基于学科项目化学习的物理实验教学设计

黄跃涛，广东省汕头市实验学校高级教师、物理教研组长，汕头市中学科学素养黄跃涛工作室主持人，被认定为汕头市高端人才。先后被评为汕头市优秀教师、汕头市教学改革先进个人、汕头市青年岗位能手;曾获全国首届教学比赛一等奖，主持省级课题一项、市级课题一项，已发表论文四篇。

[摘   要]在生活中，人们观察到的运动是复杂的。文章借助物理实验案例，从学科项目化学习角度出发，驱动学生掌握探究、描述简单直线运动的科学方法;通过记录多组数据，描述物体运动情况，启发学生寻找、认识、使用仪器。学科项目化学习有助于学生个体核心素养的生成。

[关键词]项目化学习;物理实验;高阶认知

2017版的高中新课程标准强调，教育过程应该以逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力为目标。作为教育公正和高质量标杆的芬兰，在其2014年发布的《基础教育国家核心课程大纲》中提出了类似的学习观：学生是积极的学习者，唯有帮助他们成为自我学习者（自己设定目标、掌握学习策略、反思学习）并体会到学习的乐趣，才能让他们成为终身学习者。以下，将借助物理实验深度设计研究中的一个案例探讨学科项目化学习设计的流程。

一、学科项目化学习研究的方式

学习素养的本质是心智的灵活转换，表现为学习者在新情景中运用所学解决问题，创造出新意义与新知识。项目化学习有利于促进学习者知识、能力与态度的整合，奠定学习者心智自由的基础。从课程改革的发展来看，出现了基于问题的学习、研究性学习、探究性学习等学习形式，但是这些学习方式在高强度评价盛行的教育生态下，只能用独立的研究型形态的课程进行[1]。为此，夏雪梅研究团队首次提出了学科项目化学习的概念，并指出在学科课堂上应用项目化学习模式应注意以下几个方面。

一是避免“花瓶”现象。所谓“花瓶”现象，即过分注重活动，制作内容拼盘却不指向关键能力和概念，甚至将项目化学习简单地理解为综合实践活动，造成教学目标和教学过程脱节。项目化学习的课堂模式是在不增加总体课时情况下的学习，如果活动过多，会使学生不能静心思考解决问题的方法。美国学者托马斯认为，项目化学习的首要特征是其向心性，即项目是课程的中心而非课程的外围和边缘，学生通过项目接触、学习学科的核心概念[2]。

二是避免“搁浅”现象。例如，在“测量做直线运动物体的瞬时速度”的物理实验中，如果学生一直在教师的设问和指导下按部就班地用打点计时器完成实验，缺乏对速度测量方法多样性的分析，缺乏自主选择器材、组装器材的科学思考，只在“正确道路”上行走，那么这一过程虽然有动手实践却缺乏高阶认知策略的参与。项目化学习应该是“求学”式、培养高阶思维能力的学习，不应只是解答教师的提问，而是要以解决学生的问题为中心，引导学生深入学习。

三是重视学生成果的展现。缺乏学生成果展现的课堂，本质上是教师自以为是的教学效果达成，没有摆脱传授性课堂的特征。项目化学习的重要特征之一就是让学生产生成果并进行展示，这将使学习效果的评价更加客观，有效促进学生对概念的理解和关键能力的提升。

二、物理实验的项目化学习流程

1.确定项目化实验设计的内容

以“测量做直线运动物体的瞬时速度”的物理实验为例，其目的是研究物体的直线运动。在项目化学习的设计中，应包含以下内容。

一是对物理实验进行项目化描述。物体运动是力学板块的重要分支，是力和能量相联系的桥梁。生活中能观察到的运动往往是复杂的，可以从项目化学习的角度，促進学生掌握探究、描述简单直线运动的科学方法。其过程是：测量做直线运动的物体在某时刻或某位置瞬时速度的大小，并记录多组数据，描述物体运动情况，启发学生自主寻找、认识并使用实验仪器。

二是明确基于核心素养的项目化核心知识和技能。如本项目化实验的核心知识与技能包括：根据研究项目设计实验过程并熟练操作，完成运动规律的探究;会运用已学知识处理纸带，包括用近似方法计算纸带上各点的瞬时速度;会用表格法处理数据，并合理猜想;认识数学化繁为简的工具作用，运用物理图象直观地展现规律、验证规律，掌握画物理图的一般方法，并能用简洁的语言进行阐述。

三是确定关键概念和能力。在本项目化实验中，具体包括如下概念和能力：探讨理解“瞬时速度、平均速度”等关键概念的生成;通过对小车运动的项目化设计，积极主动思考问题，锻炼思考的全面性、准确性与逻辑性;通过对纸带的处理、实验数据的图像展现，培养实事求是的科学态度，能灵活地运用科学方法研究问题、解决问题、提高创新意识;在猜测实验数据的过程中，提高合作探究能力;在阐述现象和规律的过程中，提高语言表达能力，体现各学科之间的联系，并引申到各事物间的关联性，体会速度计、雷达测速仪的工作方式;通过经历实验过程，体验探索运动规律的方法。

2.通过驱动性问题经历高阶认知过程

教师要明确项目化学习中的驱动性问题。如本实验的驱动性问题是：如何描述物体的直线运动情况？驱动学生科学思维的问题是：如何在实验室记录一辆小车的运动情况？如何测量小车的运动瞬时速度？这些问题，是为了使学生在开展项目化研究的过程中经历高阶认知过程（见图1）。

3.以项目化问题驱动素养提升

教师应思考并搭建适宜的教学支架。教师应提供分析与建议，即通过分析获得情景问题的解决方案，这是全程教学支架的关键。在此基础上，引导抽象与构建，要求从情景回到实验室，即从抽象的问题中构建出模型;可进行比较与选择，这是关于模型试验组装方式的研究;要有反思与改进，即在项目过程中主动发现问题并改进解决问题的方法（见图2）。

在具体的项目化实验中，学生将充分经历求学与认知的过程，如表1[3]所示。

4.用评价促进知识的融合与素养的提升

教师应利用评价促进知识的融合与素养的提升。评价应关注每个人是否都在团队中发挥了作用，如合作记录小车的运动情况，合作完成数据表格、图像等，并要展现团队成果。团队要能对小车的运动情况进行展示介绍，讨论过程的不足及改进方法，并制作出实验报告。展示方式包括描述主要实验过程、介绍研究成果等。在汇报成果时，要能进行恰当的自我评价，这是一种对必备品格的反思和关键能力的自省;还可通过互评表（见表2），在听取各组汇报成果后开展互评。

三、对项目化学习过程优势的思考

发展核心素养的目标是培养必备品格和关键能力，这需要学校提高认识，教师放慢脚步。在项目化学习中，学生形成概念性知识意味着不仅知道而且能够理解这个概念的特点，能运用其作为工具分析新的情景。

1.培养高阶思维

高阶思维是相对于低阶思维而言的，低阶思维包括信息收集、组织、储存、巩固等，这是学生参加选拔性考试的必备技能;而高阶思维则包括对项目或任务进行系统分析、问题解决、决策等。学生拥有了高阶思维能力，才能更好地适应终身发展和未来社会发展的需要。

如本例中生活实践向实验探究过渡的环节，要求学生描述运动情况。面对“气垫导轨”或“打点计时器”的选择，面对动力因素的选择，有的学生直接提出了“在气垫导轨上加装打点计时器”的想法。

2.促进知识内化

教师经常会发现，学生想清楚了一个问题，但是换到新情景中又无从下手了，这说明知识并未得到内化。新高考提出的情景弥补问题、问题解决等，旨在引导学生有意识地建构丰富的情景。如果学生平时还只是专注于练熟公式和各类题型，将很难想象新的情景，不利于解决问题。所以项目化学习其实开创了新课标有效教学的新途径。

如本例中的实验技术环节，对于“小车如何获得动力，是利用斜面还是手拉”这样一个简单的问题，是很难凭空脑补其情境的，经常有学生无法从纸带获取运动情况。而学生通过自己做出选择并亲自操作后，就能更好地从纸带打点的疏密情况体会运动的过程。

3.开发学生头脑

课程标准体现了弹性，学习的有效程度取决于学生头脑的活跃程度。依照课本按部就班的操作容易忘记，而项目问题的导向使学生必须选择、质疑、反思，主动思考并运用科学思维方法，这样才会培养出聪慧的头脑。

例如本项目的调控环节，检验反思实验数据是否合理，对出现的问题进行分析，并对实验作出调整，就是一种不断活跃思维的表现。学生通过主动完成任务，才会逐渐生成智慧。

4.激发学生科学态度与责任感的生成

学生通过具体而有目的的研究才能感知存在于自然界的力量，反思自己的责任，实事求是，不迷信权威，敢于大胆创新质疑，并善于与他人合作分享。

项目的关键还有最后的评价环节，要通过评价引导平等与尊重、细心与信任、挑战和创造。学生是欣赏别人的成功，還是为了自己的分数吹毛求疵地指出别人的不足？一个团体是否能够分工明确、合作无间？一个成果的各环节展示是否体现了困难的突破和问题解决能力？……这样的评价关注，才能有效激发学生的科学态度和责任感的生成。

参考文献

[1]夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2018.

[2]张惠钰.高中物理项目式学习设计策略探讨[J].物理教师，2017（9）：26-28.

[3]惠广俊，梁旭.基于核心素养的教学设计——测量做直线运动物体的瞬时速度[J].中学物理，2018（7）：51-52.

[4]吕磊.PBL导向下“力的分解”的课堂教学[J].物理教师，2019（8）：13-16.

（责任编辑   郭向和）