)或自主學(xué)習(xí)來(lái)解決.例如在調(diào)節(jié)清晰度時(shí),調(diào)焦旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、角度和移動(dòng)距離的方向、大小都會(huì)隨具體情況變化;又如移動(dòng)距離后,雖然投影清晰,但圖像的大小、亮度都會(huì)因此改變.以上情境都能調(diào)動(dòng)學(xué)生持續(xù)思考:調(diào)焦旋鈕、移動(dòng)距離的變化到底有什么規(guī)律呢?如何在有尺寸要求的情況下投影出更亮且清晰的圖像?或如何在亮度固定的情況下投出尺寸更大且清晰的圖像?

最后借助拆解投影燈、觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的活動(dòng),學(xué)生將會(huì)產(chǎn)生更多的疑問(wèn).例如“(a) 燈泡發(fā)出的光顏色是白色的,為什么投影的顏色是多彩的?(b) 燈片的材料是什么,為什么光能從這兒穿過(guò)?(c) 投影燈中的透鏡和放大鏡有點(diǎn)相似,在投影過(guò)程中到底有什么作用呢?”等.

4.2 問(wèn)題驅(qū)動(dòng):拆解系列驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

以投影燈結(jié)構(gòu)與功能的真實(shí)情境為課程切入點(diǎn),激發(fā)了學(xué)生的好奇心,營(yíng)造適宜教學(xué)氛圍,驅(qū)動(dòng)學(xué)生逐步產(chǎn)生清晰且具象的疑惑,為學(xué)生提供了生成子問(wèn)題的機(jī)會(huì).此時(shí)教師即可拋出驅(qū)動(dòng)問(wèn)題“如何設(shè)計(jì)和制作logo投影燈?”引發(fā)進(jìn)一步的思考,示意學(xué)生圍繞光學(xué)單元需要學(xué)習(xí)的核心知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)、活動(dòng)發(fā)現(xiàn)建立聯(lián)系,幫助學(xué)生提出、整理、完善、精煉有價(jià)值和實(shí)際意義的系列問(wèn)題.引導(dǎo)學(xué)生從如何設(shè)計(jì)能達(dá)到適宜投影效果的角度對(duì)系列問(wèn)題進(jìn)行歸類、聚焦、評(píng)價(jià),通過(guò)多輪討論形成單元學(xué)習(xí)的子問(wèn)題“(a) 我們?yōu)槭裁茨芸吹轿矬w?(b) 如果物體被擋住還能看到物體嗎?(c) 為什么投影燈能投影出多彩的圖像?(d) 能否投影出尺寸合適且大小清晰的像?”.

4.3 協(xié)作促動(dòng):設(shè)計(jì)連貫任務(wù)序列

教師沿學(xué)生認(rèn)知發(fā)展路徑,對(duì)歸類好的子問(wèn)題進(jìn)行排序調(diào)整,引導(dǎo)學(xué)生小組內(nèi)部合作結(jié)合投影燈功能制作規(guī)劃本次項(xiàng)目的初始任務(wù)單.各小組匯報(bào)初始任務(wù)單,再經(jīng)由組間討論、教師完善形成與子問(wèn)題相關(guān)聯(lián)的、促進(jìn)概念學(xué)習(xí)和能力發(fā)展的系列任務(wù).在整個(gè)單元教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生仍可以繼續(xù)在子問(wèn)題下添加與其相關(guān)的新問(wèn)題.[6]教師亦需以子問(wèn)題和教學(xué)目標(biāo)為依據(jù),對(duì)光學(xué)單元活動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)增減和調(diào)整順序,幫助學(xué)生回答盡可能多的問(wèn)題.如圖2所示,問(wèn)題和任務(wù)與投影燈的結(jié)構(gòu)與功能相關(guān).課程從驅(qū)動(dòng)問(wèn)題出發(fā),通過(guò)探討、回答4個(gè)子問(wèn)題集以支持解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題.

圖2 師生討論生成任務(wù)序列

4.4 規(guī)范推動(dòng):制作明確驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

為回應(yīng)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,學(xué)生要明確項(xiàng)目最終需要達(dá)到的成果,即制作一個(gè)實(shí)物作品——直徑達(dá)1.2 m的投影燈.在此過(guò)程中,教師需要鼓勵(lì)學(xué)生制訂目標(biāo),即讓學(xué)生結(jié)合課程目標(biāo)和實(shí)際需求,分析投影燈需要測(cè)評(píng)的內(nèi)容、維度.再通過(guò)組間討論交流和后續(xù)課程的學(xué)習(xí),不斷迭代改進(jìn)評(píng)價(jià)量表,制訂明確且適宜的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以監(jiān)控學(xué)習(xí)成果.

5 設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)側(cè)重形成性評(píng)價(jià),在單元學(xué)習(xí)前、單元學(xué)習(xí)中、單元學(xué)習(xí)后,以多種形式貫穿整個(gè)單元.[7]單元學(xué)習(xí)前可通過(guò)前測(cè)、訪談等方式了解學(xué)情,作為教學(xué)設(shè)計(jì)的依據(jù).根據(jù)本單元內(nèi)容,前測(cè)可命制選擇題、填空題、作圖題和簡(jiǎn)答題.選擇題便于通過(guò)選項(xiàng)迅速判斷學(xué)生的原有認(rèn)識(shí);簡(jiǎn)答題能給予學(xué)生更多的展示自己思維的空間,從而能獲取更多的學(xué)生信息.單元學(xué)習(xí)中通過(guò)課堂活動(dòng)表現(xiàn)評(píng)價(jià)(師生對(duì)話、課堂觀察、活動(dòng)中學(xué)生的表現(xiàn)成果、學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作情況)和課時(shí)作業(yè)多種方式針對(duì)性地評(píng)價(jià)診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài).單元學(xué)習(xí)后可通過(guò)單元后測(cè)、個(gè)別輔導(dǎo)等方式對(duì)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況進(jìn)行診斷.通過(guò)后測(cè)和個(gè)別輔導(dǎo)診斷學(xué)生的核心知識(shí)、關(guān)鍵能力、態(tài)度責(zé)任的現(xiàn)況,作為下一單元教學(xué)設(shè)計(jì)的依據(jù).

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)需要依據(jù)教學(xué)目標(biāo),結(jié)合學(xué)習(xí)任務(wù)呈現(xiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法.如表4呈現(xiàn)了依據(jù)學(xué)習(xí)表現(xiàn)設(shè)計(jì)的光學(xué)單元“制作logo投影燈”任務(wù)1評(píng)價(jià)方案.以課堂評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),教師對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容、策略、進(jìn)度等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì)課后作業(yè).

表4 光學(xué)單元“制作校園logo投影燈”任務(wù)1評(píng)價(jià)方案

6 學(xué)生成果展示

本單元教學(xué)設(shè)計(jì)在一線教學(xué)中進(jìn)行了研討應(yīng)用,獲得了一定的教學(xué)成果.在“成果展示”環(huán)節(jié),學(xué)生分組匯報(bào)了實(shí)物作品的制作材料、選材原因和設(shè)計(jì)思路(如圖3).從作品選材和設(shè)計(jì)思路均可看出,學(xué)生對(duì)光學(xué)單元的學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念的理解.

圖3 學(xué)生設(shè)計(jì)思路圖

同時(shí)分享了在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的困難以及解決的方案,演示了實(shí)物作品(如圖4)并對(duì)作品進(jìn)行了自評(píng).從學(xué)生成果可以看出,學(xué)生能應(yīng)用科學(xué)工程實(shí)踐知識(shí)完成作品,并根據(jù)評(píng)價(jià)量表優(yōu)化成果.在本節(jié)課的組間交流、師生互動(dòng)活動(dòng)可以看出,光學(xué)單元教學(xué)培育和發(fā)展了學(xué)生的合作探究素養(yǎng)、質(zhì)疑創(chuàng)新品格、可持續(xù)發(fā)展理念.大部分學(xué)生能做到有根據(jù)地提出、吸納建議,并表現(xiàn)出更愿意去參與團(tuán)隊(duì)合作的傾向.

圖4 部分實(shí)物作品及演示結(jié)果圖