基于學(xué)科項目化學(xué)習(xí)的物理實驗教學(xué)設(shè)計優(yōu)秀獲獎科研論文

基于學(xué)科項目化學(xué)習(xí)的物理實驗教學(xué)設(shè)計優(yōu)秀獲獎科研論文

黃躍濤，廣東省汕頭市實驗學(xué)校高級教師、物理教研組長，汕頭市中學(xué)科學(xué)素養(yǎng)黃躍濤工作室主持人，被認(rèn)定為汕頭市高端人才。先后被評為汕頭市優(yōu)秀教師、汕頭市教學(xué)改革先進個人、汕頭市青年崗位能手;曾獲全國首屆教學(xué)比賽一等獎，主持省級課題一項、市級課題一項，已發(fā)表論文四篇。

[摘

要]在生活中，人們觀察到的運動是復(fù)雜的。文章借助物理實驗案例，從學(xué)科項目化學(xué)習(xí)角度出發(fā)，驅(qū)動學(xué)生掌握探究、描述簡單直線運動的科學(xué)方法;通過記錄多組數(shù)據(jù)，描述物體運動情況，啟發(fā)學(xué)生尋找、認(rèn)識、使用儀器。學(xué)科項目化學(xué)習(xí)有助于學(xué)生個體核心素養(yǎng)的生成。

[關(guān)鍵詞]項目化學(xué)習(xí);物理實驗;高階認(rèn)知

2017版的高中新課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)，教育過程應(yīng)該以逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力為目標(biāo)。作為教育公正和高質(zhì)量標(biāo)桿的芬蘭，在其2014年發(fā)布的《基礎(chǔ)教育國家核心課程大綱》中提出了類似的學(xué)習(xí)觀：學(xué)生是積極的學(xué)習(xí)者，唯有幫助他們成為自我學(xué)習(xí)者（自己設(shè)定目標(biāo)、掌握學(xué)習(xí)策略、反思學(xué)習(xí)）并體會到學(xué)習(xí)的樂趣，才能讓他們成為終身學(xué)習(xí)者。以下，將借助物理實驗深度設(shè)計研究中的一個案例探討學(xué)科項目化學(xué)習(xí)設(shè)計的流程。

一、學(xué)科項目化學(xué)習(xí)研究的方式

學(xué)習(xí)素養(yǎng)的本質(zhì)是心智的靈活轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者在新情景中運用所學(xué)解決問題，創(chuàng)造出新意義與新知識。項目化學(xué)習(xí)有利于促進學(xué)習(xí)者知識、能力與態(tài)度的整合，奠定學(xué)習(xí)者心智自由的基礎(chǔ)。從課程改革的發(fā)展來看，出現(xiàn)了基于問題的學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)形式，但是這些學(xué)習(xí)方式在高強度評價盛行的教育生態(tài)下，只能用獨立的研究型形態(tài)的課程進行[1]。為此，夏雪梅研究團隊首次提出了學(xué)科項目化學(xué)習(xí)的概念，并指出在學(xué)科課堂上應(yīng)用項目化學(xué)習(xí)模式應(yīng)注意以下幾個方面。

一是避免“花瓶”現(xiàn)象。所謂“花瓶”現(xiàn)象，即過分注重活動，制作內(nèi)容拼盤卻不指向關(guān)鍵能力和概念，甚至將項目化學(xué)習(xí)簡單地理解為綜合實踐活動，造成教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)過程脫節(jié)。項目化學(xué)習(xí)的課堂模式是在不增加總體課時情況下的學(xué)習(xí)，如果活動過多，會使學(xué)生不能靜心思考解決問題的方法。美國學(xué)者托馬斯認(rèn)為，項目化學(xué)習(xí)的首要特征是其向心性，即項目是課程的中心而非課程的外圍和邊緣，學(xué)生通過項目接觸、學(xué)習(xí)學(xué)科的核心概念[2]。

二是避免“擱淺”現(xiàn)象。例如，在“測量做直線運動物體的瞬時速度”的物理實驗中，如果學(xué)生一直在教師的設(shè)問和指導(dǎo)下按部就班地用打點計時器完成實驗，缺乏對速度測量方法多樣性的分析，缺乏自主選擇器材、組裝器材的科學(xué)思考，只在“正確道路”上行走，那么這一過程雖然有動手實踐卻缺乏高階認(rèn)知策略的參與。項目化學(xué)習(xí)應(yīng)該是“求學(xué)”式、培養(yǎng)高階思維能力的學(xué)習(xí)，不應(yīng)只是解答教師的提問，而是要以解決學(xué)生的問題為中心，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)。

三是重視學(xué)生成果的展現(xiàn)。缺乏學(xué)生成果展現(xiàn)的課堂，本質(zhì)上是教師自以為是的教學(xué)效果達成，沒有擺脫傳授性課堂的特征。項目化學(xué)習(xí)的重要特征之一就是讓學(xué)生產(chǎn)生成果并進行展示，這將使學(xué)習(xí)效果的評價更加客觀，有效促進學(xué)生對概念的理解和關(guān)鍵能力的提升。

二、物理實驗的項目化學(xué)習(xí)流程

1.確定項目化實驗設(shè)計的內(nèi)容

以“測量做直線運動物體的瞬時速度”的物理實驗為例，其目的是研究物體的直線運動。在項目化學(xué)習(xí)的設(shè)計中，應(yīng)包含以下內(nèi)容。

一是對物理實驗進行項目化描述。物體運動是力學(xué)板塊的重要分支，是力和能量相聯(lián)系的橋梁。生活中能觀察到的運動往往是復(fù)雜的，可以從項目化學(xué)習(xí)的角度，促進學(xué)生掌握探究、描述簡單直線運動的科學(xué)方法。其過程是：測量做直線運動的物體在某時刻或某位置瞬時速度的大小，并記錄多組數(shù)據(jù)，描述物體運動情況，啟發(fā)學(xué)生自主尋找、認(rèn)識并使用實驗儀器。

二是明確基于核心素養(yǎng)的項目化核心知識和技能。如本項目化實驗的核心知識與技能包括：根據(jù)研究項目設(shè)計實驗過程并熟練操作，完成運動規(guī)律的探究;會運用已學(xué)知識處理紙帶，包括用近似方法計算紙帶上各點的瞬時速度;會用表格法處理數(shù)據(jù)，并合理猜想;認(rèn)識數(shù)學(xué)化繁為簡的工具作用，運用物理圖象直觀地展現(xiàn)規(guī)律、驗證規(guī)律，掌握畫物理圖的一般方法，并能用簡潔的語言進行闡述。

三是確定關(guān)鍵概念和能力。在本項目化實驗中，具體包括如下概念和能力：探討理解“瞬時速度、平均速度”等關(guān)鍵概念的生成;通過對小車運動的項目化設(shè)計，積極主動思考問題，鍛煉思考的全面性、準(zhǔn)確性與邏輯性;通過對紙帶的處理、實驗數(shù)據(jù)的圖像展現(xiàn)，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度，能靈活地運用科學(xué)方法研究問題、解決問題、提高創(chuàng)新意識;在猜測實驗數(shù)據(jù)的過程中，提高合作探究能力;在闡述現(xiàn)象和規(guī)律的過程中，提高語言表達能力，體現(xiàn)各學(xué)科之間的聯(lián)系，并引申到各事物間的關(guān)聯(lián)性，體會速度計、雷達測速儀的工作方式;通過經(jīng)歷實驗過程，體驗探索運動規(guī)律的方法。

2.通過驅(qū)動性問題經(jīng)歷高階認(rèn)知過程

教師要明確項目化學(xué)習(xí)中的驅(qū)動性問題。如本實驗的驅(qū)動性問題是：如何描述物體的直線運動情況？驅(qū)動學(xué)生科學(xué)思維的問題是：如何在實驗室記錄一輛小車的運動情況？如何測量小車的運動瞬時速度？這些問題，是為了使學(xué)生在開展項目化研究的過程中經(jīng)歷高階認(rèn)知過程（見圖1）。

3.以項目化問題驅(qū)動素養(yǎng)提升

教師應(yīng)思考并搭建適宜的教學(xué)支架。教師應(yīng)提供分析與建議，即通過分析獲得情景問題的解決方案，這是全程教學(xué)支架的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)抽象與構(gòu)建，要求從情景回到實驗室，即從抽象的問題中構(gòu)建出模型;可進行比較與選擇，這是關(guān)于模型試驗組裝方式的研究;要有反思與改進，即在項目過程中主動發(fā)現(xiàn)問題并改進解決問題的方法（見圖2）。

在具體的項目化實驗中，學(xué)生將充分經(jīng)歷求學(xué)與認(rèn)知的過程，如表1[3]所示。

4.用評價促進知識的融合與素養(yǎng)的提升

教師應(yīng)利用評價促進知識的融合與素養(yǎng)的提升。評價應(yīng)關(guān)注每個人是否都在團隊中發(fā)揮了作用，如合作記錄小車的運動情況，合作完成數(shù)據(jù)表格、圖像等，并要展現(xiàn)團隊成果。團隊要能對小車的運動情況進行展示介紹，討論過程的不足及改進方法，并制作出實驗報告。展示方式包括描述主要實驗過程、介紹研究成果等。在匯報成果時，要能進行恰當(dāng)?shù)淖晕以u價，這是一種對必備品格的反思和關(guān)鍵能力的自省;還可通過互評表（見表2），在聽取各組匯報成果后開展互評。

三、對項目化學(xué)習(xí)過程優(yōu)勢的思考

發(fā)展核心素養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)必備品格和關(guān)鍵能力，這需要學(xué)校提高認(rèn)識，教師放慢腳步。在項目化學(xué)習(xí)中，學(xué)生形成概念性知識意味著不僅知道而且能夠理解這個概念的特點，能運用其作為工具分析新的情景。

1.培養(yǎng)高階思維

高階思維是相對于低階思維而言的，低階思維包括信息收集、組織、儲存、鞏固等，這是學(xué)生參加選拔性考試的必備技能;而高階思維則包括對項目或任務(wù)進行系統(tǒng)分析、問題解決、決策等。學(xué)生擁有了高階思維能力，才能更好地適應(yīng)終身發(fā)展和未來社會發(fā)展的需要。

如本例中生活實踐向?qū)嶒炋骄窟^渡的環(huán)節(jié)，要求學(xué)生描述運動情況。面對“氣墊導(dǎo)軌”或“打點計時器”的選擇，面對動力因素的選擇，有的學(xué)生直接提出了“在氣墊導(dǎo)軌上加裝打點計時器”的想法。

2.促進知識內(nèi)化

教師經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，學(xué)生想清楚了一個問題，但是換到新情景中又無從下手了，這說明知識并未得到內(nèi)化。新高考提出的情景彌補問題、問題解決等，旨在引導(dǎo)學(xué)生有意識地建構(gòu)豐富的情景。如果學(xué)生平時還只是專注于練熟公式和各類題型，將很難想象新的情景，不利于解決問題。所以項目化學(xué)習(xí)其實開創(chuàng)了新課標(biāo)有效教學(xué)的新途徑。

如本例中的實驗技術(shù)環(huán)節(jié)，對于“小車如何獲得動力，是利用斜面還是手拉”這樣一個簡單的問題，是很難憑空腦補其情境的，經(jīng)常有學(xué)生無法從紙帶獲取運動情況。而學(xué)生通過自己做出選擇并親自操作后，就能更好地從紙帶打點的疏密情況體會運動的過程。

3.開發(fā)學(xué)生頭腦

課程標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)了彈性，學(xué)習(xí)的有效程度取決于學(xué)生頭腦的活躍程度。依照課本按部就班的操作容易忘記，而項目問題的導(dǎo)向使學(xué)生必須選擇、質(zhì)疑、反思，主動思考并運用科學(xué)思維方法，這樣才會培養(yǎng)出聰慧的頭腦。

例如本項目的調(diào)控環(huán)節(jié)，檢驗反思實驗數(shù)據(jù)是否合理，對出現(xiàn)的問題進行分析，并對實驗作出調(diào)整，就是一種不斷活躍思維的表現(xiàn)。學(xué)生通過主動完成任務(wù)，才會逐漸生成智慧。

4.激發(fā)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感的生成

學(xué)生通過具體而有目的的研究才能感知存在于自然界的力量，反思自己的責(zé)任，實事求是，