微型项目式教学在物理课堂深度教学中的应用

邓中良

摘 要：通过微型项目式教学，将牛顿第一定律的内容进行单元化整合，通过“任务”引领，组织学生在学习过程中寻找概念和规律中的逻辑关联，构建知识链条，最终以学生自己设计的“实验”和“作品”作为项目的“成果”，实现物理概念和规律的深度学习，探索发展学生核心素养的新途径.

关键词：项目式教学;核心素养;深度教学

文章编号：1008-4134（2020）11-0042中图分类号：G633.7文献标识码：B

项目教学法起源于欧洲，是一种建立在工业社会、信息社会基础上的现代教育形式.它借助工程中项目流程的形式，通过培养学生的综合素质和自主学习的能力，以期达成人的全面发展和可持续发展的育人效果.新课标提出了发展学生核心素养、立德树人的教学目标.传统授受式课堂教学多以教师为中心，学生只能被动地接受和服从，不能完全适应新课标的要求.而项目式教学则能给师生提供一种“以学生为中心”的高效有序的课堂教学模式，较好体现了课改精神.为了实现物理概念和规律在课堂上的深度教学，笔者以物理核心素养为导向，把“牛顿第一定律”的教学嵌入项目式教学的流程，相对于典型项目式教学需要较长时间才能完成一个专题或单元，一节课的教学只能称为“微型项目式教学”.下面就本节课的设计和教学实践做一介绍，希望能给新课程的实施带来一些新意.

1 根据课标要求及学情分析确定教学目标

1.1 课标研读

2017年版《普通高中物理课程标准》首次提出了基于物理学科核心素养的课程目标.要求教学设计要从能力目标优化科学探究，围绕立德树人确立教学目标和教学内容.教学目标和内容要能够促进物理观念的形成，能够发展科学思维能力.要从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面实施教学，落实对学生物理核心素养的培养.新课标涉及本节知识的叙述为：理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题.

1.2 学情分析

1.2.1 初高中教材创设情境的异曲同工

初中教材先通过生活中的实例介绍亚里士多德关于力和运动关系的论述：力作用在物体上，物体才能运动;没有力作用在物体上，物体就不运动.这种以生活现象或生活经验为背景的论断，符合人们“眼见為实”的认知习惯，很容易被人们接受.教材接下来安排的对比木块在不同粗糙程度的水平面上运动的探究实验，引导学生思考：具有速度的木块在没有推力时为什么还能向前运动？亚里士多德的论述是否正确？使学生对开始的认识产生怀疑，从而形成思维上的冲突，激发学生探究的热情.再通过比较木块运动距离的远近，通过分析，逐渐将隐藏在现象背后制造“冲突”的“凶手”——摩擦力显现出来.这种从“眼见为实”到“眼见不一定为实”的思维过程，使学生体会到了像福尔摩斯破案一样的乐趣，从而在科学态度层面变得更加积极、审慎、缜密.这种破解科学“迷案”的法宝就是“逻辑推理”，是物理核心素养中科学思维的重要组成部分.

高中教材则从爱因斯坦对科学家探索自然奥秘的比喻开始，告诫学生光凭经验做判断常常是靠不住的.接着给出亚里士多德关于运动与力关系的论述，然后告诉学生伽利略创造“侦查”科学“错案”的方法，揭示了现象本质.篇幅不长，也没有明确告诉学生伽利略创造的方法就是“逻辑推理”.只是在接下来的内容中，让学生体验伽利略为说明他的思想所设计的一个对接斜面实验：小球从一个斜面滚下，冲上另一个斜面，如果没有摩擦，小球会上升到原来的高度，而减小第二个斜面的倾角，小球为达到原来的高度会运动得更远.当第二个斜面放平时，小球为达到原来的高度将永远运动下去，而不需要力去推动.没有摩擦和无限长斜面的条件显然是无法达到的，所以，伽利略设计的这个实验是一个“理想实验”.

将初中和高中教材相关内容进行对比，不难发现，两者都是从表象引出认知上的冲突（思维上的矛盾），再通过实验一步步向真相逼近，最后用逻辑推理，达到揭示力与运动的真正关系，即物理本质的效果.两者异曲同工.相比之下，初中实验更接近生活实际和初中学生的认知水平，而高中实验则更加接近科学研究和高中学生的认知特点.前者偏重感性，后者偏重理性，既体现了初高中知识的前后联系，又兼顾了不同年龄阶段学生的认知发展水平.

1.2.2 本节内容在高中物理知识体系中的地位

牛顿第一定律解释的是物体不受外力的作用将保持原来运动状态不变的性质，从而给出了研究物体运动的一种重要平台——惯性系.惯性系是经典力学理论成立的基础，所以牛顿第一定律就是经典力学的基础.

1.2.3 学生知识储备和身心特点

学生在初中已经对力和运动的关系有了初步了解.到了高一阶段，学习能力进一步提高，但认知上具有多变性、差异性，容易情绪化.要发展学生的核心素养，不但要抓住学生对探究未知的兴趣和热情，更要结合他们已有的认知基础，让他们体验“科学发现”的过程，在科学探究中“播下”物理观念的“种子”，通过科学思维的浇灌和滋润，才能结出科学态度与责任的“硕果”，从而实现“立德树人”的教育教学目标.

1.3 核心素养导向的教学目标

2 教学的重点与难点

2.1 教学重点

（1）伽利略的理想斜面实验的重演.

（2）牛顿第一定律内容和理解.

（3）惯性大小与质量的关系.

2.2 教学难点

（1）课堂探究方案的设计和实施.

（2）牛顿第一定律理想化条件的理解.

（3）惯性与运动的区别和联系.

3 教学结构流程

3.1 项目知识链

3.2 知识环节结构

4 教学过程

课堂反馈

1.思考并回答下列问题

（1）为什么说伽利略的斜面实验是理想化的？为什么说牛顿第一定律是理想化的？在研究物理问题时为什么经常采用理想化方法？你所学过的哪些知识中涉及到理想化方法？

（2）力与运动是因果关系吗？力与运动变化是因果关系吗？

（3）如何理解惯性？惯性等于物理的质量吗？惯性总是有害的吗？

2.习题巩固

效果评价

物理观念理解了什么观念和规律？

科学思维学到了什么方法？知识之间有什么联系？

科学探究动手做了什么？解释或解决了哪些问题？

科学态度与责任如何辩证地看待科学发展过程中的挫折或错误？

5 教学设计说明

5.1 结构整体化

以牛顿第一定律的建立过程为主线，把教学项目内容分为定律之前的理想化实验、定律主题、定律的解析三个单元：第一单元中伽利略的逻辑推理方法，揭示了现象背后的本质，是定律建立的基础;第二单元中牛顿集前人之大成，洞穿本质的共性，境界更高一筹;第三单元对惯性的理解和描述起到了承上启下的作用，为进一步研究力和运动的关系做了铺垫.三个单元层层递进，环环相扣.既相对独立，又彼此关联.使课堂具有知识体系上的完整性和进程上的时效性.

5.2 过程情景化

物理观念的形成，是认知建构的同化与顺应，需要有丰富的感性认识做支撑.本节课通过视频、图片、故事、实验等方式重演伽利略对力和运动关系的推演，强化理想化定律的意义，提高课堂的趣味性和亲和力，以情和景，能够起到润物无声的教学效果.

5.3 层次深度化

核心素养的培养，不仅仅是概念和规律的记忆，更是思维习惯、人格品行的修炼.每一单元都设置了与内容有关的产品展示，如第一单元让学生了解恩格斯等人对亚里士多德的高度评价，使学生学会尊重历史，学会包容.鼓励学生设计自己的理想实验，引导和激发他们的创新意识.

对两种运动观的剖析，不仅深刻理解了力与运动的关系，还厘清了亚里士多德“犯錯”的真正原因不是逻辑推理的形式（亚里士多德也用到了逻辑推理，只不过是以看到的现象为条件进行了归纳，没能发现摩擦阻力的影响，导致得出错误的论断），而是逻辑推理的条件缺失和疏漏.在第二单元中，通过对定律适用条件的辨析，理解“不受力”与“合力为零”在本质上的区别，为惯性和惯性系的深刻理解及进一步研究力和运动的关系（牛顿第二定律）做好体系的基础性构建（第一定律是牛顿力学的基石），防止将惯性与受力平衡的概念混为一谈，从而认为牛顿第一定律是牛顿第二定律特例的错误认识.

5.4 活动趣味化

视频、故事、实验、游戏、讨论交流等教学环节，极大丰富了课堂教学的形式.活跃了课堂的氛围，提高了学习的趣味性，有利于融消学生认知中感性与理性的隔阂，打破师生之间、生生之间心理的围墙，形成学习“共同体”，是培养核心素养的催化剂.

5.5 引导自主化

在探究中，既有及时恰当的引导，又充分给予学生自主发挥的空间，尊重与鼓励他们的批判性思维和创新意识，对课堂的生成给予客观积极的评价，培养他们的科学态度和责任.

5.6 目标意义化

教育的最高目的是培养人，在制定目标时，明确了定律建立过程中逻辑推理的意义、牛顿第一定律建立的意义、自主探究的意义、团结合作的意义等.这些意义虽然不一定能从解题能力上得到外显，但对陶冶学生的情操，树立正确的学习态度和价值观、人生观，是单纯的学习成绩所无法替代的.

6 教学反思

本节课采用任务引领、单元嵌套、逐层推进的逻辑链组成，每个项目单元约10分钟左右，各单元既相互独立又彼此关联，既兼顾学生注意力集中时间不宜过长的特点，又通过有效的问题引导，形成有效的学习闭环.

在素材的选取中，既有生活中常见的现象，让学生体会到物理与生活的联系，又有概念的建立和规律发现的科学历程，使学生体会到科学发展并非一帆风顺，树立客观、包容、创新的科学态度.设计中有意增加了物理文化方面的素材，旨在使他们在学习知识的同时受到人文熏陶，潜移默化，立德树人.由于目前班额仍然较大，很难当堂解决每一个学生的课堂生成性问题，即使采用项目式教学，在某些环节上的表面化和形式化还较为明显.因此，要想达到项目设计的预期效果，每个项目环节需要足够的时间给学生收集资料、反思讨论和成果交流.教学评价也应加大学习小组成员的自评和互评的权重，不应把老师或专家的看法作为等次判定的唯一标准.教学改革，理念先行，不仅是教学形式的转变，更是一个“以生为本、发展为纲”的大项目.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]廖伯琴.普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[3]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.

[4]郭玉英，姚建欣，张玉峰.基于学生核心素养的物理学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[5]刘紫薇，陈刚.试论牛顿第一定律的学习机制与教学[J].物理教师，2019（04）：35-37.

（收稿日期：2020-01-14）