初中科學微項目化學習的實踐
——以“物體沉浮條件”為例

■浙江省杭州市臨安錦城第四初級中學 阮麗萍 ■浙江省杭州市杭知中學 葛元鐘

本文以浮力的核心知識點“物體的沉浮條件”為例，創設真實情境，開展“制作潛水艇模型與競賽”活動，嘗試讓學生在微項目化學習中理解知識背后的原理，設計“潛艇掉深”新情境，深入研究，引發知識的遷移應用，引導學生進行模型構建，以及迭代更新，理解工程設計是一個不斷完善的過程，從而通過做中學、玩中學，培養學生的核心素養。

一、問題提出

在深化教育教學改革的背景下，提倡創設真實情境，開展有意義的學習活動，促進學生深度學習的發生，培養學生的核心素養?！读x務教育科學課程標準（2022 年版）》強調“整合啟發式、探究式、互動式、體驗式和項目式等教學方式的基本要求，開展能夠促進學生積極思維的思維型探究和實踐”。項目化學習強調在真實的情境中，以問題為驅動，讓學生開展自主探究及合作探究，完成項目任務。學生在項目化學習過程中掌握知識，更重要的是收獲學習方法，認識到學習的價值。

（一）初中科學項目化學習面臨的問題

在初中科學教學中會經常開展項目化學習研討，但是在實際教學過程中，講授方式“依然如故”，項目化學習在落地過程中仍面臨著一些困難：

第一，受教學時間的限制。項目化學習需要較長的時間進行實踐和探究，教師擔心項目化學習過多占用課堂時間，不能按時完成授課內容。第二，受教師能力和經驗的制約。部分教師設計能力不足，知識的學習與項目活動之間出現脫節，不能很好地達成教學目標，導致教師不敢嘗試項目化教學。第三，受考試壓力的影響。教師擔心項目化學習影響學生的考試成績，不愿意采取這種教學方法。

（二）實施微項目化學習突破重難點

依據課程標準，從學科的核心概念中遴選出學科知識重難點，根據學生的認知基礎和微項目化學習要素，構建基于學科重難點突破的微項目化模型（如圖1所示）。

圖1 微項目化學習模型圖

微項目化學習的基本模型是在課程標準的引領下確定核心概念，從中提取出重難點知識，建構微項目任務，通過實踐活動聚焦重難點知識，最終貫徹課程標準。

二、微項目化突破難點的設計

以浙教版科學八年級上冊教材為例，學生在學習過程中普遍存在以下難點，需要想辦法突破：如《水的浮力》中有阿基米德原理、物體的浮沉條件、浮沉條件的實際應用；《物質的溶解》中有飽和溶液和不飽和溶液的聯系與區別、溶解度的理解、溶液的稀釋、濃縮、混合問題；《大氣壓強》中有大氣壓在實際生活中的計算；《電路分析與應用》中有串并聯電路的規律、動態電路的分析、電路故障的判斷。

（一）挖掘要突破的知識難點

以《水的浮力》為例，首先，學生在初學浮力時腦海中已經有許多“前概念”，如上浮的物體受到浮力，下沉的物體不受浮力；上浮物體受到的浮力比下沉物體受到的浮力大；漂浮時浮力大于重力；懸浮在液體中的物體所處深度越小，浮力越大……其次，受學生思維發展的限制，傳統的教學方式無法為學生提供一系列的中介，使學生從抽象的邏輯思維轉變成具象的理性思維，對浮力概念的理解停留在表面，如很多學生知道公式，但是不能理解公式的運用，更難以辨析如何實現潛水艇在水中的升降問題。

（二）設計微項目化學習流程

初中科學微項目化學習設計流程包含三個階段，分別為微項目設計階段、微項目實施階段和微項目評價階段。

微項目設計階段涵蓋設計微項目情境、設計微項目問題和規劃微項目過程。

微項目實施階段是整個微項目化學習中最核心的環節，包括微項目主題、實施微項目活動、微項目成果交流。學生是活動的主體，教師則作為引導者和幫助者。學生在解決問題的過程中完成各項任務，包括閱讀資料、實驗探究等。微項目活動結束后，教師安排各小組進行成果展示。

微項目評價貫穿于整個學習過程，包括學生自評和互評、教師總結，診斷學生核心素養水平及進階情況，以實現教學評的一致性。

（三）基于微項目化突破難點

微項目化學習是基于真實情境創設驅動性問題，在問題解決過程中突出學習者的主體地位，以素養目標為導向，指向核心知識原理的再構建，讓學生從“做中學”的一種學習模式。

相較于傳統課堂，微項目化學習的價值主要表現在以下兩點：一是對學生而言，體驗式、探究式的學習方式可以促進全腦發育，激活多種聯系，加深學生的聯系性記憶、情感性記憶、生存性記憶?；橄鬄榫呦?、化結果為過程、化靜態為動態的學習方式，極大地提高了學生主動學習的積極性。二是對教師而言，教師需要從傳統的課堂主導者變為學習的設計者和支持者。在項目開展過程中，教師要掌握跨學科知識，多元化發展。同時，學生在項目實施過程中所展現出來的思考力和創造力也能給教師很大啟發。

三、微項目化突破難點的實踐

以浙教版科學教材八年級上冊第一章第3 節中的“物體的沉浮條件”課時為例，教師應深挖教材中的教學難點，以“制作潛水艇模型與競賽”這一微項目為載體，使學生了解沉浮條件這一核心知識，理解該知識背后蘊藏的價值，促使學生科學核心素養落地。

（一）設計情境，突出知識價值

情境與核心教學內容密切相關，精確指向教學過程的知識技能目標，能夠促進學生知識和技能的掌握。情境載體可以有效激發學生的學習動力，體現“從生活走向科學，從科學走向社會，從科學回歸生活”的理念，使學習知識過程更具有真實性，使獲取知識的結果更具有成就感。

“物體的浮沉條件”這節內容在實際生活中具有很廣泛的應用，如救生圈的設計、水上交通工具輪船的制造以及國防方面的潛水艇等。針對七年級學生對國家科技力量的崇拜與好奇，教師引入我國核潛水艇發展紀錄片視頻片段，讓學生在觀看后說說自己對潛水艇的了解，教師補充潛水艇建造科技史知識，更加激發了學生對潛水艇的興趣，同時引出本堂課的核心問題：制作潛水艇模型。

（二）讓難點成為項目的原理

項目化學習的核心在于“學習”，蘊于“項目”中的是學習活動的機制與特征?？茖W教育的難點在于知識在真實情境中的解釋和應用，以及實踐創新能力的培養。

對初中學生而言，潛水艇是神秘的軍事裝備，學生具有極強的探究欲望，如潛水艇是如何實現浮沉的？背后的原理又是什么？在不同密度的海域如何實現同一深度的懸停？借助制作潛水艇這一載體，教師將核心問題拆解，分別從制作原理、材料選擇、實踐應用等方面進行分析，聚焦“物體的浮沉條件”這一知識體系，構建潛水艇模型，并結合實際情況，幫助學生理解浮沉條件的原理（如圖2所示）。

圖2 “浮沉條件”微項目化學習結構圖

（三）以微項目實施突破難點

微項目化學習的設計、實施、迭代都要考慮圍繞教學難點突破展開。

1.設計并制作潛艇模型。

首先，教師展示懸浮在水中的密封礦泉水瓶，引導學生進行原理分析：由物體沉浮條件可知，要使漂浮的物體下沉，則重力大于浮力，浸沒的物體浮力不變，可通過增加自身重力沉浮。教師畫出潛水艇的受力分析圖，加深學生對潛水艇實現浮沉原理的理解。其次，學生對任務進行分析，討論設計圖，擬定潛水艇制作方案。教師提供用于制作潛水艇的材料（塑料瓶、注射器、配重硬幣、吊針軟管、膠帶、剪刀等）。在項目實施過程中，教師巡回指導，分析各小組存在的問題，并及時調整和修正。

某小組設計的潛水艇制作方案為：

①在礦泉水瓶體的中間部位，用美工刀開幾個小孔，作為排水口。

②在瓶體的開口位置附近，用膠帶固定幾枚相同質量的硬幣作為配重，起到調節瓶體穩定的作用，使其漂浮狀態適中。

③將吊針頭從橡膠瓶蓋插入瓶內。

④將吊針軟管的一端與注射器相連。最終成果如圖3所示。

圖3 簡易潛水艇模型設計

活動驅動和成果展示激發了學生更大的參與積極性，各組制作完成后進行懸停競賽，比較完成任務1和任務2所花時間。

任務1：潛水艇完成從水面A位置下潛到B位置并穩定停留。

任務2：能從水底C上浮到B位置并穩定停留。

2.設計新情境，深入研究。

項目化學習活動如同一座冰山，我們在學習場景中看到的往往是學生外顯的手工操作，而項目化學習更具價值的部分是看不見的學生內隱的思維發展，因此，有必要引入新情境，進行深入研究。

潛艇“掉深”資料：2014 年的某一天，我國海軍372潛艇在執行任務時不幸遭遇了海底斷崖，當時只過去幾秒鐘時間，潛艇直接下沉了七十多米。幾分鐘的時間內，指揮官有條不紊地下達了幾百個命令，而士兵也完美進行了同步操作。當潛艇遭遇海底斷崖時，其“掉深”的過程需要一定的時間，要想自救，前提是指揮官有著強大的心理素質。

學生在為潛水艇官兵的勇敢喝彩的同時，對潛水艇“掉深”究竟是怎么回事產生了疑問。教師引導學生從“掉深”的危害和“掉深”發生的原因兩個角度復習舊知、建構新知。

①“掉深”的危害。

復習回顧液體壓強與深度的關系。

②“掉深”發生的原因。

教師根據物體浮沉條件的力的關系表達式，推導出物體浮沉條件的密度表達式。即當ρ物=ρ液時，物體懸浮；當ρ物＞ρ液時，物體下沉；當ρ物＜ρ液時，物體上浮。教師引導學生猜測“掉深”是由于海水密度變化引起的，推理得出潛水艇“掉深”是由于突然進入了低密度海水區，交流討論“掉深”自救的困難和可能采取的方法。

3.對產品進行迭代改進。

真實生活中每一項產品的問世都是多領域知識的凝結，需要綜合考慮實際情況。教師引導學生閱讀核潛水艇資料，對自制的潛水艇進行改進。學生通過查閱資料、小組討論等方式，從以下方面進行考慮，并提出解決方案：第一，潛艇的密封性，用膠水粘連，并用凡士林密封；第二，循環供氧，采用Na2O2與CO2反應，或者放綠植；第三，前進動力，安裝馬達；第四，抗壓性能，艇身換用抗壓性能更好的材料；第五，潛望能力，加裝一個潛望鏡；第六，探測，加裝聲吶或激光測距儀。

四、結語

在初中科學教學中融入“微項目化元素”是一個長期的過程，將教學難點有效融入有真實情境的項目化問題，能夠較好地激發學生學習的主動性，發展學生工程設計與物化能力。在實踐過程中，教師要從課堂的主導者轉變為設計者和支持者，課堂需要從講授式轉變為探究式，使知識不再碎片化，而是以微項目為核心構建一個綜合性的整體。