基于发展核心素养的项目式学习设计

李博凌 郑卫峰

摘   要：项目式学习是一种新型的教学方式，其目的是以学生为中心设计基于真实情境下的项目，并指导学生在项目实践中运用所学的知识解决问题、锻炼能力和发展核心素养。文章以“制作水火箭”项目提出确定项目式主题、设计方案与实施、交流与讨论、总结与评价四个步骤，并探究了水量、气压和水火箭结果对其飞行高度的影响，探讨了项目式学习与核心素养的关系。

关键词：项目式学习;核心素养；水火箭

1  问题的提出

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》实施建议中提出了为促进学生物理学科核心素养的发展，课程学习中要倡导基于项目的学习或整合学习等方法，促进学生基于真实情境下学科和跨学科问题解决能力的发展，促进学生素养的发展[ 1 ]。可见项目式学习是国家所倡导的，能贯彻落实学生物理核心素养的一条有效的路径。项目式学习（ProjectBased-Learning，简称“PBL”）是由杜威的学生克伯屈提出，其教学方式通常是指学生在教师的引导下从真实情境出发，以学科知识为基础，采取小组合作形式围绕具体的主题，以项目作品或知识总结的形式展示学习成果。国内外不少学者将项目式学习应用于学科教学实践中，得出项目式学习有利于学生学科知识的掌握、对培养学生的合作能力、问题解决能力、深度学习等均有帮助[ 2-4 ]。开展项目式学习时学生在真实的情境中将已有的知识与实际问题相结合有利于形成物理观念；解决项目中遇到的问题使科学思维能力得到发展；通过对问题进行探究发展科学探究能力；在项目的总结与汇报中认识到知识与社会的关系，发展科学责任与态度。因此将物理学科与项目式学习结合能有效帮助学生发展核心素养实现育人目标。

2  发展核心素养目标下的项目设计步骤

克伯屈为项目式学习设计的教学环节有：确定目的、制定计划、执行操作、评判结果，该教学法提倡学生根据自己意愿，自己计划、自己执行、自己解决项目学习，强调了学生“自愿”活动在項目式学习中的重要性[ 5 ]。为了突出项目学习对学生探究能力的培养以及教师的主导作用，周业虹[ 6 ]设计的项目式学习活动增加了对项目的交流和评价，其程序为：选择研究项目、设计研究方案、实施研究方案、交流评判结果、项目总结评价。刘林[ 7 ]将项目式学习融入真实情境中，其实施过程分为：项目内容的选择、项目问题和任务的设计、项目的实施、项目的评价。本文在此基础上，以物理学科核心素养培养为目的，设计项目式学习步骤如图1所示。首先是确定物理学科项目式学习的主题，教师应考虑学生核心素养与项目核心内容之间的关系，并依据课程标准、教材内容和学生知识基础、能力水平等实际情况来确定[ 8 ]。

3  “制作水火箭”项目学习的设计

3.1  确定项目式主题

“制作水火箭”这一项目来源于2019鲁科版选择性必修一第一章中的动量及其守恒，是动量在实际生活中的应用实例。教材通过“制作水火箭”让学生体会动量知识与生活中的实例相联系，既巩固了知识也锻炼了利用物理知识解决实际问题的能力。“制作水火箭”项目涉及动量和动量守恒、竖直上抛、斜抛运动等物理知识，促进学生形成运动观、相互作用观、能量观；并将理论的知识和实践相联系，学会应用物理知识解释生活中的现象使其物理观念得到发展。

3.2  设计方案与实施

为了保证项目按计划实施，在设计项目方案时可将项目分成若干个子任务明确每个子任务的学习内容和学习目标，“制作水火箭”项目可分为4个子任务：任务1是通过查阅相关资料了解水火箭的原理及制作材料等相关知识；任务2是制作水火箭，学生搜集材料，利用工具对材料加工制作水火箭；任务3是水火箭的发射与实验数据记录，学会测量和分析数据；任务4是项目成果展示，即学生展示水火箭的制作成果并进行评价。各子任务具体的学习目标及相应发展的核心素养如表1所示。

3.3  交流与讨论

学生通过观察水火箭的发射和飞行过程，提出有价值的问题进行探究，锻炼科学思维发展科学探究。例如可探究水火箭垂直发射时飞行高度与瓶内的气压，水量以及水火箭的结构的关系[ 9 ]。

3.3.1探究飞行高度与气压的关系

学生使用容积为800 ml的塑料瓶子制作水火箭，通过上网查阅资料可知该瓶子最大可承受的气压大约在10个标准大气压。实验采用控制变量法探究在不同的气压下水火箭的飞行高度，自变量为瓶内气压，因变量为水火箭的飞行高度。实验时控制水火箭中的水量为225 ml、水火箭的结构不变，探究在瓶内气压分别为2.4、2.6、2.8、3.0、3.2个标准大气压下水火箭的飞行高度。拍摄的水火箭发射视频导入Tracker软件中，以同平面的操作者身高作为为参照高度得出火箭飞行高度数据，如图5所示。实验结果如图6所示，其中P为瓶内压强、H为水火箭飞行高度。

通过图6的分析，得到在水量为225 ml时气压从2.4到3.2个标准大气压变化时，水火箭的飞行高度随气压的增大而增大，且在气压为2.8个大气压时图像的斜率最大，说明在气压为2.8个大气压时改变气压，水火箭的飞行高度变化最明显。通过这个实验探究让学生对水火箭的飞行高度与气压的关系从定性到定量的认识，培养了学生科学探究的习惯。

3.3.2探究水火箭飞行高度与水量的关系

控制瓶内气压为3.0个标准大气压，探究水量分别为155 ml、185 ml、225 ml、250 ml、300 ml时水火箭飞行的高度。实验结果如图7所示，其中V为瓶内的水量，H为水火箭的飞行高度。

分析图7可以看出在水火箭瓶内为3个标准大气压、水量为250 ml时水火箭的飞行高度比225 ml和300 ml的低，其可能的原因是水火箭发射时不垂直地面，导致飞行轨迹为抛物线，飞行高度下降。教学中可以通过对实验中不合理的数据的分析思考发展学生的科学思维和科学探究。

3.3.3拓展思维探究水火箭的不同结构与飞行高度之间的关系

教学中引导学生观察对比不加平衡仓单使用一个动力仓的水火箭（如图8）与有平衡仓的水火箭的飞行情况，并思考解释实验现象。实验发现如图8结构的水火箭在飞行过程中为翻滚旋转上升，飞行的高度也大大减低。这是因为当只有一个瓶子时，水火箭发射时会由于水火箭的本体比较短，底部的冲力比较大，水火箭很难保持稳定导致翻滚旋转。教学中还可以从能量观的角度向学生解释因发射的能量有一部分转化给了翻滚旋转，导致飞行的高度降低。通过本探究实验，将学生学过的相关物理实验知识应用于实验现象的解释，学于致用提高学生素养。

3.4  总结与评价

项目式学习的优点之一是学生可以从“做中学”，在项目“做”的过程中学生的多种学习能力得到关注和发展。因此对项目式学习的评价不能局限于传统的评价方式，即不能只关注结果，还要关注学习者在整个项目完成过程中的表现以及过程中的能力增长。项目式学习评价需要遵循发展性，主体性，过程性以及多元化的评价原则[ 10 ]。

评价时不单根据每个小组水火箭发射情况、飞行高度来评定，更多的是关注学生制作水火箭的过程。如有些组制作的水火箭外形美观，有些组制作出的水火箭结构不同，有些同学对遇到的问题积极思考查阅资料并解决了难题等，这些都是学生在项目式教学中得到的锻炼与发展，教师也要给予积极评价。在本项目中教师依据《普通高中物理课程标准2017版2020修订》中核心素养水平划分对学生评价，其中物理观念、科学思维、科学探究、科学责任与态度各占25分，总分100分如表2，学生间互评如表3。

4  结语

在教学活动中开展“制作水火箭”的项目式学习引导学生从国家航天航空事业真实的情境中体会科技带给社会的变革，树立科技强国信念、培养爱国主义精神，发展科学责任与态度。项目在“做中学”中开展交流与合作、联系理论与实践、通过自主探究，在解决问题中提升学生探索知识，分析问题和解决问题的能力与发展学生核心素养。

参考文献：

［1］ 中華人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 李雪萍. 基于深度学习的高中化学项目式教学的应用研究[D].成都：四川师范大学，2020.

［3］ 应俊.创设教学情境 激活课堂思维 发展核心素养——以高中物理“超重与失重”教学为例[J].物理教学，2020，42（4）：12-14.

［4］ Meiou Wang. Based on Project-Based Learning to Promote Primary School Students Ecological Education[J]. International Journal of Education and Technology，2022，3（2）.

［5］ 瞿葆奎，丁证霖.“设计教学法”在中国[J].教育研究与实验，1985（3）：72-84.

［6］ 周业虹.实施项目式学习 发展学科核心素养[J].中小学教师培训，2018（8）：33-37.

［7］ 刘林.基于真实问题情境的项目式教学改进的探究——以“设计显示加速度大小的装置”为例[J].物理教学探讨，2022，40（2）：1-4，10.

［8］ 姜爽.深度学习理念下物理学科项目式学习路径设计——以“创意吉他制作”为例[J].物理教师，2022，43（2）：34-38.

［9］ 杨慧迪，牛亮.从实验与理论的双重角度浅析影响水火箭飞行距离的因素[J].物理教师，2014，35（12）：48-50.

［10］ 桑国元，蔡添.项目式学习中的学生评价[J].教学与管理，2021（31）：1-4.