走進中國航天博物館的物理學科實踐活動

摘" 要：《義務教育物理課程標準（2022年版）》指出，要“引導學生了解我國古代和現代的相關科技成就，體會中華民族的智慧，培養學生的科學態度和實現中華民族偉大復興的責任感與使命感”。以中國古代典籍《武備志》和《火龍神器陣法》為研究資料，以中國航天博物館為實踐場所，開展一系列活動，讓學生在認識我國古代科技發明中感到自豪，體會物理學對人類生活、工程實踐和社會發展的影響，促進學生核心素養的發展。

關鍵詞：火箭技術；項目學習；物理課程標準

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱課程標準）提到：遵循初中學生身心發展規律，貼近學生生活，關注學習生長點，以具體事實、鮮活案例、生活經驗和基本概念等引導學生進行理性思考。［1］課程要注重時代性，加強與生產生活、社會發展和科技進步的聯系，凸顯我國科技成就，引導學生增強文化自信，樹立科技強國的遠大理想。教師結合課程標準的相關要求，以火箭為研究對象，以中國航天博物館為實踐基地，以中國古代典籍《武備志》和《火龍神器陣法》為研究資料，通過項目式學習激發學生學習興趣，進而促進學生多元發展?，F將實踐活動開展的具體做法闡述如下。

1" 活動載體的選擇

1.1" 為什么選擇火箭

1.1.1" 火箭在中國有著悠久的使用歷史

通過查找資料可知，火箭在三國時期就有相應記錄?！度龂尽の簳っ鞯奂o》里記載：“亮自以有觿數萬，而昭兵才千余人，又度東救未能便到，乃進兵攻昭，起云梯沖車以臨城。昭于是以火箭逆射其云梯，梯然，梯上人皆燒死?！钡菚r的所謂“火箭”，只是在箭桿靠近箭頭處綁縛浸滿油脂的麻布等易燃物，點燃后用弓弩發射出去，用以縱火。

隋唐時朝，火藥被發明出來；唐末，火藥開始用于軍事；宋元時期，火藥在軍事上廣泛應用，這使得“火箭”逐漸真正成為了一種熱武器！

例如在宋、金、元的戰爭中，就出現了“飛火炮”“霹靂炮”，和現代的火焰噴射器相似，這些武器也是靠燃燒殺傷敵人。公元1232年（宋理宗紹定五年），宋軍保衛汴京（今河南開封）就大量使用“霹靂炮”對抗元軍。

元、明戰爭時期，明軍廣泛裝備了熱兵器“火箭”，［2］《明實錄》中記載：“辛卯（洪武四年六月，公元1371年），德慶侯廖永忠進兵瞿塘關……發大炮，火筒，夾擊，大破之。其將鄭興中火箭死?！?/p>

1.1.2" 火箭蘊含著豐富的物理知識

從力學方面來看，火箭發射涉及物體間力的作用的相互性，在結構設計上體現力的平衡關系；從能量角度看，燃燒產生的內能轉化為物體的機械能。另外，現代火箭的原理和古代火箭的原理類似，現代火箭和火箭炮仍然在使用古代“火箭”的技術，例如多聯裝、二級動力、返回式等技術。所以研究古代火箭能夠讓學生由淺入深地了解現代火箭以及航天技術，符合學生的認知規律。

1.2" 為什么選擇中國航天博物館

1.2.1" 交通便利

中國航天博物館坐落于北京中軸線、天安門南約十公里處的中國航天發祥地——中國運載火箭技術研究院內，周邊有多條普通公交線路，另外快速公交1號線、地鐵8號線均在附近有站點，所以無論是學生自行參觀還是集體組織參觀都比較方便。

1.2.2" 規格較高

中國航天博物館是展示中國航天科技與成就的專業博物館，是中國航天對外宣傳與展示的窗口，曾被評選為“中央國家機關思想教育基地”“全國科普教育基地”“北京市青少年科普教育基地”“科學家精神教育基地”等，并多次被評為北京市先進科普工作集體。

1.2.3" 種類豐富

中國航天博物館建筑面積3500平方米，展陳面積達10000平方米。這里記載著中國航天的歷史變遷，展廳內通過詳實的圖文史料、豐富的館藏展品、現代化的交互設備，再現我國航天事業的光輝歷程。目前館藏的實物展品主要有“東方紅一號”衛星（備份星）、“長征”系列運載火箭、返回式衛星回收艙、“神舟四號”飛船返回艙及返回艙主傘、火箭發動機、首個中國航天日在天安門廣場國旗桿上懸掛使用的國旗和部分軍品型號展品等。

2" 研究資料的選擇

研究古代的火箭技術，就需要以當時的典籍進行研究。經過前期的大量收集、比對，最終選擇了《武備志》和《火龍神器陣法》作為研究資料，在查閱這兩本書的過程也逐漸發現其蘊含的價值。

《武備志》是明代重要的軍事著作，明朝茅元儀輯，是中國古代字數最多的一部綜合性兵書?！段鋫渲尽酚涊d了十幾種多發齊射火箭。其中有一次發射20支的 “火龍箭”，一次發射32支的“一窩蜂”，一次發射100支的“百虎齊奔箭”等。

《火龍神器陣法》著于元末明初，書中記載了40多種新式火器，較之宋元時期有了很大進步，種類顯著增多，如按用途分有攻、守、安營、偷寨、埋伏等類；按性能分有燃燒、爆炸、射擊等類；從陸地發展到空中和水上，如火箭、神飛獨角火龍船等；從地上發展到地下、水下，如地雷、水雷等。

因此，選擇這兩本著作作為研究資料能夠讓學生更好地了解古代火箭的構造、制作和使用過程。

3 "研究方法的選擇

本次活動采用項目式學習的方式，其主要原因如下：首先，本次活動的形式不適合傳統教學模式，本次活動需要學生小組合作，通過網絡、圖書館查閱關于火箭的資料，需要學生到現場進行實地參觀，需要教師進行物理、語文等學科的跨學科實踐活動講授，需要學生完成相應的作品，這些活動內容在傳統的教學模式中很難實現。其次，項目式學習相對傳統的教學模式而言具有優勢，項目式學習更加突出學習中學生的主體地位，并強調項目的選擇一定是圍繞與核心概念相關的真實的社會問題，解決之后會產生一定的社會功效；學習結果以多元化的作品呈現，學習形式以小組合作為主，在合作中進行協作和溝通；最終的評價方式也是過程性的、多元化的評價，更注重能力的提升和知識應用水平的內化。［3］

4" 學科活動的開展與實施

4.1" 項目問題的確定

項目式學習的框架問題可以框定學習的范圍并引導學生深入思考和探究。框架問題可以分為：內容問題、驅動問題、核心問題。結合單元知識點的設計與培養學生核心素養的設計，確定框架問題如下。

4.1.1" 核心問題

如何將物理知識與生活實際緊密結合起來？

4.1.2" 驅動問題

（1）火箭發射過程中能量如何轉化？

（2）古代火箭的箭翎的作用是什么？

（3）古代火箭的箭錘（平衡錘）的作用是什么？

（4）請結合參觀，了解“火龍出水”式火箭的構造，并向其他同學說明火箭并聯技術（4個火藥筒）、串聯技術（二級火箭接力飛行）的工作原理。

（5）請結合參觀，了解“神火飛鴉”式火箭的構造，并向其他同學說明翼式火箭的工作原理。

（6）請查閱資料，了解“飛空砂筒”式火箭的構造，并向其他同學說明返回式火箭的工作原理。

4.1.3" 內容問題

（1）力的作用效果有哪些？

（2）怎樣理解力的作用是相互的？

（3）改變物體內能的方式有哪些？

（4）物體的動能和勢能的影響因素有哪些？

（5）物質的密度計算公式是什么？

4.2" 項目實施

4.2.1" 分組

教師秉持自愿性、差異性、均衡性原則創建學生合作小組。首先，讓學生進行研究意向選擇，每名學生可以選擇2～3個感興趣的研究方向或者自己確定在教師計劃外的研究意向。其次，在確定好的研究方向上，學生進行組內任務分工，可以選擇繪畫、電腦制作、查閱資料、現場攝影、匯報展示等，每個同學選擇2～3項任務，也可以自行確定規定以外的項目。最后，進行集體宏觀調控，教師根據研究意向類別將學生劃分若干組，再依據組織能力確定小組組長，通過學生自行選擇和教師調控的方式來完成小組人員配置，盡量讓各小組成員的興趣、能力、性別等差異均衡。

4.2.2" 項目式學習開展

項目活動一：了解古代火箭

這一課時活動是以小組為單位，查找古代火箭的相關知識內容。活動中，以小組成員規劃查找、內容整理為主，教師負責提供線索和指導。小組成員進行資料查找、篩選、比較，確定研究資料。教師審核小組查找內容，把握研究方向，然后讓小組成員對典籍中的古文進行翻譯。不明確含義的詞語和句子可以請語文老師解讀，幫助學生們體會文獻的科學內涵。

本活動讓學生進行材料查找、討論、篩選等過程，培養小組成員的合作溝通意識和解決問題的能力。另外，小組成員在古代文獻的翻譯、解讀中，也讓一些“內秀”的學生得到了施展空間，大大地增強他們在小組中的存在感。本活動有助于調動小組成員的積極性，促進小組團結協作，同時也讓學生感受到中華傳統文化的博大精深，建立學生的民族自豪感。

項目活動二：各組梳理研究任務

這一課時活動先將研究內容分成串聯火箭技術、并聯火箭技術、翼式火箭技術、返回式火箭技術等若干任務。由小組商議從上述內容中選取研究任務，小組確定好任務后，查找具體項目的相關知識，對在網絡或書籍中獲取的信息進行加工整理，初步形成研究材料。教師在這一過程中的作用主要體現在，一方面要對小組尚未解決的問題提供研究線索，開拓研究思路，另一方面要避免小組研究表面化，拓展學生研究的深度和廣度，同時也要對小組分工合作情況進行監督和指導，確保每個學生都能參與其中，達到“人人有事做，事事有人做”。

本活動通過任務驅動學習形式讓學生學會獨立學習、提升個體解決問題的能力，同時也要注重組內的分享和同伴間的交流。這一課時讓學生查找古代火箭技術，目標明確，重點突出，讓學生能夠在實地觀察前獲得相關知識，補足實地參觀時因觀察對象多而導致研究問題淡化的現象。本活動提升了學生的信息提取能力和解決基礎性問題的能力。

項目活動三：走進航天博物館

這一課時活動的主要任務是組織學生參觀航天博物館。主要目的是讓學生在博物館內進行觀摩、體驗和學習，視具體情況可以采取班級集體組織或學生小組自行組織參觀的方式。這也是本次學科實踐活動的核心環節。教師要調動小組積極性，讓各小組充分參觀如“火龍出水”“神火飛鴉”“飛空砂筒”等相關展品，引導學生注意觀察模型結構，討論設計原理，以便進行后續的模型仿制。

本活動讓學生通過觀察、觸摸、聆聽，進而進行頭腦風暴，運用科學方法開展實踐研究。通過任務驅動方式，學生運用所查、所學、所聞的知識，理解與解決關于古代火箭的技術問題，并做出基于證據的解釋，形成初步研究成果。

項目活動四：創意火箭模型

這一課時活動是要讓學生根據小組選擇的任務完成實物模型制作和電腦作品匯報。實物模型制作的要求是根據博物館中某一古代火箭展品，小組進行設計和制作；通過實物模型，來復現展品工作原理，學習其中蘊含的知識。電腦制作是小組成員運用信息技術手段將研究過程進行編輯、整理、總結，對實物作品、理論研究進行文字或動畫說明。

本活動以設計作品、制作模型、總結報告等多種形式呈現成果，旨在讓學生學習和運用知識，提升學生的操作技能和探究能力。通過信息技術的應用實踐，幫助學生適應數字時代，提升學生應用信息技術的能力。

項目活動五：成果展示匯報

本課時的主要活動是讓各小組進行匯報交流。由小組展示制作的實物模型和電腦作品，小組成員對作品進行現場演示和說明，并對本次活動過程中的收獲和有待改進之處進行交流分享。

本活動圍繞學生作品展開，“既要重視學生在特定任務情境下生成的結果，又要重視在結果形成過程中學生的思考、認識、反思和調整?！保?］對學生的表現進行重復性、持續性地測量和證據收集，記錄學生成長軌跡，激勵學生進步。

4.3" 項目評價與反饋

課程標準指出：“物理學習評價應全面落實新時代教育評價改革要求，以學生發展為本，強化素養導向，著力推進評價觀念、評價方式和評價方法的改革，促進學生學習和教師教學的改進?！保?］因此教師在教學中，強化評價目標與課程標準、核心素養發展目標的一致性，促進“教—學—評”有機銜接，提升評價質量，充分發揮評價的育人功能。

在評價過程上，注重過程評價和結果評價，按照學生參與活動情況和結果呈現情況分別進行評價。評價內容上，設置古文翻譯獎、資料查閱獎、最佳攝影獎、最佳展示獎等，確保參與活動的學生都能獲得平等的出彩的機會。在評價方式上，設置學生自評、小組互評和教師評價在內的多元化評價體系。以評導學、以評促學，充分發揮評價的診斷和激勵功能，促進學生核心素養的發展。

總之，在新的課程標準指引下，物理學科實踐活動與學生日常生活、工程實踐及社會熱點問題緊密結合，以具體事例、鮮活案例、生活經驗和基本概念等引導學生進行理性思考。項目式學習方式也為每位學生的學習和發展提供機會，注重“知行合一、學以致用”，提升全體學生核心素養。學生通過實踐活動了解中國傳統文化的博大精深，增強民族自豪感和文化自信。學科實踐活動對學生各方面能力的提升、對知識的學習與應用，都有著巨大的推動作用。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：2，46，44．

［2］趙承澤，何堂坤.宋應星和《天工開物》［J］.中國科技史料，1987（6）：28-32.

［3］蔡小瑛，蔡瀟，劉徽.項目式學習：一種風靡全球的創新學習方式［J］.上海教育，2020（26）：28-33．