單元視角下物理項目學習的實踐與思考

摘要： 項目學習通常采用單元教學設計，通過對教材內容進行適當的重組構成相應的學習單元，運用設置的系列情境引出學生的學習需求，在項目實施中設計有關聯性、層次性和遞進性的問題串，并對學習過程開展持續性評價，最終實現問題解決，達成學習目標。

關鍵詞： 物理" 項目學習" 單元" 教學設計

在傳統教學中，教師往往將教材的章節內容作為一個單元進行課時層面的教學設計，采用簡單線性排列方式進行教學。華東師范大學崔允漷教授稱這樣的教學單元為“內容單位，而不是學習單位”，他認為單元是一個學習單位，是一個圍繞目標、內容、實施與評價的“完整”的學習事件，這樣的單元設計與指向學科核心素養的倡導大觀念、大項目、大任務與大問題的教學理念是契合的，有助于改變學科知識點的碎片化教學和過度關注知識技能的點狀傳輸，確立了“以學習者為中心”的觀念，真正實現教學設計與素養目標的有效對接。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱課程標準）明確提出：為促進學生物理學科核心素養的發展，課程學習中要倡導基于項目的學習或整合學習等方法，促進學生基于真實情境下學科和跨學科問題解決能力的發展，促進學生素養的發展。在項目學習中，教師通過合適的項目選題，根據預設的學習目標和學生的學習需求組成相應的學習單元，對教材內容進行適當的組織和處理，創設真實情境，引起學生的認知沖突，激發學生的學習興趣，合理規劃和設計學習內容和學習路徑，重視知識點之間的聯結及其運用。學生通過開展科學探究活動，參與挑戰性的任務，探尋事物真相，弄清問題來龍去脈，讓真實的學習自然發生，從中掌握最核心的概念、原理、規律和方法，最終由經驗性常識過渡到從物理學的視角審視周圍的世界。這一學習過程體現了學科邏輯、學生邏輯和育人邏輯三者的有機統一。我們根據課程標準中課標要求“3.2電路及其應用”，對人民教育出版社高中物理必修第三冊第十一章“電路及其應用”（第1、2、4節）、第十二章“電能 能量守恒定律”（第1、2、3節）相應教學內容進行整合，以“水果電池能給手機充電嗎——電路及其應用”為例談一談項目學習的實踐與思考。

一、教材內容重組，構建知識體系

本單元所涉及內容屬于課程標準中課程內容必修課程“電路及其應用”主題。課程標準針對本單元的學習內容提出了兩方面的要求：知識方面，了解電路元件在電路中的作用，了解串并聯電路特點、理解閉合電路歐姆定律；實驗探究方面，測量電源的電動勢和內阻。人教版必修三教材將“電路及其應用”這一主題劃分為兩章，共9節內容。本案例選取其中的6個核心章節，即“電路和電流”“導體的電阻”“串聯電路和并聯電路”“電路中的能量轉化”“閉合電路的歐姆定律”“實驗：電池的電動勢和內阻的測量”組成獨立單元開展項目學習，主題為“水果電池能給手機充電嗎——電路及其應用”。我們進行課時規劃時擬安排5個課時。學生學習的是關于電路和電流以及電路中能量的相關知識，涉及電源和電流、電動勢、串并聯電路規律、閉合回路歐姆定律、能量守恒定律等核心知識。依據課程標準要求和教材內容，本單元在提升學生學科核心素養方面的教學目標如下：一是加深學生對閉合電路及其相關規律的認識，強化物質觀念和能量觀念；二是突出科學探究素養的培養；三是建構物理模型，基于事實證據進行分析綜合、推理論證，在解決問題的同時發展學生的科學思維。

我們從源于生活的真實情境出發，圍繞用水果電池給手機充電這個驅動問題進行單元設計，以解決“用水果電池能不能給手機充電”這一問題為明線，以相關電學概念的學習、規律的形成為暗線，明暗線交織，由表及里地設計學習活動，從了解電源到熟悉電路結構和基本規律進而運用規律設計實驗，最后得出有效的結論。學生通過彼此間存在遞進關系的任務推進項目實施，積極參與各個任務所涉及的學習活動，開啟高階思維，解決其中預設和生成的一個個問題，促進大腦中物理知識的結構化系統化。

二、創設系列情境，引發學習需求

課程標準指出：創設情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用。物理概念的建立和物理規律的探究都應創設情境，在應用物理知識解決具體問題時也應結合具體的實際情境。在目前的物理課堂教學中，教師在一節課的起始階段通常會創設情境，但是這些情境往往立足于為本節課的教學激趣設疑，與前后章節的教學內容缺少關聯，情境成為孤島，知識的學習也呈現“碎片化”。以項目學習的方式設計的單元可以通過相互關聯的情境串聯起前后的學習內容，將實際情境轉化成解決問題的物理情境，學生始終置身于情境中，學習內容與學生的學習需求匹配，使學生實現了從被動接受者到主動參與者的角色轉變，既有助于引導學生發現事物的共同屬性和本質特征，實現教學內容的整體性和結構化，也讓學生體會到如何從物理學的視角看待和解決真實世界中的復雜問題，為問題解決提供必要的線索，增強學生運用物理知識解決實際問題的意識和能力，讓學習的過程更顯血肉豐滿、富有張力。

一以貫之的情境為單元學習內容提供了生動厚實的載體。在本次項目學習的設計中，教師提出驅動問題：“暑假期間，即將上高二的王同學參加了一次野外生存拓展訓練。一次野外訓練途中，王同學不小心迷路了，更糟糕的是王同學手機沒電了，他需要盡快和同伴們取得聯系，可是身邊只有幾個蘋果、一串鑰匙、一條充電線和一把小刀。王同學能想辦法給自己的手機充上電嗎？”圍繞如何實現用水果給手機充電、認識電源、改進水果電池、測量水果電池的電動勢和內阻并設計新的充電方案等上下承接的情境，以學生需求為出發點，保持他們的興趣，師生共同規劃實施路徑，進行任務分解，設計學習活動（如表1）。

基于真實情境的學習實現了知與行的交互，學生在真實情境中發現問題，引發學習需求，建構物理模型，開展科學探究活動，進行科學推理和論證，基于證據得出結論并作出解釋，養成科學態度與責任，逐漸形成正確的物理觀念。學生在解決問題的過程中獲得知識、體會意義、總結方法、開拓思維，實現對知識的認識、理解和運用的統一，促進物理關鍵能力的提升。創設的情境既可以是“生活實踐情境”，也可以是“學習探索情境”，學習過程始于情境，以境激趣、由境生疑，境中悟理。

三、問題成串，促進深度學習

項目實施過程中分解的任務通常由若干個學習活動組成，各個活動的學習愿景則通過具有關聯性、層次性和遞進性的問題串引出，學生的學習在不斷地發現問題、解決問題中向前推進，達成各個活動的學習目標，并生成新的問題。項目學習中預設與生成的問題既是達成學習目標的抓手，又是學生學習真實發生的起點，學生在問題解決中學會思考、學習和創造，從擁有零碎的經驗直至以系統化的思維審視不同知識之間的關聯，經歷從理念到實踐的一整套思維方式和行為模式的轉化，學生的思維方式由簡到繁、由淺到深，依次轉化，層層遞進，學生建構自我認知結構，掌握學科知識內蘊含的概念、規律、方法、思維方式、價值等。

問題串的設計應注意環環相扣、逐級上升，既要有層次和梯度，也要有過渡和銜接。這既有助于充分利用學生現有認知和思維的最近發展區，激發學生的興趣并使之能在相對較長的課堂時間中保續，引導學生發現舊學與新知的結合點，促進學生知識的內化和認知能力的提升，也是生活邏輯與學科邏輯的有機整合，在一定程度上提升學生參與學習活動的深度和廣度，增加了課堂的知識容量，拓寬了課堂教學的視野。

以“閉合電路歐姆定律和電動勢”這一課時部分教學片段為例，我們進行了問題串的設計。

問題1：水果電池能讓小燈泡亮起來嗎？

試一試——嘗試利用水果電池點亮小燈泡

實驗器材：小燈泡（額定電壓1.5 V）、電池盒、導線、兩節新干電池、一節舊干電池、數字電壓表。

對比演示實驗：

（1）用一節干電池（電動勢1.5 V）給小燈泡（額定電壓1.5 V）供電。

（2）用水果和石墨片、鎂片制作的水果電池替換干電池，給小燈泡（額定電壓1.5 V）供電。先測量開路電壓（1.97 V）。

現象：水果電池供電的小燈泡不亮。電池兩端的電壓從開路時的1.97 V左右降到了0。

問題2：電池兩端減少的電壓去哪了？

探一探——探索電池內部的奧秘

將水果電池和打開的干電池展示給學生觀察，介紹正負電極和電解質。

發現：電池內部存在電阻——內阻（r）。

介紹鉛蓄電池結構。

用DIS數字電壓傳感器測量蓄電池兩極間的電壓，并明確電源正負極。

演示實驗：在電源斷路的情況下，用DIS數字電壓傳感器測量電極與探針之間、探針與探針之間的電勢差。

發現特征：電源內部，電勢在電極附近出現兩次“躍升”。

問題3：如果將電源接入用電器，組成閉合電路，電源內部的電勢是否發生變化？

實驗：用DIS數字電壓傳感器測兩電極AB和兩探針ab之間的電勢差。

觀察現象：外電路UAB=1.87 V，相較于電路斷路時，數值減小。內電路探針之間出現了電勢差（φa＜φb），Uab=-0.14 V。

結論：（1）電路導通時，電源內部有電勢的降落，我們稱為“內電壓（U內）”，外電路電勢的降落叫“外電壓（U外）”。

（2）整個閉合回路電勢出現兩次抬升、兩次降落。抬升的數值和降落的數值總是相等。

問題4：內外電壓U外、U內之和與電源內部兩次電勢抬升的數值總會是定值嗎？

測一測——測量閉合電路內外電壓

分組實驗：利用自制學具測量電路的內外電壓的數值并計算兩者之和，改變外電路電阻R，多次測量，尋找規律，將實驗相關數據填入表格。

分析數據、發現規律：

（1）對同一電源，閉合電路內外電壓之和與電路內部兩次電勢的提升值之和相等。

（2）對同一電源，閉合電路內外電壓之和是定值。

問題5：這個定值反映了電源本身的什么特性？

學生經歷了觀察對比、發現問題、提出假設、實驗探究等一系列過程，發現電池的內部電勢特點，逐步建立電源內電路的物理模型，加深了對于閉合電路內外電壓與電源內部兩次電勢提升之間關系的認識。教師以問題串啟迪學生智慧，提升學生的學習能力，引領學生走向深度學習。

四、持續評價，實現以學定教

項目學習以輸出為導向，圍繞最終需要獲得的成果，設計教師的教學活動和學生的學習活動。學生在對提供的資料進行學習、加工、創造的基礎上輸出解決問題的方案或行為，學習過程側重于提取、建構學習內容并應用到真實情境中來解決問題。教師在學生的學習過程中需要通過持續性的評價，評估學生解決真實問題的能力以及學生在學習中物理核心素養達到的水平層次，調整預設的教學活動，以學定教，精準教學，實現項目的育人功能。通過有效的形成性評價和診斷性評價，考查學生知識、技能的掌握程度，問題解決、交流合作、批判性思維、創造性思維等復雜能力的發展狀況，測評學生的學習興趣、參與程度、合作意識、探索精神、社會責任等。

我們根據該項目學習實施過程中各個課時的學習內容，厘清評價目標、評價任務、評價標準以及評價方式（如表2）。

該項目學習的評價以過程性評價為主，主要針對各個重要學習環節中的任務、活動和作業展開。圍繞制訂本單元的學習計劃、認識電源、再識水果電池、測量水果電池的電動勢和內阻等課時內容，根據物理核心素養的四個維度制訂評價標準，確保評價的可操作性，關注學生在上述學習活動中的行為表現。對學生在問題解決、交流討論、合作參與、實踐操作等方面表現出來的興趣態度、實驗能力、表達表現、運用理解和結果解釋等情況進行評價（如表3），其中興趣態度依據觀察進行教師評價，設計能力、表達表現、結果解釋則依據各小組的課堂表現、學習任務單完成情況，進行組間組內互評和教師評價。通過持續的評價，了解學生學習相關內容時的優勢與不足，為教師教學活動的設計和調整提供參考依據，更有效地指導學生的學習活動，提高課堂教學的效率。

此外，智慧課堂的運用也為“教、學、評”一體化的實現創造了條件。我們嘗試將智慧課堂融入學生的學習活動，即時推送學習任務，對學生的問題討論、實驗探究、反思評價等過程及時跟蹤反饋，針對生成的評價結果進行分析診斷，就集中存在的問題組織學生討論交流，進行個性化的批注講解，推送相應的學習資源。

筆者認為，以項目為載體組織單元內容，需要師生根據項目實施路徑，規劃課時和學習內容，并從真實情境中提取出有邏輯關系的問題串， 以任務的形式解決這些問題，實現知識結構系統關聯、經驗結構生成連續、教學結構循環遞進、思維結構系統有序，引導學生進行沉浸式、進階式學習，發展物理學科核心素養。

參考文獻：

［1］崔允漷．指向學科核心素養的教學即讓學科教育“回家”［J］．基礎教育課程，2019（Z1）：5-9.

［2］李文波，馬云鵬．例談初中物理項目學習的實施策略［J］．中學物理，2020（6）：18-20．

［3］馬云鵬，李文波，王軍．指向深度教學的項目學習案例設計策略［J］．中學物理，2022（2）：24-27．

責任編輯：唐丹丹

本文系安徽省教育信息技術研究課題“智慧教學環境下中學物理大單元教學實踐研究”（課題編號：AH2022114），蕪湖市教育科學研究課題“基于單元整體設計的結構化教學案例研究”（課題編號：JK22032）的階段性成果。