指向科学抽象概念应用的项目化学习研究

严昆

[摘要] 项目化学习是提升学生学习力的有效手段。科学抽象概念的项目化学习围绕主题梳理核心知识，提炼大概念;通过过山车项目，让学生自主研究能量守恒定理、重力势能与动能之间的转换，自行设计搭建轨道过山车，将能量抽象概念应用到项目中，培养学生批判性思维、创新思维以及沟通协作能力。

[关键词] 抽象概念;项目化学习;过山车

项目化学习（PBL）是学生在真实情境中对驱动性问题展开探究，并采用项目化小组的方式，运用各种工具与资源促进问题解决。项目化学习的特征包括：以一个驱动性的问题作为引发剂，经过一系列活动产生最终的作品，或者形成可以公开发表的成果;在现实生活中进行探究并具有一定的社会效益;需要运用多种认知工具和信息资源，进行多学科知识的交叉与跨学科的实践，同时强调学习中的合作。现以“过山车”设计为例，探讨通过该项目培养学生创新思维能力的可行性，为项目化学习探究的实施提供参考。

一、科学抽象概念项目化学习设计

抽象概念是指以依存于某类事物的性质和事物与事物之间的关系为反映对象的概念。例如，能量守恒定律、能量之间的转换是科学中的抽象概念，属于能量大概念的范畴，学生在生活中看不见、摸不到。本项目化学习以搭建过山车为内容，以能量守恒定律、能量之间的转换为载体，指向学生批判性思维、创新思维、沟通协作能力的培养。因此，结合项目化学习的特点，我们从项目准备、项目学习过程、项目评价三个方面设计项目化学习流程。

二、“过山车”项目化学习实践

1.学习目标

核心概念：自主探究能量守恒定律，探究重力势能与动能之间的转化在过山车中的应用，并巧妙利用离心力与向心力搭建復杂的过山车，使过山车结构多样化。

共通素养：在小组合作中完成过山车搭建，培养学生沟通协作能力，通过解决在轨道搭建中出现的工程问题，培育合作意识。

2.研究的问题

项目化学习是“问题解决”的学习，问题本身就是项目化学习的内容，问题的真实性和挑战性成为关键特征。本项目中提出了两个问题：过山车的动力是哪里来的？如此快的速度为什么不会从轨道上飞出去？

3.实践支架

搭建思维支架：从现象、原因、问题和方案四个维度，如小球经常出现不能正常行驶的问题（脱轨、卡在轨道等）;同时，教师给出“四维度问题”学习支架：描述现象、分析原因、提出要解决的问题、提出改进方案。

4.具体探究环节

（1）引入任务。从生活实例中出发，让学生观看迪士尼乐园过山车视频，讲述玩过山车的刺激感，引发学生思考如何利用软管设计搭建自己的过山车。

（2）探究过山车的原理。首先，利用斜坡轨道探究钢珠在过山车中的动力。如图1所示，当小球从不同高度滚下时，下滑的速度有何不同？滑到对面斜坡的高度有何不同？

其次，利用旋转“水桶”实验探究钢珠如何顺利通过垂直回环轨道。如图2所示，让“水桶”旋转起来但不能让水桶里的水洒出来，并注意水桶旋转的速度变化。

最后，探究钢珠为何能顺利通过而不会脱离轨道。

（3）探究过山车的结构。教师将各种各样的过山车实物照片展示在教室内，让学生观察、讨论、归纳过山车的基本结构，引导学生思考过山车由哪几部分构成，并通过查阅资料，了解各部分的作用。

（4）建立评价量表。项目化学习以问题为驱动力，要求学生在项目中迎接挑战性的问题。如果项目最后要以比赛的形式进行竞争，那么为了让学生能不断改进设计过山车，就有必要建立评分标准和评价量表（如

表1、表2）。

（5）设计、搭建、测试、改进过山车。一是画设计图，向学生提出子任务：在设计图中画出过山车轨道的路线，标出起点、终点、弯道、垂直回环的高度，弯道、垂直回环的直径。二是搭建过山车，测试过山车效果。按照设计图搭建过山车，在搭建过程中如果发现设计不合理的，就要修改设计图以改进过山车。

（6）项目化学习评价。其一，自测评价：针对学习成果形成的过程进行评价，学生设计清晰易懂、可操作的评价标准;其二，组内协商评价：根据学习进程“嵌入”指向协作能力的评价，指导学生学会真正意义上的协商和合作;其三，组间共享评价：旨在小组之间对照学习目标进行团队总结与反思汇报，如我们是怎样一步一步完成这个项目的？在项目中我们有哪些重大发现，遇到了哪些困难？

搭建过山车项目基于任务解决的整合，需要多元化的评价方式。本项目的设计目的是引导学生形成对过山车原理、设计、工程搭建、各种回环技术处理的整体评价。比方说，组织学生制作PPT汇报答辩，组织过山车比赛，对学生搭建的过山车作品进行全校分享等。

项目化学习从以教师为中心转变为以学生为中心，从以课本为中心转变为以项目为中心，从以课堂为中心转变为以工作场景为中心，能够让学生快乐地动手实践。设计项目化学习时要注意，学生才是项目解决方案的决策者、裁判员，教师要认清项目化学习的本质问题——高阶认知策略，做好学生的导师。