指向學科核心素養的初中物理微項目化案例研究

摘" 要：本文以“浮力”一節為例，介紹了采用微項目化模式的學習方式，該學習方式以真實的情境為學習載體，以驅動性問題為學習導向，圍繞“體驗浮力的存在”“影響浮力的因素”和“阿基米德原理”這三個任務展開教學設計與實踐，旨在促進學生對物理知識的理解，培養學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：微項目化學習；學科核心素養；浮力

基金項目：

本文系江蘇省教研課題“十四期”課題“指向學生關鍵能力的學科微項目設計與應用研究”（立項編號：2021JY14-L39）的研究成果之一。

物理學科

核心素養體現了學生在物理課程學習過程中逐漸培養起來的價值觀、關鍵素質和核心能力，滿足了個人持續成長和社會發展的需求，是學生在物理學習過程中所吸收并內化的具備科學屬性的綜合品質。

微項目化學習模式能夠有效地促進學生在物理學科核心素養方面的全面發展，它是一種旨在提升學生科學觀念、批判性思維、探究能力以及科學精神與責任感等關鍵素質的課程實施形態。該模式以真實的情境為錨點，將學生置于主動探究、解決問題和應用實踐等多個微項目之中，促使學生進行實踐體驗、內化吸收和探索創新，在學習過程中解決課堂教學中重點、難點、疑點和歧義點，幫助學生理解科學概念，引導學生形成專家思維，引發學生跨情境的遷移。［1］筆者以蘇科版初中物理八年級下冊“浮力”公開課為例，探討了物理學科核心素養下微項目化學習的教學實踐，以期為一線物理教師提供一些借鑒與參考。

1" 初中物理微項目化學習范式——浮力

在《義務教育物理課程標準（2022年版）》中，對學生關于“浮力”概念的掌握程度有著明確的要求，即通過實驗教學活動，學生能夠深入理解浮力的物理本質，探究并掌握浮力大小與多種因素之間的關聯，領會阿基米德原理的科學內涵和應用價值。通過對浮力的實驗探究，學生不僅能夠提升自身的科學探究能力，還能培養嚴謹的科學態度和批判性思維，這對學生物理學科核心素養的提升具有重要意義。

在物理教學中，涉及浮力原理的教學內容主要包括：浮力的基本定義、物體所承受的浮力作用、實驗探究影響浮力大小的因素和理解并掌握阿基米德原理。浮力作為一種廣泛存在于日常生活中的物理現象，學生們通過日常觀察和體驗已經對其形成了相應的前概念，這為學生進一步學習和理解浮力打下了基礎。但是，對浮力的定量分析很難由學生獨立開展，他們必須經過抽象思維、概念遷移、邏輯分析和綜合總結等認知過程，才能深刻理解和掌握相關知識。

此外，浮力涉及的知識面較為廣泛，需要對質量、密度、流體壓強、相互作用力和平衡力等概念有全面而深入的理解，并且要將以上知識靈活運用到對浮力的定量分析過程中，這是對學生的基礎知識和綜合素質的巨大挑戰。目前浮力的相關試題對知識的考查靈活多變，對學生的綜合能力提出了更高的要求。

本文結合初中物理學科核心素養和課程目標要求，旨在提升學生物理學科關鍵能力，以真實的情境為錨點，以國之重器——航空母艦為背景進行教學設計。把“浮力”這一節內容分解為三個微項目：一是體驗浮力的存在，從不同角度探究航母與浮力相關的知識，學生通過觀察、概括和整合知識，進而總結出浮力的概念；二是探究影響浮力大小的因素，學生通過猜想、設計、制作與論證等步驟，準確得出結論；三是掌握阿基米德原理，通過實驗活動，學生會增強對阿基米德原理的理解與認識。最后，通過項目成果的檢驗，學生將深刻體會物理知識從課本走向生活的重要性，同時能了解國之重器，增強他們的民族自豪感和對物理知識的認同感。整個教學流程符合學生的認知特點，微項目設計可以解決課堂教學中的重點、難點、疑點和歧義點，培養學生的學習興趣，以及理性思考、敢于質疑和勇于探究的科學精神。具體的項目設計思路如圖1所示。

2" 確定微項目的學習目標

設定學習目標是

教學活動的關鍵環節，它不僅對評估教師的教學成效與質量起到重要作用，同時也是評價學生學習成效的重要手段。具體、明確且易于執行的項目式學習目標，構成了學生學習及評估的關鍵參考框架，有助于學生以更高效和更具目的性的方式完成學習任務。針對物理學科核心素養中的浮力知識所開展的微項目化學習，其學習目標的確立包含以下四個方面。

第一，物理觀念。通過對比實驗，運用二力平衡的知識，認識到浮力的存在，并歸納總結出浮力的定義。

第二，科學思維。通過“壓力差法”，了解浮力的產生原因，加深對物理知識的內化與遷移，建構物理模型；能夠用“稱重法”測量物體所受浮力，明白下沉的物體也受到浮力的作用。

第三，科學探究。運用“控制變量法”設計實驗，尊重實驗證據，有實證意識和求知態度；積極優化實驗過程，準確分析數據，探究影響浮力大小的因素。

第四，科學態度與責任。了解浮力在生活中的應用，培養科學態度和應用意識；具有積極的學習態度和濃厚的學習興趣，養成良好的通過實驗獲取知識的習慣。

3" “浮力”微項目的教學操作

3.1" 創設真實情境，設置驅動性問題

航空母艦是保家衛國的國之重器，我國目前有三艘航空母艦：遼寧艦、山東艦和福建艦，其滿載排水量依次約為6萬噸、6.5萬噸和8萬噸。

此處配合多媒體視頻展示三艘航空母艦的情況。

師：請同學們思考一下，航空母艦是用鋼鐵打造的，自身的重量也是萬噸級別的，為什么可以漂浮在海面上呢？航空母艦的排水量是什么意思呢？

設計意圖：創設一個問題情境，導入教學，激發學生的參與興趣。驅動性問題的設置能夠引發學生的思考，引導學生初步了解相關內容，培養學生勇于探索和樂學善學的精神。

3.2" 項目一：體驗浮力的存在

3.2.1" 探究活動a：初識浮力

教師演示用手托住一個乒乓球（類比于船），如圖2左所示，讓學生觀察乒乓球的狀態，并對其進行受力分析；然后教師將乒乓球放入水中，學生再次對其進行受力分析（見圖2右）。之后，學生需要實際動手操作，利用他們認知結構中已有的受力平衡的相關知識，借助類比推理的技巧，得出結論，即乒乓球無論是放置在手中還是漂浮在水中，均受到豎直向下的重力G和豎直向上的托力F托。

3.2.2" 探究活動b：液體中下沉的物體是否受到浮力

教師演示將鐵塊放入水中，學生發現鐵塊下沉并且最終浸沒在水中。這一現象引發了學生的思考：下沉的物體是否受到水向上的托力？如何設計實驗來驗證自己的猜想？借助教師提供的相關器材，學生根據從探究活動a中獲得的經驗，獨立設計出實驗方案。如圖3所示，當鐵塊浸沒在水中時，彈簧測力計的示數相比于未浸入水中時有所減小。此測量方法被稱為“二次稱重法”，實驗結果表明下沉的物體也受到來自水向上的托力。再對圖3甲中的鐵塊進行受力分析，其受彈簧測力計的拉力F拉、重力G、水對它向上的托力F托三個力而處于平衡狀態，則存在F托＋F拉＝G，可以想到F托＝G－F拉。

3.2.3" 探究活動c：浸在氣體中的物體是否受到向上的托力

通過以上探究，學生能夠發現浸在液體中的物體會受到液體對它向上的托力，接下來讓學生繼續探究浸在氣體中的物體是否也會受到氣體對它向上的托力。教師手拿氦氣球進行演示，松手后氦氣球升空，說明氣球受到了空氣對它向上的托力。

教師指出這個托力就是浮力，并引導學生根據之前的探究活動來總結浮力的定義：“浸沒在液體或氣體里的物體，會受到液體或氣體向上的托力，這個力叫作浮力”。 通過以上的學習，學生明確了浮力的概念，并可以列舉出生活中浮力的例子。為了后續開展探究影響浮力大小的因素的活動，教師可以在學生舉例的過程中進行引導，例如提出問題：“人在游泳池中會下沉，但是卻可以輕松地浮在死海上，這是為什么？”

設計意圖：結合情境化和微型化的項目學習方式，

讓學生

猜想航空母艦漂浮的奧秘；通過三個探究活動，循序漸進地讓學生逐步認識浮力；通過托起乒乓球的實驗，使學生直觀體會浮力的存在；“二次稱重法”拓展了學生的實驗素養，幫助他們認識到下沉的物體也受到浮力的作用；通過氦氣球實驗，讓學生認識到浸在氣體中的物體也會受到浮力的作用，進而概括出浮力的定義，從而提高學生的概括理解能力與建構物理模型的能力。

3.3" 項目二：探究影響浮力大小因素的實驗

根據以往的教學經驗，學生在學習課程之前對“影響浮力大小的因素”的猜想往往是多種多樣的。在實際教學環境中，學生的探究活動并非完全自主進行，而是在教師的引導下，通過模擬探究的方式開展。教師需要依據學生的具體情況和教學的實際需求，在教師指導與學生自主探究之間找到平衡點，以確保學生充分發揮主觀能動性。

教師可以指導學生仔細觀察“二次稱重法”測量物體所受浮力的實驗過程，即從鐵塊開始接觸水面，到逐步浸入水中，再到在水中進一步下沉的過

程中，彈簧測力計讀數的變化。學生根據此現象可能猜想出，物體浸入液體的深度（H）和排開液體的體積（V排）會影響物體所受浮力的大小。值得注意的是，學生按照已有認知結構很容易猜想出物體浸入液體的體積（V浸）影響物體所受浮力。在實驗過程中，教師應提示學生關注以下現象：隨著物體浸入液體中體積的增加，浮力相應增大，同時液面上升。液面上升是因為物體浸入液體時排開了一定體積的液體，即存在V排＝V浸。接下來引導學生依據日常生活經驗，對其他潛在的影響因素提出

猜想。例如，鑒于人能夠在死海上漂浮的現象，學生會自然而然地推斷出液體的密度（ρ液）可能是影響浮力的一個重要因素。如圖4所示，接下來學生通過采取正確的實驗方法（控制變量法）、設計實驗方案、選定合適的器材進行分組實驗，最后可以得出浮力的大小與V排和ρ液有關，V排越大，浮力越大；ρ液越大，浮力越大。

設計意圖：通過具體的實驗探究任務“探究影響浮力大小的因素”，讓學生對影響浮力大小的因素提出猜想并進行實驗驗證。在小組合作中，學生解決微項目中的真實情境問題，通過對實驗數據的整合與處理，歸納出影響浮力大小的因素。此過程有效地鍛煉了學生提出猜想、設計實驗、進行實驗、處理數據和歸納總結的能力，使學生在完成任務的同時，提高自身的物理學科核心素養。

3.4" 項目三：阿基米德原理

通過以上探究，學生對物體受到的浮力大小有了定性的認識，但他們還需要學習如何定量計算物體所受的浮力。教師可以采用演示實驗結合信息技術手段的方法來幫助學生理解阿基米德原理，即采用多媒體演示，利用視頻或動畫來展示阿基米德原理的基本概念和實驗過程，幫助學生直觀理解

該原理。圖5展示了采用溢水法驗證阿基米德原理的過程，在左邊的彈簧測力計下懸掛一個物體，在右邊的彈簧測力計下懸掛一個小桶，然后將物體逐漸浸沒在裝滿水的溢水杯中，并讓溢出的水全部流入小桶中，可以發現兩個彈簧測力計示數變化數值相等，說明浸在液體中的物體所受的浮力大小等于被物體排開的液體所受的重力大小，即F浮＝G排。此部分教學的難點是從“物體排開液體的體積”到“物體排開液體的重力”的轉化，以及浮力的大小與排開液體重力的關系。

在教學過程中，教師應著重指導學生綜合分析體積V、密度ρ和質量m之間的關系。隨著排開液體的體積V排的增加以及液體密度ρ液的變大，浮力F浮也將相應增大，由此可知排開液體的質量m排也隨之增大。根據質量m與重力G的關系，可以得出“物體排開液體的重力G排越大，物體所受浮力越大”的結論。

設計意圖：通過溢水法驗證阿基米德原理，使學生對阿基米德原理有更加深刻的理解與認識，該微項目任務的重點在于強化學生對阿基米德原理的理解，并提高學生的推理論證能力。

3.5" 項目成果檢驗

通過以上微項目的探究，學生可以有效解決情境中所設置的問題，明白航空母艦是由于受到浮力的作用才可以漂浮在海面上的，并且可以通過阿基米德原理來計算物體所受浮力的大小。接下來可以讓學生通過計算浮力的大小來進一步強化應用浮力相關知識解決實際問題的能力，例如可以讓學生根據我國三艘航空母艦的滿載排水量，分別計算滿載時航空母艦所受的浮力。

設計意圖：檢驗學生微項目的學習成果，讓學生了解浮力在日常生活中的應用，并能夠運用所學的浮力相關知識計算和解決實際問題，鍛煉學生的應用實踐能力，實現從物理理論學習向社會實踐應用的過渡。

4" 結語

教學不是教學內容的簡單傳遞和灌輸，而是結合具體的教學情境，批判性、創造性地運用教材的過程。［2］微項目設計將學習設計融入學科教學中，基于任務驅動，以學生探究、合作為主，讓學生在真實或者近于真實的情境中學習。這種設計關注學生學習的主動性、自主性、探究性、創新性和合作性，改變了傳統單項教學方式，體現了以學生為主體的學習方式，有效促進了學生物理學科核心素養的發展。

參考文獻

［1］趙萍，陳鋒.指向學科核心素養的初中科學微項目化學習范式研究［J］.物理教學探討，2022，40（4）：4-7，10.

［2］孫春成.利用新教材內素材開發課外拓展性實驗的策略［J］.物理教學探討，2021，39（1）：70-72.