基于STEAM理念的项目化物理复习课实践研究——以“浮力的复习”一课为例

朱 春 凤

(杭州市钱塘新区景苑中学，浙江 杭州 310018)

一、物理复习中碰到的问题

1.温故有余而知新不足

复习课的目标要做到温故更要知新，但在真正的复习过程中，好多教师依靠教辅知识按部就班、查缺补漏式复习，想不出一个全新的学生感兴趣的复习模式，这样的课堂，学生常常感到无趣且疲惫。

2.讲授有余而探究不足

受中考指挥棒影响，传统复习课主要以“填鸭式”“灌输式”“抛投式”等讲授法为主，用“简单、直接、粗暴”的方法代替探究式教学，剥夺了学生体验、思考、实践的时间。如浮力的复习课，主要讲授浮力的定义、产生的原因、物体浮沉条件及应用等知识，很少会采用探究的形式展开别样的复习。这样的复习，往往台上教师讲得“滔滔不绝”“津津有味”，台下学生“昏昏欲睡”“云里雾里”，当然学生所获得的知识、概念等也仅停留在浅层学习，没有达到深度理解的程度。

3.练习有余而思维不足

传统复习课的另一大特点就是不停地刷一些无真实情境且已经处理过的良构习题，节复一节、日复一日，缺乏在真实情境中发现问题、提出问题、分析和解决问题的思维锻炼过程。一旦真碰到情境化、非良构的问题，特别是需要多学科知识融合交叉解决问题时，学生会束手无策、“坐以待毙”。

笔者通过实践研究发现，基于STEAM理念的项目化学习利用其特有的“真”情境、“强”驱动、“深”探究、“多”融合等特点，可以很好地解决上述复习课的缺陷问题。通过STEAM理念的项目化学习，可以促进深度学习，提高复习效率。

二、基于STEAM理念的项目化物理复习课堂模式

基于STEAM理念的项目化物理复习课的模式为(如图1所示)：用真实情境(包括生活情境或实验情境等)来驱动科学问题，用STEAM理念中所涉及的科学、技术、工程、艺术和数学等学科知识解决复习课中的实际问题。如用科学问题驱动项目学习、用传感技术显现思维、用工程制作培养能力、用艺术美感改进工具、用数学知识解决疑难和精准问题，把这些STEAM理念与物理复习课堂深度融合，进一步进行迁移应用和拓展提高，从而促进深度学习，提高核心素养。

图1 基于STEAM理念的项目化物理复习课堂模式

三、基于STEAM理念的项目化学习实践

1.真实情境驱动科学问题

项目化学习的核心要素是具有挑战性的驱动性问题，因为驱动性问题能使整个项目活动保持持续性和一致性，学生的项目化学习是通过驱动性问题黏合在一起的。[1]因此，在物理复习课的引课中，设置一个真实且具有挑战性的驱动性问题就显得尤为重要。笔者通过实践发现，驱动性问题最好来自学生生活真实情境或者教师创设的特殊实验情境或者两者结合，并用这些情境所呈现的现象来引发学生的认知冲突，激发学生的学习兴趣，同时让学生主动提出自己想要探究的科学问题。

环节一：认知冲突驱动问题。

图2 模拟沉船实验

教师首先呈现一个剪掉瓶底、瓶口朝下且里面放有一个乒乓球(模拟沉船，下同)的实验装置(如图2所示)问学生：如何快速拯救乒乓球(沉船)使其上浮？经过思考，他们认为只要用手堵住瓶口，乒乓球肯定会浮起来。可当实验时却发现乒乓球没有浮起来，引发学生的认知冲突。教师适时追问：针对此现象，你想提哪些科学问题？讨论后，他们主要提了2个科学问题：一是乒乓球为什么没有浮起来？二是怎样才能让乒乓球浮起来？

设置生活(沉船事件)+实验(教师特制：乒乓球里面放有一个钩码)的特殊情境，利用情境中所呈现的复杂、非良构的现象来激发学生的学习兴趣和求知欲，特别是在驱动问题的过程中，引发学生的认知冲突，激活他们的内驱力，使他们愿学、爱学和乐学，通过现象提出有价值的驱动性科学问题，为后续高效的项目化复习打下基础。

2.技术支撑持续性探究

在项目化学习的八大“黄金准则”中，除了项目情境要有真实性和挑战性外，问题还要具有可持续探究性，在项目探究过程中，学生要有发言权和选择权，同时还要不断地评论和修正他们的设计方案，最终得到一个可相对完善解决问题的方案。《义务教育初中科学课程标准(2011年版)》明确将科学教育的核心理念定义为培养学生的科学素养，并将科学探究列入课程标准的重要内容。[2]所以物理复习课最好基于情境中所提出的问题展开，用新的可持续性探究实验来解决学生所碰到的问题，在解决问题的过程中，用一定的技术(如科学技术、信息技术、教育技术等)支撑，让学生经历分析、评价和创造等高阶思维过程，促进他们深度学习，从而达到物理概念、原理和规律的深度理解。

环节二：探究解决方案。

在这个可持续性探究过程中，学生在提出如何让乒乓球浮上来的问题后，经过思考、讨论、分析、评价，认为要使乒乓球上浮的本质问题在于浮力与重力的大小关系，只要浮力>重力，乒乓球就能上浮。于是他们针对这个本质问题，提出了三种解决方案，教师用同屏技术投射到屏幕上，具体如下：

方案一：减小重力，助其上浮。在浮力不变的情况下，只要减小乒乓球的重力，当乒乓球重力减小到小于浮力时，乒乓球就能上浮。具体方案是把乒乓球里面的重物——铁块取出来，从而减小其重力。学生动手实验后，证明其方案确实可行。教师适时拓展，让学生联系生活情境思考这种方法在生活中的应用有哪些？

方案二：增大体积，促其上浮。为达到浮力大于重力的目的，可以增大乒乓球的体积：一种是把乒乓球吹大；另一种是在乒乓球上绑上泡沫；还有一种在乒乓球上绑一个小气球。通过评价，否定了第一种方案，后两种方案可行，特别是第三种方案更有探究意义。学生通过实验，验证了自己方案的可行性。

a b图3 漂浮气球实验

教师问：如果在漂浮的气球上用手指一按(如图3a所示)，气球和乒乓球会如何运动？学生都认为气球会先向下运动，然后再上浮直至漂浮。操作时竟变成了如图3b所示的现象，直接沉到水底。设问：这是什么原因？讨论分析后一致认为：原来漂浮的气球用手一按往下运动，随着气球深度的增加，压强增大，气球体积减小，浮力也减小，最后浮力小于重力，就沉到底了。教师追问：如果此时用手轻轻提一下气球，会怎么运动？学生回答后验证其猜想。教师追问：如果在图3a中滴入一些水，气球会如何运动？理由是什么？学生回答后，教师往容器中加大水量后，气球还是漂浮在水面，追问：这是为什么？教师继续追问：如果气球是悬浮在水中的，加一些水又会怎么样？减少一些水又会怎么样？请联系生活，此过程中所涉及的方法和知识在生活应用中有何意义？

方案三：改变密度，促其上浮。第三种方案是改变液体的密度，使它的密度大于物体的密度，从而达到上浮。如往水中加蔗糖、食盐等，当达到一定浓度时，乒乓球就会上浮。但真正实验时发现乒乓球还是不能上浮，分析原因是因为蔗糖、食盐在水中的溶解度是一定的，要使它上浮，就要加密度更大的液体。

用信息技术、科学技术和教育技术等强大的技术手段来支撑科学问题持续而有效地探究，如用教育技术中的同屏技术，利用它的交互性、及时性、全面性等特点，教师把学生设计的方案实时投屏到屏幕上，可以让学生实时、准确、全面地获知全班学生设计的方案信息。用科学技术可以精准地评价、修正方案。有技术支撑的科学探究，一方面，可以呈现思维的可视化；另一方面可以真正起到全面性、及时性、互动性等特点，真正提高探究效率。

3.数学计算有效辅助物理问题解决

物理和数学是两门相互影响、相互关联的学科，物理知识的解答、物理概念和物理规律的总结、归纳和得出都离不开数学。如平面镜成像的特点、凸透镜成像的规律等，都离不开数据的记录、分析及归纳和总结；物理浮力大小的计算、压强大小的计算等，更离不开数学知识，它对物理学科有强大的推动和促进作用。教师要适时、适量地在课堂上有效融合数学知识，用数学知识来帮助学生解决物理问题。

环节三：数学知识解决上浮。

教师问：要使这乒乓球刚好上浮，用哪些仪器？需要知道哪些物理量？分别是多少？学生思考并计算出气球的体积大小、液体密度的大小等数据。

利用数学知识很好地解决了乒乓球上浮的精度问题，在物理复习课中，教师要组织学生用好数学，用所学的数学知识帮助解决物理的实际问题，真正做到学以致用，同时也让学生明白数学和物理是相辅相成、不可分割的学科。

4.工程艺术迁移应用

项目化学习的最终结果是指向成果展示(如一个作品、一个模型或一个学具之类)，利用制作工程中所需要的技术、各学科的融合知识、艺术素养等，把物理学科所学的知识、技能等迁移应用，达到对物理知识的深度理解和应用。因此，基于STEAM理念的工程范畴，在物理复习教学中主要经过一系列的设计、讨论、评价后产生一个成果模型或一个成品。如在浮力的复习课中，可以让学生制作浮力秤之类的模型或学具(利用教师给的PTA量表对制作的模型或学具进行评价)，把有关浮力知识进行一定的整合和串联，达到要点弄通、触类旁通的效果。

环节四：学具制作迁移应用。

追问：如果不用天平或弹簧秤，仅用桌上的仪器(矿泉水瓶、剪刀、钩码、细砂、记号笔等)，请你设计并制作一个能测出乒乓球质量的装置。学生思考、分析、讨论和评价后，设计并制作了浮力秤(制作方法：去掉矿泉水瓶底，拧上瓶盖，倒立在水中，并把二个钩码放入其中，把细砂放入调节平衡，使其能直立在液体中)，按照比例算出乒乓球的质量，用排水法测出乒乓球的体积，从而算出其密度。进一步追问：从装置的角度分析，如何使测量结果更精确、外观更漂亮？学生分别从：矿泉水瓶的直立情况、下面锥形是否完全浸没、上面是否可以变成真正的圆柱形，即矿泉水瓶壁不要有一圈大一圈小，这样影响精度。还有从记号笔记下的刻度是否可以分得更细等方面进行改进。追问：从本质及外观分析，浮力秤和密度计的区别和相同点各有哪些？

工程艺术在以STEAM理念的项目化复习课中是必不可少的环节，此环节的制作和改进，一方面可以把所要学习的物理知识承载在上面，另一方面可以让学生通过动手制作，体验收获的喜悦和成功的快乐，在体验中学习，在学习中体验，真正做到动手动脑学物理。在此环节中，教师要多鼓励学生动手制作，并利用PTA量表对制作的产品从外观、实用性及精度上进一步改进，提高学生的思维力和动手操作的能力，同时提高学生创新力，为今后适应复杂多变的社会打下基础。

三、反思

经过实践研究发现，在物理复习课中，运用STEAM理念的项目化学习方式能够起到很好的复习效果，但在项目化学习中也要注意以下方面：

1.驱动问题情境化

物理复习课要真正做到温故而知新，最好的办法是对传统教学进行改革，用“真”生活情境或“真”实验情境来创设驱动性问题并以此为主线，进行一系列的情境和问题的反复创设，达到双线进行、螺旋上升。如本课中的如何让乒乓球(模拟沉船)上浮，在创设驱动性问题时，最好能引发学生的认知冲突，使他们愿学、乐学和爱学，使得课堂效率最大化。

2.探究活动深度化

物理复习课，最好用教师创新的探究活动来承载所要复习的内容，而且设计的探究活动要具有可持续性和挑战性，即设计的探究活动要循序渐进、螺旋上升，向着纵深探究发展。而在探究过程中，所设计的问题要有挑战性，不能平铺直叙、毫无波澜。当然挑战难度也不能太高，真碰到思维含量太高时，教师要适时提供一定的支架，使他们能顺着支架往上攀登，真正做到让学生跳一跳摘到桃子。

3.目标评价量规化

物理课复习不但要有明确的复习目标，更要有达成目标所用的评价方案，即量规化，用评价来量化目标的达成度和可操作性。当然，评价可以是学生对学生的评价、教师对学生的评价、纸笔测试、成果展示、实验验证等，评价包括对项目化学习成果的评估，也包括对项目过程中展现出来的探究、实践进行的评估。如本节课中三大实验方案的可行性评价，他们所设计的方案是否做到让乒乓球真正地上浮，用评价来促进学习，用评价来达到目标的可操作化，真正在物理复习课中达到学—教—评一致性，努力提高复习效率。

4.学科知识融合化

生活中的真实问题具有复杂性、多样性和多知性，真实问题的解决并不是一门学科的知识能够做到或能够解决的，往往需要多学科的知识共同融合来解决。如本节课中物体的浮没条件、浮力秤的制作问题等，不但涉及物理知识、化学知识，还有技术、工程、数学知识等。所以在物理复习课的教学过程中，教师要多提供给学生多学科知识融合性真实问题的训练，不仅要利用多学科融合来解决问题，而且要做到多学科的深度融合来解决问题，努力提高学生的思维能力和创新能力以及问题的解决能力，提高他们的核心素养。