基于以概念為導向的高中物理微項目式學習實踐
——以“全反射”教學為例

林樂鑫

（深圳市高級中學，廣東 深圳 518000）

1 引言

教學實踐中，現(xiàn)行中學物理知識主要以章節(jié)形式呈現(xiàn)，大多數(shù)章節(jié)如果要開展項目式學習，則需要對章節(jié)進行重組因而對常規(guī)課影響很大，在高中課堂很難開展.但是筆者注意到章節(jié)中大部分課程可以作為一個相對較小的項目進行探究，因此結合教學實際提出以概念為導向的微項目式學習課程（Concept Micro Project-Based Learning，簡稱CMPBL）.CMPBL作為一種獨立的課程形態(tài)，可以普遍適應于學科或跨學科學習之中，可以作為中學生非常重要的學習方式.在一個獨立的課時中運用項目設計完成課程內(nèi)容，學生通過自主學習和合作探究來解決問題，從而學習隱含在問題背后的概念及科學知識，培養(yǎng)學生的概念思維能力、合作交流能力、動手操作能力、創(chuàng)造能力和批判性思維，實現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)期望.

“全反射”是幾何光學中重要的知識點，是對前一節(jié)書中反射和折射知識的深化理解，是光路傳播問題的延伸應用.教材從生活現(xiàn)象引入，并且大篇幅地提供全反射現(xiàn)象在生活和現(xiàn)代科技中的應用素材，體現(xiàn)了新教材重視知識與生活科技相聯(lián)系的特點.本文從驅動問題、概念初探、開展研究和評價反饋4個方面開展微項目式學習，如圖1所示.以制作“隱形裝置”作為微項目核心開展教學，希望通過對現(xiàn)象的觀察和解釋來實現(xiàn)學生對全反射概念的深層次理解，同時培養(yǎng)學生感受生活和探索知識的能力.

圖1 微項目學習課堂流程圖

2 基于以概念為導向的高中物理微項目式學習案例——以“全反射”教學為例

2.1 研讀課標教材，精心設計驅動問題

驅動問題是微項目式學習的關鍵，教師必須在研究教材和課標的基礎上，緊密聯(lián)系學科知識，聯(lián)系生活實際，選取具有真實性、趣味性和操作性，而且具有培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的問題作為驅動問題.驅動問題可以是教材知識的拓展延伸，也可以是具有學科意義的社會問題或現(xiàn)象，同時要考慮適宜在一節(jié)課中完成的問題.在“全反射”教學中，筆者首先演示科技館中真實存在的隱身屋及隱身效果，如圖2所示，給予學生極大的視覺沖擊，緊接通過投屏技術展示自制的具有相同效果的隱身裝置（訂書機是模擬背景，玩偶是模擬被隱身物，當玩偶放在隱身裝置中時，下半部分被隱身，只能看到后面的訂書機，如圖3、4所示），學生的學習熱情再次得到激發(fā).如何制作隱身裝置？這個驅動問題取材于生活，雖然學生可能見過，但是很多學生對其中蘊含的知識是一知半解，問題的提出恰好在學生的最近發(fā)展區(qū)中，真實且有意義.

圖2 “隱身屋”

圖3

圖4

2.2 融合線上線下，進行概念初探

線上線下融合教學，即教師通過教學平臺發(fā)布數(shù)字化學習資源和測驗，學生在網(wǎng)絡教學平臺上按照要求對基礎知識進行自主學習，然后教師在線下課堂中進行面對面交流，以解決課程中的難點問題.這種教學模式結合了線上教育和線下教育的優(yōu)點，把時間和空間兩種學習途徑融合為一體.該模式在一定程度上培養(yǎng)學生自主學習能力，并且大大提高課堂效率，用較少的時間完成概念初探.

（1）線上自學，挖掘盲區(qū).

在本節(jié)課的設計中，筆者首先就全反射中涉及的基本概念：光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)、全反射、臨界角等以及全反射的應用進行微視頻制作，繼而設計預習檢測題.

題① 下列說法正確的是

（A）因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質(zhì).

（B）因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質(zhì).

（C）在岸上能看見水中的魚是因為全反射的原理.

（D）同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大.

題② 關于全反射，下列說法中正確的是

（A）發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線.

（B）光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射.

（C）光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，不可能發(fā)生全反射.

（D）光的入射角必須小于臨界角才可能發(fā)生全反射.

題③ 光線從折射率為（ ）的介質(zhì)中射向空氣，如果入射角為60°，下列光路可能的是

題④ 空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖5所示.方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡.圖6給出了兩棱鏡的4種放置方式的示意圖.其中能產(chǎn)生圖中效果的是

圖5

圖6

統(tǒng)計并分析表1的數(shù)據(jù)得到學生對于基本知識已經(jīng)掌握，再結合課標要求確定本節(jié)課還需重點講解的知識有：① 全反射的條件；② 臨界角的計算及靈活應用；③ 全反射應用實例的光路分析.

表1

（2）線下研討，初探概念.

鑒于線上學習的前提下，筆者在線下教學中有針對性的設計了3個內(nèi)容：① 通過投屏演示“全反射實驗”，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直邊上，在玻璃與空氣的界面上會發(fā)生反射和折射，逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化，從而總結全反射的條件，如圖7所示；② 結合板書，根據(jù)光路的可逆性，推導臨界角的表達式；③ 介紹全反射在生活和生產(chǎn)中的應用，比如演示光導纖維（如圖8），介紹光纖通信、內(nèi)窺鏡和全反射棱鏡等.

圖7 觀察全反射現(xiàn)象

圖8 光導纖維

經(jīng)過該環(huán)節(jié)的學習，學生對全反射相關知識有了較全面的認識，基本實現(xiàn)了概念初探.在過程上依托線上平臺將線上網(wǎng)絡學習和線下課堂學習進行深度融合，既實現(xiàn)教學相長和教學評價多元化，同時也培養(yǎng)了學生的信息素養(yǎng).

2.3 圍繞驅動問題，開展深入研究

在微項目式學習課題的課堂研究中，教師精心設計的驅動性問題和課堂教學組織是完成項目研究的關鍵.筆者在課堂的最初就提出了本節(jié)課的驅動問題：制作“隱身裝置”，課堂第二環(huán)節(jié)的概念初探，給學生提供了知識基礎，降低項目探究的難度，為學生進行該項目的繼發(fā)研究搭建了學習腳手架.此外，筆者進行分組探究時給每一小組提供制作“隱身裝置”的導學案，為項目的完成提供進一步的保障.項目開展具體如下.

（1）分工合作，深入探究.

筆者將學生每6個人分成一個小組，明確每位學生的職責（組織者、操作者、觀察者和記錄者），并給學生提供了可供使用的器材：底板、背景物體、4個等腰直角三棱鏡、固體膠棒（用于被隱身的物體）和雙面膠（用于固定器材）等.首先引導學生在導學案繪制“隱身裝置”中4個等腰直角三棱鏡可能的擺放位置，繼而按照繪制的擺放圖動手實驗，驗證自己的想法（如果不能實現(xiàn)則及時調(diào)整方案），并且將裝置固定好，如圖9所示.此外還要求學生在解決驅動問題的基礎上，填寫“隱身”裝置說明書，如圖10所示，解決目前許多課堂教學和生活應用相脫節(jié)的實際問題.

圖9 導學案

圖10 “隱身裝置”說明書

（2）上傳作品，績效評估.

通過投屏軟件，教師在課堂巡視的過程中可以實時呈現(xiàn)各小組的探究進程以及過程中遇到的問題，實現(xiàn)生生、師生之間共同的研討，評估方案的可行性和科學性，協(xié)助小組完善實驗設計并最終通過平板電腦上傳每個小組的項目成果，為接下來的評估做好準備.學生的學習內(nèi)容和方式很大程度取決于評估，所以績效評估對學習效果非常重要，項目式學習的評估方法一般采用小組自評、互評和教師評議相結合進行，小組成員的自評或小組間的互評需要建立在教師根據(jù)成員角色及分工情況擬定的評估依據(jù)上，本文采用的評估依據(jù)如表2.表2僅是制作評價軟件的依據(jù)，實際授課中教師和每個小組都有一個平板電腦，可以上傳或查閱各小組的項目成果的照片或者視頻，并且直接在平板上進行評分，自動計算評分結果.

表2 項目成果評分表

（3）項目展示，心得匯報.

為了檢測評價的客觀性兼顧課堂的時效性，可以選擇評分較高的1-2個小組進行展示匯報，其他小組可以補充、提問或者質(zhì)疑.一方面培養(yǎng)學生的歸納、演講和辯證批判的能力，另一方面也幫助沒有完成項目學習的小組完成學習內(nèi)容.筆者結合自評、互評和師評的結果，抽取分數(shù)最高的小組就“隱身裝置”進行展示，并詳細介紹“隱身裝置”的說明書.該環(huán)節(jié)能有效培養(yǎng)學生合作交流、準確表達、評估和反思項目探究的過程與結果的能力，落實提高學生的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目的.

圍繞驅動問題進行深入探究，不僅能深化對概念的理解，同時提高學生的實驗技能，培養(yǎng)學生尊重事實證據(jù)的習慣，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度.分組開展研究的過程能充分激發(fā)每個組員的學習動機，培養(yǎng)學生合作學習能力、表達能力、團隊意識和學習的主動性，變革傳統(tǒng)的物理課堂教學方式.

2.4 實施多維檢測，進行評價反饋

微項目式學習是一種教學手段或途徑，經(jīng)過項目式學習，學生的操作能力、交流能力等非智力因素能得到不同程度的提升.但教學評價是以教學目標為依據(jù)，為了檢測學習的達成目標和項目式學習的效果，筆者認為課堂上除了診斷性評價，還可以結合形成性評價，實施多維評價，如果評價結果和預期的教學目標相符，則表明項目式學習是成功的.相反，教師則需要重新考慮教學目標的適當性或者該途徑的有效性，進一步改進教學過程.在該案例中，筆者在課堂的最后進行了形成性評價，布置3道習題，具體如下.

題① （單選）已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下幾種方式傳播，不可能發(fā)生全反射的是

（A）從玻璃射入水晶.

（B）從水射入二硫化碳.

（C）從二硫化碳射入水晶.

（D）從水晶射入水.

題② （單選）空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖11所示.方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡.圖12給出了兩棱鏡的4種放置方式的示意圖.其中能產(chǎn)生圖中效果的是

圖11

圖12

題③ （單選）為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學在半徑為r的圓形薄軟木片中心垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖13所示.已知水的折射率為，為了保證表演成功（在水面上看不到大頭針），大頭針末端離水面的最大距離h為

圖13

筆者采用了反饋器實時收集診斷學生的答題情況，第1題正答率為95.2%，說明大部分學生對于基本概念的掌握是到位的.第2題與預習檢測題第4題是同一個題目的二次測試（選項發(fā)生了變化），課前測試學生的正答率為69.0%，第2次的測試正答率為97.6%，學生基本掌握，說明學生對于全反射的應用有所提高，微項目式學習的實施是成功的.但第3題學生的正確率只有52.4%，說明學生的知識層面仍存在漏洞，筆者緊接著采用了同儕教學法，讓學生進行分小組討論，二次作答后正確率提升至90.5%，說明學生們基本掌握.緊接著從作答正確的學生中選出一人在講臺上進行課堂分析，進一步加深同學們的理解.

3 總結

CMPBL是一種新的教學模式，具有結構整體化、過程情景化、層次深度化和引導自主化等特點，在實際教學中仍處于嘗試應用階段，但其教學效果十分明顯.通過建設開展CMPBL課程，讓學生圍繞驅動問題，進行概念初探，繼而進行深層次研究，能使學生有效學習以及深度理解概念，培養(yǎng)學生像科學家一樣發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題，從而培養(yǎng)學生思維能力及提升學生物理核心素養(yǎng).最后，通過建立形成性評價系統(tǒng)，保證微項目式學習的學習效果，實現(xiàn)自檢和及時的自我調(diào)整.值得一提的是，信息技術的快速發(fā)展以及與學科的深度融合的不斷成熟，比如本節(jié)課的所提到的線上線下融合教學、投屏技術、成果上傳及評分系統(tǒng)和反饋器等技術手段，為開展和推進微項目式學習提供了可能和更好的實現(xiàn)效果.因此在新時代的背景下，為了落實學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，CMPBL是值得物理教師們嘗試和完善的.