核心素养导向的原始问题项目式教学策略研究

卞志荣 陈 怡

(江苏省天一中学,江苏 无锡 214101)

《普通高中物理课程标准(2017年版)》将高中物理学科核心素养提炼为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面．学科活动是学科核心素养培养的主要路径,而项目式学习是基于学生认知活动的“做中学”,正在物理教学中逐步得到应用,我们正在积极探索原始问题项目式教学的有效策略以促进项目式教学质量的提高和素养培养的力度．

1 原始物理问题项目式教学概述

“原始问题项目式教学”是“以原始问题为情境,以项目为主线、学生为主体、教师为主导”的一种教学模式(方法)．学生通过项目的有序推进,在学习、研究中成长和发展．其基本特点可以概括如下.

(1) 以学生为教学活动的中心,注重调动学生积极性和主动性,关注学生在学习过程中主体地位的实现,以此为教学活动的起点和根本原则．

(2) 以素养培养为组织教学活动的根本目标,通过科学选择教学方式,激发学生的创新意识与创新能力,打破以往“分数第一”的考核标准,提高学生的综合能力．

(3) 将教学活动延伸到课堂之外,引导学生通过实验、实践、活动的方式发现问题,解决问题．

(4) 在团队合作中,强调学生团结互助、习作交流,与教师和同学间建立和谐、平等、自由的沟通氛围,让学生在多种合作项目中发挥优势,相互学习．

实施流程如图1．

图1

2 原始问题项目式教学策略研究

教学策略是以一定的教学观念和教学理论为指导,为完成特定的教学目标或教学任务,而采取的教学活动程序、方法、形式和媒体等因素的总体考虑．

教学策略的好坏直接影响教学质量,教学策略的质量可以从教学效果、教学效率、教学吸引力3个方面来衡量．为了使学科核心素养的培养落地生根,原始物理问题项目式教学需要采取恰当的策略(如图2,说明:评价多元化策略渗透在每个环节,故未列在图中),下面逐一展开加以说明．

图2

2.1 项目背景设计的情境化策略

课程标准明确指出:创设情境进行教学,对培养学生的物理学科核心素养具有关键的作用．要求教师在教学设计和教学实施过程中重视情境的创设．在物理概念的建立、物理规律的探究需要创设问题情境;在应用物理知识解决具体问题时应结合具体的实际情境．

情境则是沟通知识和物理思维的桥梁．“情境化”教学策略解决的是知识和背景、理论和实践的关系问题．原始问题项目式教学“情境化”策略就是通过联系生活和学生已有的经验创设生活问题情境,将物理问题还原为真实世界的问题,使学生真正体验和理解知识的内在意义和价值．

以“高空抛鸡蛋制作项目”为例,鸡蛋是学生熟知的生活用品,但非常容易破碎,平时保管都需要轻拿轻放,小心翼翼,更何况还要从高空抛下还不碎,激发了学生好奇心和创造激情．但同一个项目学习呈现给学生的情境不一样,对学生的能力要求和素养培养大不相同．在该项目中我们使用情境化策略针对不同层次的学生将项目制作要求进行改变如下.

情境1.要求学生设计并制作保护装置使鸡蛋从学校科技楼六楼落到地面鸡蛋不碎．

情境2.不仅不碎,还要依据下落时间长短作为评比标准,时间越短,成绩越高,同等情况下再看装置的简洁、成本和美观程度,成本低、取材易、外形美观更佳．

情境3.若实验装置不能有任何降落伞、气球之类可以影响速率的东西,而且实验时要用统一提供的鸡蛋,实验后还要能把鸡蛋从实验装置中取出来．

2.2 项目内容设计的整体化策略

项目内容设计的整体化策略强调内容设计要考虑知识之间的联系、学科内和学科间的有机整合;要以物理学科核心素养为纲使学科知识的学习与学科核心素养的培养齐头并进．在设计项目内容时,可以采用思维导图、知识树等工具列出知识点,再以物理学科核心素养为纲对项目进行统整．

例如,电与人们生活息息相关,无处不在,无时不有．安全用电成了人们关注的焦点之一．随着科学技术的发展,触电事故较以往大大减少,究其原因是人们安全用电的意识逐步加强,另一个原因就是得益于触电保安器更加科学、灵敏．为了促进学生对家用保安器工作原理的探究和电路结构的设计,我们利用思维导图把该项目中需要用到的知识点进行归纳总结(如图3),为学生进行项目设计提供一些信息和思路铺垫．

图3

2.3 项目活动设计的深度化策略

从学科角度来说,教学要有深度,即要体现学科本质,用学科特有的精神和文化打造学生的学科素养,用学科特有的魅力和美感激发学生学习的内驱力．采用项目式教学活动设计的深度化策略,其目的是为了改善知识浅层化和思维浅层化倾向．

2.3.1 改善项目知识的浅层化

项目知识的浅层化主要体现为偏重表面知识和技能,不能深入挖掘知识所蕴含的物理思想与方法．究其原因是由于教师对学科结构的把握不够或对学科知识的理解不足,从而降低了项目式教学的品质与深度．

例如,到了高中对光的研究若是停留在光的反射和折射以及生活中的应用上,就会导致项目知识的浅层化．高中对光的再学习、再研究的意义就不大了．如果我们从当今社会的热点问题进行导入,项目活动设计的深度就大不一样了．

图4

导入事件:2019年4月10日21时,由黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)合作组织协调召开的新闻发布会,同时在全球包括我国在内的6个地方,用5种语言包括汉语联合发布的第一项重大成果——人类拍摄的首张黑洞照片公布于世,如图4所示．这是5.5×107光年外的大质量星系M87中心超大质量黑洞的黑洞阴影照片,这张照片于2017年4月拍摄,2年后才“冲洗”出来．图片中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”,周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束(beaming)效应所造成的．由于黑洞的旋转效应,图片上显示了上(北)下(南)的不对称性．它是黑洞存在的直接“视觉”证据,从强引力场的角度验证了爱因斯坦广义相对论．

爱因斯坦认为光速是世界上最快的速度,光速是自然速度的极限．那么,光速这么快,它是怎么被测量出来的呢?又为什么逃脱不了黑洞的吸引呢?我们可以再由太阳帆航天器引出光作用在物体上为什么会产生压力?等一系列深度化问题探究,使学生认识到人类对光的研究所蕴含的物理思想与方法,避免了项目知识的浅层化．

2.3.2 改善学生思维的浅层化

学生思维的浅层化表现为仅能进行机械化模仿,没有对项目本质层面的深度思考;思维处于无序状态,不能从整体上构建知识的联系．深度化策略要求不仅要关注知识和技能,还要挖掘其中所蕴含的“人的存在”,强化有助于思维形成和文化感悟的项目活动,以及体现项目育人整体价值的深度实践活动．项目的活动设计要体现出物理学科在培养学生方面的独特性,包括:意念的表达能力与将理念转化为操作方案的能力;知识的整合、应用及物化的能力;面向真实世界和物质世界进行创造的能力;基于可靠性、性价比的方案权衡和优化的能力;将有形的创造物转化为无形的智慧、将无形的智慧转化为有形创造物的能力．

例如,在“水火箭设计与制作”项目的活动设计中,让学生经历多次实践与认识的循环,建构物理知识,应用技术原理,体悟设计过程,形成构思、选材、制作、试验、评价等设计流程的有序、高效推进．学生通过小组设计方案,并对不同方案进行比较权衡,确定最终方案,不仅在技术上要飞得高,还要考虑成本、安全、美观等问题的深度思考．各小组比赛过后的评价反思环节精彩绝伦,学生总结道:我们凭借自己思想与方法,能够不断主动获取新的知识与技能,由“学会”变成“会学”,在“动手”与“动脑”之间保持平衡,并能够从“动手做”走向“动脑做”;通过设计比赛使我们直观了解了导弹、运载火箭的发射升空、回收的过程,导弹的飞行与飞机的飞行原理及不同点;进一步应用所学知识如牛顿第一、第二、第三定律(惯性、能量守恒定律、作用与反作用)解释现象;了解一些基本的空气动力学和飞行力学等方面知识．使得我们更加热爱航天科技,激发我们刻苦钻研、善于思考、勇于创新的精神．学生反思了失败的教训:如箭体用大可乐瓶, 结果发射时动力不足或方向失调;尾翼安装太靠前或尾翼过小、尾翼用材过软,造成方向性差及速度偏快;比赛前考虑不够充分、细致,小问题不断;临场经验和心理素质较差导致手忙脚乱等等．可见,这样的项目活动具有极强的时代性和思维的深刻性．

2.4 项目完成方式的自主化策略

项目式教学中的自主化策略指的是学生自主完成项目学习各环节任务和目标,在整个活动过程中体会丰富多彩的学习过程并具有个性化的创造表现．要充分落实自主化策略,首先,教师应充分认可学生的能力,给予学生自主建立研究团队,选择、制定、实施研究项目的机会,只在必要的时候给予适当的干预,尽可能使学生经历完整的研究过程．研究表明,当学生自主选择和制定项目时,在项目学习过程中学生会更容易形成对项目、对个人和对小组的负责的态度．其次,鉴于原始问题的复杂性和多样性,教师应持开放的态度,鼓励学生提出多种解决方案并进行实践,经历提出方案、尝试应用、反思优化的过程,给予学生更多解决问题的空间．最后,保证学生参与项目的深度和广度．相较于传统教学方式,项目学习要求学生投入更多的时间和精力,教师应给予学生充分的时间来完成项目,使他们能够挖掘更多信息、探索更多路径,切实保证学习的质量．

自主化学习的效果如何,往往取决于学生的学习兴趣、个人能力和自我约束能力．因此,项目式教学中的自主化策略强调在给学生充分自主空间的前提下,充分发挥教师的引导作用．因为学生的自律性和自主性都存在差异,这将导致他们学习有效性的差异．因此,在项目式学习中,教师要多提供促进学生自主发展的机会,关注学生学科思维和方法等高阶思维的形成与发展,在给予学生充分自主学习空间的前提下,对学习过程的引导非常重要．

例如,在家用保安器设计项目成果交流环节中,学生自主解释设计成果(如图5),教师可以设计问题,给予学生脚手架,引导学生深化探究．

(1) 为什么多开灯不会使保安器切断电源?

(2) 为什么有人“手——地”触电时,触电保安器会切断电源?

(3) 该保安器能否为双手“火线——地线”触电时提供保安?为什么?

图5

2.5 项目教学评价的多元化策略

科学有效的评估体系是有效实施项目学习的重要保障．通过“多元化”评价机制,帮助学生树立学习信心,激发学生学习研究的内驱力,让学生品尝到成功的喜悦等．由于项目式教学是以小组为教学活动的基本单位,通过小组内成员分工协作去达成小组共同目标,并以小组活动的整体效果为教学评价的主要指标．所以必须将过程性评价和终结性评价相结合,尽可能涉及教师评价、朋辈评价与自我评价等评价方法多元化,达到评估与促进的效果．另外,应让学生清晰和理解评价的具体要求,给予学生自我回顾与反思的机会,帮助学生实现自我管理和行为修正．

例如,我们在“核心素养导向的原始问题项目式教学”中采用了多元评价机制,具体包括“核心素养”表现性评价;“项目方案”采用自评、互评、师评相结合;“项目作品”由班级、学习、社区、网络等多渠道结果性评价．评价表的一部分设计如表1所示.

表1

3 结语

将项目学习融入至物理学科教育中,可弥补传统课程教育体系的不足,增加课程教育的科学性．原始问题项目式教学比较重视学生的主体地位,将一个相对独立的项目交由学生自己处理,信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价,都由学生自己负责,学生的积极性、主动性和创造性得到了充分地发挥,学习内驱力也得到了增强,自然在项目任务完成的过程中提出问题能力、沟通交流能力、解决问题能力、团队协作精神以及综合素养都会得到有效提升．这样的课堂真正是“生本课堂”“生长课堂”,契合社会发展进程对创新人才培养的要求．只要我们精心设计,精准施策,原始问题项目式教学一定能在核心素养培养的道路上迈出坚实的步伐．