淺談高中物理項目式學習中學生綜合能力的培養

摘 要：本文主要探討了在高中物理教育中，如何通過項目式學習培養學生的綜合能力。文章從項目式學習的基本理念出發，結合具體的項目示例，通過設計項目式學習，幫助學生深入理解和掌握物理知識，同時培養學生的綜合能力，包括解決問題、創新、建模、處理數據、自主探究、合作學習、反思評估等。

關鍵詞：項目式學習；高中物理；綜合能力

高中物理學科的項目式學習是一種以學生為中心的教學方式，基于建構主義理論，將學生的學習任務轉化為具體的項目，讓學生根據項目構建知識體系。項目式學習有助于學生深入理解物理概念，靈活應用物理知識的能力，還可以培養學生的解決問題、創新、建模、處理數據、自主探究、合作學習、反思評估等能力，[1]對于學生的發展至關重要。

一、利用項目式學習，培養學生解決問題的能力

項目名稱：如何測量物體表面的摩擦系數

材料：滑塊（可以是木塊或塑料塊）、不同材質的表面（如木頭、塑料、金屬、玻璃等）、彈簧秤、斜面。

探索設計不同的實驗方案：測量物體表面的摩擦系數，鼓勵學生嘗試不同的實驗方法，如利用控制變化的思維改變滑塊的質量、斜面的角度等，觀察這些變化是否影響摩擦系數的測量結果。測量物理表面的摩擦系數，也可以采用不同的實驗器材，如利用彈簧測力器或者力的傳感器來測量摩擦力的大小，甚至也可以根據物體的運動情況測量加速度，分析合力和摩擦力，得出摩擦系數的結論。

實施操作實驗：學生可以根據所給的器材，根據實驗方案，自行設計實驗步驟，在操作過程中，學生可能會遇到各種問題，如數據異常、設備故障等，鼓勵他們自己尋找解決問題的方法，為了尋求更好的解決方案，他們的創新靈感就會被激發。這將有助于培養他們的問題解決能力和創新思路。

分析和解釋實驗結果：讓學生自己分析和解釋實驗結果，思考結果背后的科學原理。分析誤差產生的原因，采取何種措施可以消除減少誤差，這些將培養他們的批判性思維和實事求是的精神和解決問題的能力。

改進實驗設計：在實驗結束后，讓學生反思實驗設計是否合理，實驗步驟是否可以優化，實驗器材是否可以改進，思考實驗如何獲得更準確的結果等，這將有助于培養他們地新思路和持續進步的習慣。

通過這個項目，學生不僅能夠理解摩擦力和摩擦系數的概念，還能在如何設計實驗、收集數據、分析數據和實驗結果中出現的問題，有效地培養學生的學習能力和問題解決能力。

二、利用項目式學習，培養學生的創新能力

設計項目：探究向心加速度與角速度的關系。

在這個項目中，要明確向心加速度與角速度的概念，以及它們之間的關系，這是物理學中的一個重要概念。

首先，需要明確項目的目標：向心加速度和角速度的概念，如何利用智能手機測量向心加速度和角速度，以及如何探究這兩者之間的關系。這個目標不僅涉及物理概念知識的學習，更重要的是要求學生理解概念的本質。

在實驗設計階段，學生需要自主設計實驗方案，包括實驗設備的選擇和實驗步驟的制訂。學生設計的多種方案場景，以及利用多種的儀器。例如，有的學生將調用智能手機的加速度傳感器和陀螺儀，測量物體的向心加速度和角速度。利用項目式學習中不同的實驗手段，讓學生深入理解和掌握向心加速度和角速度的概念，使學生體驗到創新的樂趣。

在實驗操作階段，學生需要按照自己設計的實驗方案進行操作并收集實驗數據。這個過程中，學生將學習如何調用智能手機傳感器，如何利用電腦進行處理數據，如何通過數據分析驗證物理公式。這些數據的處理方法，書本上沒有的，這就要求學生能夠自主創新設計處理數據的方案。讓學生掌握新的科學研究的方法。

總之，這個項目與傳統的實驗方法不同，引入了傳感器，而且這些傳感器就在日常使用的智能手機中。通過引導設計和實踐操作，讓學生深入理解向心加速度與角速度的概念和物理量之間的關系，除了培養他們的學習興趣，還提升他們的創新思維和實踐能力。

三、利用項目式學習，培養學生構建模型的能力

為了深入研究拋體運動的規律，可以基于炮彈的運行軌跡設計一個拋體運動模型，要求學生自主設計方案、制作模型、進行實驗并分析結果，這個項目展示的拋體運動，用逼真的模型模擬現實場景。

項目設計：制作一個拋體運動模型

教師提供一段戰爭中發射炮彈的視頻，要求學生利用玩具或常見的生活用品制作一個能夠展示拋體運動的模型。例如，學生可以使用乒乓球和彈簧制作一個小型炮彈發射裝置，通過改變炮彈的初速度和發射角度，驗證其運動軌跡是否符合拋體運動的理論。

在研究和計劃階段，學生需要了解所需材料，制訂實驗計劃，并確定如何構建模型才能最佳展示拋體運動。他們需要考慮如何測量初速度、發射角度和運動軌跡，以確保實驗的準確性。這個階段的教學尤其重要，要培養學生從具體場景中建構出模型的能力。

在模型制作過程中，學生也會面臨各種挑戰，如材料的選擇，參數的測量等。需要這些思考作出選擇，找到最佳方案，他們最需要準確地描繪出炮彈模型的運動軌跡。制作完成模型后，學生需要向全班展示他們的作品，并解釋其工作原理。此外，還可以組織同學思考研究這個模型，討論交流哪些方面做得巧妙，哪些方面還需要改進，特別是對模型數據的采集是一個需要不斷改進的過程，減少數據誤差也是學生討論的重點內容。

這種讓學生從日常生活中抽象出物理模型，并深入研究的方法，很受學生歡迎。通過這樣的模型制作項目，學生不僅可以深入理解拋體運動，還能培養建模能力，從情景到模型的構建，是近幾年高考考試的重點，這種建模能力也是衡量學生素質的重要方面，培養建模能力是高中物理教學中的一個重要任務。

四、利用項目式學習，培養學生數據處理的能力

項目式學習可以基于學生的生活實踐，設計一個關于超重與失重的實驗。學生可以利用智能手機的加速度傳感器進行實驗，學生可以在體重計上進行下蹲和起立的實驗，或者在電梯中進行實驗[2]。

項目名稱：超重與失重實驗

在體驗實踐階段，設計以下問題：“為什么在電梯突然停止時，我們會感到身體的沖擊？”這樣的問題可以培養學生的好奇心、探索精神和創新意識。然后設計實驗方案，通過實際體驗來解決問題。學生可以借助電梯運行，選擇在電梯上升、下降或突然停止時進行實驗，觀察這些情況下加速度的變化，利用手機軟件調用傳感器獲取電梯升降過程中加速度隨時間變化的圖像。把這些數據導出到電腦端，再分析電梯在不同的運動階段所對應的加速度的特征。

學生在體重計上進行下蹲和起立的實驗時，由于體重計的示數變化太快，觀察體重計的讀數比較困難，引導學生思考如何解決這個問題呢？就有些學生提出拍攝視頻并進行分析，學生最方便的就是利用智能手機的高速攝像功能拍攝視頻，然后再使用慢鏡頭回放，這樣就可以清楚地展示人體在運動過程中體重計示數的變化。分析超重與失重的現象，這些問題處理需要學生具備熟練應用多媒體和數據處理的能力。

以上兩個實驗數據的處理，要求學生將調用智能手機中的傳感器，利用傳感器采集的數據進行分析，以研究物理規律。這種利用身邊的常用的手機進行操作，不僅操作簡單，準確性高，還有助于提高學生學習的興趣和實踐操作能力，還能讓他們掌握先進的數據采集和處理方法，這種教學方式體現了高中物理教學培養學生核心素養的要求。

五、利用項目式學習，培養學生自主學習的能力

在項目式學習中，有時要求學生自主地尋找信息、分析問題并提出解決方案。以一個探索影響電容器電容的因素的項目為例。在這個項目中，學生需要確定研究主題、查閱相關信息、分析問題、提出解決方案，實施并進行反思。這種自主學習的過程有助于培養學生的創新思維和自學能力。

項目名稱：影響電容器電容的因素

查閱資料：學生通過互聯網和書籍查閱電容器的種類，電容的參數以及電容的應用場景。

鼓勵創新思考：讓學生自由地提出自己的假設。例如，他們可能假設影響電容器電容的因素可能包括極片尺寸、介質常數和極間距離的大小、溫度、電壓等。

實踐檢驗：基于他們的假設，讓學生自行設計并執行實驗。向學生展示不同類型的電容，他們根據不同類型的電容，弄清哪些部件是電容的極板，哪些部件是電容的電介質。思考要選擇哪種電容作為研究對象，以及如何測量電容器的參數，并提出創新的解決方法，要求學生學習設計電路來測量電容的參數。這里電路設計，包含了分壓式接法和限流式接法的應用，分析哪些要素會影響電容，這里還涉及控制變量法的應用，在實驗后，學生應該反思他們的方法和結果，討論是否有改進的空間。

通過這樣的自主學習過程，讓學生經歷設計，實踐，否定，改進，完成等階段，特別能提升學生的自主學習的能力。

六、利用項目式學習，培養學生合作學習的能力

在項目式學習中，合作學習是一種重要的策略，它可以有效地培養學生的團隊精神和創新思維。教師可以組織小組項目，鼓勵學生之間的交流和討論，讓他們分工合作，共同解決問題。

項目名稱：測量當地的重力加速度

組織小組：教師可以根據實驗項目的不同方案將學生分組。例如，有的小組提出的方案是利用自由落體測量，而另一些小組的方案是利用單擺測量。組織學生進行討論，這種頭腦風暴式的教學啟發了學生的發散思考。

分工合作：在小組項目中，學生可以根據自己的興趣和能力進行分工，各司其職。例如，不同小組測量出的重力加速度值可以進行比較，分析不同方案所帶來的誤差。

共同解決問題：在小組項目中，學生需要共同面對和解決問題，在這個過程中，有可能出現小組成員意見不統一，方案不一致的情況，這就需要小組成員間相互傾聽，互相借鑒。也需要小組長把握方向，溝通協調。這個過程培養了學生在團隊中合作的能力，特別能培養小組長的協調和領導能力。

通過小組分工協作的學習過程，學生不僅可以深入理解和掌握物理知識，還培養學生合作學習的能力。這種能力對于學生的未來學習和生活都至關重要。

七、利用項目式學習，培養學生反思糾錯的能力

在項目式學習中，反思和評估是培養學生素質的重要環節。通過反思，學生可以找出自己的優點和不足，并進一步改進和創新。

項目名稱：測量光的折射率

實驗設計的評估：在“光的折射”這個實驗中，我們鼓勵學生自主創新地設計實驗方案，改進現有的方法。他們可以選擇新的實驗設備，提出新的數據處理方法。學生可以評估選擇的實驗設備對完成實驗的可行性。

實驗器材為：半圓形玻璃棱鏡、直尺、激光筆等。學生可以評估實驗方案帶來的誤差，例如，測量入射角與折射角的正弦值，采用測量角度，還是利用三角形對邊與斜邊的比值等。評估后，學生可以處理實驗數據加以對比，以提高實驗的準確性。

實驗結果的反思：實驗結束后，學生可以反思分析實驗結果。他們可以通過數據分析找出折射角和入射角之間的關系，驗證折射定律。同時，學生也可以反思實驗現象，探討為什么光會發生折射，以及為什么折射角會隨著入射角的增大而增大等。此外，學生還可以分析實驗結果與理論預測之間的差異。他們需要思考實驗中可能存在的誤差來源，是來自測量誤差還是儀器誤差等，并探討如何減小這些誤差。

通過上述例子，總結了從以下方面培養學生的反思評估能力。

項目式學習過程中，要求學生評估遇到各種問題和挑戰。針對不同的挑戰，制訂不同的解決方案，通過不同的解決方案，培養創新思維和解決問題的能力。這種靈活性和適應性能夠應對未來的挑戰。

項目式學習過程中，要求學生對個人能力的反思評估，這種反思有助于學生了解自己的學習方式，發現優點和不足。審視自己的方案，學生反思自己在項目中的方案，他們會思考自己的方法是否合理，是否能夠達到預期的目標。學生可以更深入地理解所學知識。不僅僅是完成任務，他們還會思考問題的本質、解決方案的有效性，學生可以根據實際情況評價自己的項目，找出自己的提升空間。使他們能夠更好地分析和解決問題。這種自我評估有助于提高學生的自我認知，培養學生的自信。這將會激發他們繼續學習和探索的熱情，自信心是持續進步和成就的基石。

項目式學習過程中，要求學生與同伴合作完成任務。要求反思在合作過程中學習到了哪些知識內容，以及從同伴的身上學到了哪些優良品質。了解團隊合作的重要性，學習有效溝通、協調和解決沖突[3]。

項目式學習過程中，要求學生能對失敗的教訓加以總結，對成功的經驗加以分享，能將自己的想法和經驗表達出來，能夠清晰地表達自己的觀點，這對于個人和職業發展都非常重要。

結束語

項目式學習是培養學生素質能力重要的方式手段。在高中物理教學中，從學生的主體出發，教師通過設計項目式學習，培養學生的解決問題，創新，建模，處理數據，自主探究，合作學習，反思評估等能力，提升學生的綜合素質。在未來的人工智能時代，應該更加重視項目式學習在教育教學過程中的應用。

參考文獻

[1]楊宏.初中物理生活化教學模式探究[J].數理天地（初中版），2023（10）：76-78.

[2]張雅婷.智能手機助力高中物理演示實驗教學的專題研究[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2020.

[3]梅元瓊.面向高階思維能力培養的高中物理項目式學習的研究[D].鞍山：鞍山師范學院，2022.