基于學科項目化學習的物理實驗教學設計優秀獲獎科研論文

黃躍濤，廣東省汕頭市實驗學校高級教師、物理教研組長，汕頭市中學科學素養黃躍濤工作室主持人，被認定為汕頭市高端人才。先后被評為汕頭市優秀教師、汕頭市教學改革先進個人、汕頭市青年崗位能手;曾獲全國首屆教學比賽一等獎，主持省級課題一項、市級課題一項，已發表論文四篇。

[摘

要]在生活中，人們觀察到的運動是復雜的。文章借助物理實驗案例，從學科項目化學習角度出發，驅動學生掌握探究、描述簡單直線運動的科學方法;通過記錄多組數據，描述物體運動情況，啟發學生尋找、認識、使用儀器。學科項目化學習有助于學生個體核心素養的生成。

[關鍵詞]項目化學習;物理實驗;高階認知

2017版的高中新課程標準強調，教育過程應該以逐步形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力為目標。作為教育公正和高質量標桿的芬蘭，在其2014年發布的《基礎教育國家核心課程大綱》中提出了類似的學習觀：學生是積極的學習者，唯有幫助他們成為自我學習者（自己設定目標、掌握學習策略、反思學習）并體會到學習的樂趣，才能讓他們成為終身學習者。以下，將借助物理實驗深度設計研究中的一個案例探討學科項目化學習設計的流程。

一、學科項目化學習研究的方式

學習素養的本質是心智的靈活轉換，表現為學習者在新情景中運用所學解決問題，創造出新意義與新知識。項目化學習有利于促進學習者知識、能力與態度的整合，奠定學習者心智自由的基礎。從課程改革的發展來看，出現了基于問題的學習、研究性學習、探究性學習等學習形式，但是這些學習方式在高強度評價盛行的教育生態下，只能用獨立的研究型形態的課程進行[1]。為此，夏雪梅研究團隊首次提出了學科項目化學習的概念，并指出在學科課堂上應用項目化學習模式應注意以下幾個方面。

一是避免“花瓶”現象。所謂“花瓶”現象，即過分注重活動，制作內容拼盤卻不指向關鍵能力和概念，甚至將項目化學習簡單地理解為綜合實踐活動，造成教學目標和教學過程脫節。項目化學習的課堂模式是在不增加總體課時情況下的學習，如果活動過多，會使學生不能靜心思考解決問題的方法。美國學者托馬斯認為，項目化學習的首要特征是其向心性，即項目是課程的中心而非課程的外圍和邊緣，學生通過項目接觸、學習學科的核心概念[2]。

二是避免“擱淺”現象。例如，在“測量做直線運動物體的瞬時速度”的物理實驗中，如果學生一直在教師的設問和指導下按部就班地用打點計時器完成實驗，缺乏對速度測量方法多樣性的分析，缺乏自主選擇器材、組裝器材的科學思考，只在“正確道路”上行走，那么這一過程雖然有動手實踐卻缺乏高階認知策略的參與。項目化學習應該是“求學”式、培養高階思維能力的學習，不應只是解答教師的提問，而是要以解決學生的問題為中心，引導學生深入學習。

三是重視學生成果的展現。缺乏學生成果展現的課堂，本質上是教師自以為是的教學效果達成，沒有擺脫傳授性課堂的特征。項目化學習的重要特征之一就是讓學生產生成果并進行展示，這將使學習效果的評價更加客觀，有效促進學生對概念的理解和關鍵能力的提升。

二、物理實驗的項目化學習流程

1.確定項目化實驗設計的內容

以“測量做直線運動物體的瞬時速度”的物理實驗為例，其目的是研究物體的直線運動。在項目化學習的設計中，應包含以下內容。

一是對物理實驗進行項目化描述。物體運動是力學板塊的重要分支，是力和能量相聯系的橋梁。生活中能觀察到的運動往往是復雜的，可以從項目化學習的角度，促進學生掌握探究、描述簡單直線運動的科學方法。其過程是：測量做直線運動的物體在某時刻或某位置瞬時速度的大小，并記錄多組數據，描述物體運動情況，啟發學生自主尋找、認識并使用實驗儀器。

二是明確基于核心素養的項目化核心知識和技能。如本項目化實驗的核心知識與技能包括：根據研究項目設計實驗過程并熟練操作，完成運動規律的探究;會運用已學知識處理紙帶，包括用近似方法計算紙帶上各點的瞬時速度;會用表格法處理數據，并合理猜想;認識數學化繁為簡的工具作用，運用物理圖象直觀地展現規律、驗證規律，掌握畫物理圖的一般方法，并能用簡潔的語言進行闡述。

三是確定關鍵概念和能力。在本項目化實驗中，具體包括如下概念和能力：探討理解“瞬時速度、平均速度”等關鍵概念的生成;通過對小車運動的項目化設計，積極主動思考問題，鍛煉思考的全面性、準確性與邏輯性;通過對紙帶的處理、實驗數據的圖像展現，培養實事求是的科學態度，能靈活地運用科學方法研究問題、解決問題、提高創新意識;在猜測實驗數據的過程中，提高合作探究能力;在闡述現象和規律的過程中，提高語言表達能力，體現各學科之間的聯系，并引申到各事物間的關聯性，體會速度計、雷達測速儀的工作方式;通過經歷實驗過程，體驗探索運動規律的方法。

2.通過驅動性問題經歷高階認知過程

教師要明確項目化學習中的驅動性問題。如本實驗的驅動性問題是：如何描述物體的直線運動情況？驅動學生科學思維的問題是：如何在實驗室記錄一輛小車的運動情況？如何測量小車的運動瞬時速度？這些問題，是為了使學生在開展項目化研究的過程中經歷高階認知過程（見圖1）。

3.以項目化問題驅動素養提升

教師應思考并搭建適宜的教學支架。教師應提供分析與建議，即通過分析獲得情景問題的解決方案，這是全程教學支架的關鍵。在此基礎上，引導抽象與構建，要求從情景回到實驗室，即從抽象的問題中構建出模型;可進行比較與選擇，這是關于模型試驗組裝方式的研究;要有反思與改進，即在項目過程中主動發現問題并改進解決問題的方法（見圖2）。

在具體的項目化實驗中，學生將充分經歷求學與認知的過程，如表1[3]所示。

4.用評價促進知識的融合與素養的提升

教師應利用評價促進知識的融合與素養的提升。評價應關注每個人是否都在團隊中發揮了作用，如合作記錄小車的運動情況，合作完成數據表格、圖像等，并要展現團隊成果。團隊要能對小車的運動情況進行展示介紹，討論過程的不足及改進方法，并制作出實驗報告。展示方式包括描述主要實驗過程、介紹研究成果等。在匯報成果時，要能進行恰當的自我評價，這是一種對必備品格的反思和關鍵能力的自省;還可通過互評表（見表2），在聽取各組匯報成果后開展互評。

三、對項目化學習過程優勢的思考

發展核心素養的目標是培養必備品格和關鍵能力，這需要學校提高認識，教師放慢腳步。在項目化學習中，學生形成概念性知識意味著不僅知道而且能夠理解這個概念的特點，能運用其作為工具分析新的情景。

1.培養高階思維

高階思維是相對于低階思維而言的，低階思維包括信息收集、組織、儲存、鞏固等，這是學生參加選拔性考試的必備技能;而高階思維則包括對項目或任務進行系統分析、問題解決、決策等。學生擁有了高階思維能力，才能更好地適應終身發展和未來社會發展的需要。

如本例中生活實踐向實驗探究過渡的環節，要求學生描述運動情況。面對“氣墊導軌”或“打點計時器”的選擇，面對動力因素的選擇，有的學生直接提出了“在氣墊導軌上加裝打點計時器”的想法。

2.促進知識內化

教師經常會發現，學生想清楚了一個問題，但是換到新情景中又無從下手了，這說明知識并未得到內化。新高考提出的情景彌補問題、問題解決等，旨在引導學生有意識地建構豐富的情景。如果學生平時還只是專注于練熟公式和各類題型，將很難想象新的情景，不利于解決問題。所以項目化學習其實開創了新課標有效教學的新途徑。

如本例中的實驗技術環節，對于“小車如何獲得動力，是利用斜面還是手拉”這樣一個簡單的問題，是很難憑空腦補其情境的，經常有學生無法從紙帶獲取運動情況。而學生通過自己做出選擇并親自操作后，就能更好地從紙帶打點的疏密情況體會運動的過程。

3.開發學生頭腦

課程標準體現了彈性，學習的有效程度取決于學生頭腦的活躍程度。依照課本按部就班的操作容易忘記，而項目問題的導向使學生必須選擇、質疑、反思，主動思考并運用科學思維方法，這樣才會培養出聰慧的頭腦。

例如本項目的調控環節，檢驗反思實驗數據是否合理，對出現的問題進行分析，并對實驗作出調整，就是一種不斷活躍思維的表現。學生通過主動完成任務，才會逐漸生成智慧。

4.激發學生科學態度與責任感的生成

學生通過具體而有目的的研究才能感知存在于自然界的力量，反思自己的責任，實事求是，