力学原始问题项目式学习与实践研究

[摘   要]我校物理校本课程的开发与实践是以项目式学习案例为主进行的，教师根据学生已有的生活经验或最新感知的问题，即“真实的原始问题”，或者学生自己提出的有意义的原始问题，形成项目式研究学习的课题，进而落实到教师的教学实践和学生的学习活动中去。

[关键词]力学原始问题;项目式学习;开发与实践;综合思维

中国高考改革评价体系中明确要求物理教学要让学生在活学活用中提高能力和素养，那么，如何把物理学科知识转化为学生的物理核心素养？一个很好的途径就是开展项目式学习活动，让学生在活动中发现、思考、探究问题，并对活动过程的某些不足进行修改完善、创新提升，从而培养学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任素养。我校物理校本课程的开发与实践是以项目式学习案例为主进行的，在这个过程中，教师可根据学生已有的生活经验或最新感知的问题即“真实的原始问题”，或者学生自己提出的有意义的原始问题，形成项目式学习的研究课题，进而落实到教师的教学实践和学生的学习活动中去。

力学原始问题项目式学习与实践研究，是针对与力学相关的原始问题而实施的项目式学习和研究活动。这种学习与实践着重关注三个方面的素养：一是科学素养，即运用物理知识理解自然规律和解决实际问题的素养;二是技术素养，也就是实验探究、理论推导、构建模型、结果评价和分析的素养;三是综合素养，就是在项目活动中培养学生跨学科解决问题的素养。

一、研究的内涵

本项目的研究任务就是把高中物理力学中的原始问题进行歸类形成项目式学习案例，并在实践中进行开发和研究。

这里所说的“力学原始问题”，是指存在于自然、社会、生活、生产中而未被加工的力学问题，它蕴含着一定的物理概念和规律。

这里所说的“项目式学习案例”，可以是针对物理力学中的重点知识、难点知识而进行的片段或专题教学的资源，或者是满足学有余力且有一定思维能力的学生的学习需求，围绕学科核心知识开发的“真实的原始问题”所形成的研究性学习课题，并能付诸教学实践的资源。

这里所说的“开发与实践”，可以是相关的教学设计、课堂教学实录、学生设计方案、学生活动方案等，这些设计、实录和方案要求学生能够透过现象看本质，对力学原始问题所描述的实际情境进行分析、提炼信息、联想知识、物理建模，在此基础上设计方案。

二、研究的意义

本项目研究的意义体现在如下五个方面。

（一）力学原始问题项目式学习可以推进项目教学

目前，我校的项目式学习主要在校本课程和专题教学中应用和实施，由于力学中“原始问题”无现成的系统性的素材和案例，教师在教学中应用的一些素材和案例具有零散性，甚至在校本课程中的项目教学还存在盲目性，这就迫切需要一个引领性的案例对项目的开展做出示范，进而促进项目式学习的有效推进。

（二）力学原始问题项目式学习可以丰富教学资源

力学原始问题项目式学习案例可以是相关的教学设计、课堂教学实录、学生设计方案、学生活动方案等，这些开发出来的案例具有创新性、开放性，大大丰富了教师的教学资源。教师可以利用这些资源进行课堂教学、指导学生开展研究性学习活动和学科类的社会实践活动。

（三）力学原始问题项目式学习可以提高学习能力

项目式学习活动主要采用“问题导学法”的学习方式，强调学生为主体、教师为主导，要求学生在“问中学”、“导中学”和“思中做”。教师将力学原始问题转换为学生的探究活动，创设适宜学生活动的环境和条件，引导学生分析问题、解决问题，从而提升学生的学习能力。

（四）力学原始问题项目式学习可以实现教学创新

力学原始问题项目式学习是以物理学科拓展性问题为主体的，研究的主要方法是“体验探究”和“创新应用”，是以问题为桥梁，探究为主线，采用自主探究与合作探究相结合，学生探究与教师引导探究相结合。学习任务在探究中完成，学习目标在探究中实现，同时鼓励学生发散思维，提出学习中出现的问题和想法。这种教与学的方式有利于提升学生提出问题的能力、探索问题的能力、沟通表达的能力和团结合作精神，从而培养学生的创新意识和创新能力。

（五）力学原始问题项目式学习可以进行学习评价

为了使活动正常开展，引导学生抓好学习过程，确保有良好的学习效果，项目组可以制作学习评价单，记录学生在每一次活动中的表现，包括：活动时间、地点和内容，设计和操作情况，实验数据和误差分析，组内角色，课堂表现，作业情况，课后的反思，自评和互评，教师评价，学习效果，综合评定，等等。

三、研究的目的、内容

（一）研究目的

本项目的研究立足于培养具有科学思维和创新思维品质的人才。研究的主要目的：一是推进教师的教学改革和教学研究，提高教学效果;二是满足学生的学习兴趣和个性发展需求，搭建自主学习、自主研究的平台，拓宽学生的视野，开拓学生的学习思维空间，甚至引导学生跨学科思维。

（二）研究内容

1.关于“现有力学原始问题的教学案例、设计开发项目案例”的研究。

力学中的原始问题，我们可以从“生活情境”“课本资料”“自然现象”“社会热点”中寻找。以小型化、易操作、时间可控、学科核心知识突出的项目作为课堂研究项目;以综合度高、挑战性强、需耗时长、突出能力培养的项目作为课外研究项目。

2.根据学生发展的需要，开发新的项目教学案例，并对已有的和开发的力学原始问题的项目进行教学实践。

力学原始问题项目教学没有现成模式，也没有课程标准和要求，这就需要教师集思广益进行课程开发，开发出新的项目资源，这种开发要基于学生已有的认识和能力，但又要提升和拔高这种认识和能力，在实践中探索和完善教学案例。

3.关于“对力学原始问题项目式学习评估的研究”。

对开发和实践的案例在教学目标、核心知识、文本格式、模型建构、教学效果等进行分析评估，按照《中国学生发展核心素养》要求，借鉴STEM教育项目课程的理念和优秀范例，优化完善学生研究项目开发的思路和方法。

四、研究案例

如何应用风力？其学习流程图如下：

原始问题：刮风下雨是生活中常见的自然现象，有时风的威力是巨大的，破坏性很强，例如台风。当然有时风的威力又是有利于人类的，例如风力发电。

形成课题1：同学们有没有想过风对某个物体的作用力究竟有多大？如何来测量？请设计出一个简易方案，并实施方案。

模型建构：学生思考、讨论、分享，联想所学力学知识，设计方案。

以下方案均由学生自行设计。

研究方案：根据力的平衡，设计原理图（如图1）。如图1是一种测定风力的仪器的原理图，它能自动随着风的转向而转动，使风总从图示方向吹向小球。P是质量为m的金属球，固定在一细长刚性金属丝的下端，能绕悬挂点O在竖直平面内转动。

器材：鼓风机，小球，天平，细长的刚性金属丝，带有量角功能 的方木板（或量角器），小钉。

实施方案：如图2所示，将一方木板用铁架台固定在竖直平面内，将刚性金属丝拴好的篮球，一端固定在铁架台上，无风时金属丝自然下垂，鼓风机吹风时刚性金属丝将偏离竖直方向一定角度θ，θ的大小与风力大小有关。该方案是利用力传感器测出篮球的重力和风吹篮球时金属丝的拉力来求得风力大小。

本风力制作适用于东部沿海地区及全年风向大致相同地区。

该装置安装在大楼顶部，靠风力发电，将电能储存起来，冬季寒冷时可以通过电线将电能输入居民家中，通过室内加热装置把电能转化为内能，进行加热供暖。

综合思维：本方案的跨学科知识是地理学科知识，要考虑地理位置及季风特点。

形成课题3：如图4所示，野外风力发电，使小风扇转动，使小灯泡发光。

器材：小风扇1个，齿轮2个，硬性木杆2根，强磁铁2个，线圈1个，换向器1个，集成电路板1个，开关2个，小灯泡1个，导线若干，风车盘1个。

方案：风力带动风车转动，大齿轮带动小齿轮转动，木杆转动带动线圈转动，产生交流电，通过集成电路形成放大的直流电，通过开关向小风扇和小灯泡通电。

综合思维：本方案的跨学科知识是工程力学知识，要考虑机械传动及线路架设等知识。

以上几种学生的研究方案尽管简单甚至粗糙，但明显闪耀着学生的思维之光，体现着学生的创新意识和自主研究能力，倘若不断放大这种思维和能力，我想学生必将成为一名出色的研究者和创造者，这也正是我校物理校本课程项目式学习的目的所在。

[   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）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  邢红军.高中原始问题教学研究[M].北京：中国科学技术出版社，2016.

[3]  卞志榮.核心素养导向的原始问题项目式教学策略研究[J].物理教师，2021（3）：7-10.

[4]  焦健生.高中物理“项目教学”的实施[J].中学教学参考，2017（7）：51.

（责任编辑 易志毅）