大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)

李文卓 邵明輝 朱堯

摘 ? 要：從大概念的角度出發(fā)，整合物理項目式學(xué)習(xí)，提出了一種新的設(shè)計思路，以“橋的設(shè)計”為例建立大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)設(shè)計框架。不僅豐富了大概念和物理項目式學(xué)習(xí)的研究成果，也為培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)提供了一個切實有效的方法。

關(guān)鍵詞：大概念；物理項目式學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2023）7-0065-5

培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是我國教學(xué)的價值導(dǎo)向和目標追求，《普通高中物理課程標準（2017年版２０２０年修訂）》明確提出了高中物理課程應(yīng)在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，進一步促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展。項目式學(xué)習(xí)可以很好地提高學(xué)生的自主實踐探究能力和科學(xué)探究意識。同時，結(jié)合大概念的整合性思維與物理項目式學(xué)習(xí)，來培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和跨學(xué)科實踐操作能力，向?qū)W生滲透物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

１ ? ?大概念的內(nèi)涵與實踐現(xiàn)狀

大概念源自奧爾森和懷特利等教育科學(xué)領(lǐng)域的教育專家，它是具體科學(xué)概念和具體事物的概括和凝練，擔當著一個“組織者”的身份，奧蘇貝爾的“要領(lǐng)概念”以及布魯納的“基本概念”中都有相關(guān)論述［１-２］。大概念是具有良好遷移作用的上位概念。它提供了一種跨學(xué)科的視角，以整合性的方式從更深層次認識和理解物理事實和技能［１］。大概念可以分為事實知識與技能、學(xué)科一般概念、學(xué)科大概念、跨學(xué)科概念和哲學(xué)觀念五個層級。教學(xué)中，有兩種明確大概念的方式，一種是從抽象到具體，另一種是從具體到抽象。項目式學(xué)習(xí)中的大概念基本是按照這兩種方法確定的［１－４］。不同學(xué)科的項目式問題都可以找到與之對應(yīng)的大概念，如表１所示。

但是，當下的中學(xué)物理教學(xué)中，大概念的實際操作性并不強。這是因為部分教師往往依照教材向?qū)W生傳授知識，難以幫助學(xué)生建立起學(xué)科框架。這一問題，可以借助大概念的思維方式解決。例如，可以利用圓周運動這一大概念整合重力、向心力、加速度等知識，幫助學(xué)生建立對知識的整體性理解，從而解決其他物理問題。因此，為貫徹新課標的要求，教師需要運用大概念促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的真正形成。

２ ? ?物理項目式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵與實踐現(xiàn)狀

物理項目式學(xué)習(xí)是將項目式學(xué)習(xí)中的設(shè)計環(huán)節(jié)與物理課堂教學(xué)相結(jié)合，在實踐中逐步培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。物理學(xué)科實踐性強，物理項目式學(xué)習(xí)不僅可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，還能提升學(xué)生探索知識、獲得知識的主觀能動性。例如，一個涉及電能、電功、電功率的項目式問題：家用電器一年內(nèi)待機狀態(tài)下浪費的電能可以用來做些什么？該問題把課本上死板的知識點轉(zhuǎn)化成鮮活的探究項目，學(xué)生需要查閱相關(guān)資料了解各種用電器的平均能耗，從抽象到具體地建立物理概念并進行應(yīng)用，最終合理計算損耗的電能［３］。這種物理項目式學(xué)習(xí)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也能潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保節(jié)能意識。

新課標要求提高學(xué)生的跨學(xué)科實踐能力，物理項目式學(xué)習(xí)越來越受到學(xué)校和教師的重視。教師也希望通過這種新穎的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生更好地提升科學(xué)素養(yǎng)。但是，在項目式學(xué)習(xí)與物理學(xué)科教學(xué)相結(jié)合的實踐研究中，具體實踐的可操作性并不強。例如，在太陽能烹飪這一項目中，需要用到光的反射以及能源的利用等物理知識。但在實際操作過程中，學(xué)生卻未能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)到光學(xué)的知識體系，獲得的知識較為零散，無法靈活地運用光學(xué)觀念解決相關(guān)問題［４］。在這種情況下，需要用大概念來整合項目式學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生通過項目式學(xué)習(xí)建立完整的知識架構(gòu)。

３ ? ?基于大概念的物理項目式學(xué)習(xí)設(shè)計

基于大概念和物理項目式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及實踐現(xiàn)狀，結(jié)合課程標準和學(xué)生情況，將大概念與物理項目式學(xué)習(xí)相結(jié)合，以一種新穎的學(xué)習(xí)方式，將跨學(xué)科或?qū)W科內(nèi)分散的知識點有意義地聯(lián)系起來。大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)設(shè)計應(yīng)該包含項目背景、項目主題、項目設(shè)計、項目實施、項目成果展示及評價、項目反思六個環(huán)節(jié)。其中，項目背景從課程標準、教材內(nèi)容、學(xué)情分析三個方面展開分析，并按照確定項目主題、設(shè)定大概念、制訂教育目標、設(shè)計驅(qū)動性問題、對學(xué)生分組、設(shè)定預(yù)期成果、設(shè)計評價表等步驟進行項目設(shè)計。接下來，根據(jù)項目設(shè)計進行項目實施、項目成果展示及評價和項目反思。以“橋的設(shè)計”為例，大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)設(shè)計流程如圖１所示。

４ ? ?大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)設(shè)計案例

４．１ ? ?項目背景

橋是道路交通的重要組成部分。近年來，中學(xué)教材中經(jīng)常出現(xiàn)一些與橋梁相關(guān)的內(nèi)容。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機械運動、圓周運動等知識，也具備使用簡單工具的能力。而橋梁的設(shè)計需要運用力與運動大概念下的壓力、向心力、力的合成與分解、壓強等多個物理知識點，以及結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)等跨學(xué)科知識。讓學(xué)生親歷橋梁的設(shè)計過程，不僅能夠培養(yǎng)其探索未知事物的能力，更能從力和運動這一大概念出發(fā)，幫助學(xué)生更好地掌握物理知識，增強跨學(xué)科實踐能力。因此，選用“橋的設(shè)計”為例開展基于“力和運動”大概念的項目式學(xué)習(xí)。

４．２ ? ?項目設(shè)計

４．２．１ ? ?確定大概念

大概念是物理學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的核心知識。大概念一定要落在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，尤其是物理教學(xué)，更加需要教師幫助學(xué)生理清前后知識的連貫性。橋梁的設(shè)計，靈感來源于高中物理必修二向心力課程。該階段的學(xué)生已經(jīng)具備了一定的物理知識基礎(chǔ)，可以結(jié)合力與運動來分析物理情境，但需要新穎的學(xué)習(xí)設(shè)計來提高學(xué)習(xí)興趣。于是，確定了大概念是力和運動。當然，橋的設(shè)計過程中也需要數(shù)學(xué)比例尺、美術(shù)模型美化等跨學(xué)科知識，這也符合當下課程標準中跨學(xué)科實踐對學(xué)生全方面發(fā)展的要求。

４．２．２ ? ?制訂項目目標

在此項目中，學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)自己所學(xué)知識，通過收集和整理與橋梁設(shè)計相關(guān)的資料，設(shè)計出一款安全且美觀的橋。項目目標可以分成以下四個方面：

物理觀念：學(xué)生知道研究橋梁承重能力時研究對象是質(zhì)點，建立起運動和相互作用的物理大概念。

科學(xué)思維：學(xué)生通過觀察橋梁案例，運用模型建構(gòu)思維來分析橋梁承重能力的影響因素，建構(gòu)包含壓力、圓周運動等知識和相互作用的大概念。

科學(xué)探究：學(xué)生經(jīng)歷橋梁設(shè)計的過程，運用物理知識探究橋的承重能力的影響因素，從而建構(gòu)力和運動的大概念。

科學(xué)態(tài)度與責任：學(xué)生能夠關(guān)注國家建設(shè)發(fā)展，有創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作意識。

４．２．３ ? ?設(shè)計驅(qū)動性問題

驅(qū)動性問題是整個項目學(xué)習(xí)的核心，學(xué)生圍繞驅(qū)動性項目展開項目學(xué)習(xí)。因此，驅(qū)動性問題應(yīng)當滿足情境化、可實施性、新穎性等特點。在“橋的設(shè)計”中，驅(qū)動性問題為：探究橋的承重能力與哪些因素有關(guān)。

４．２．４ ? ?對學(xué)生進行分組

為了讓每一個學(xué)生都能投入學(xué)習(xí)，在分組時應(yīng)當遵循“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”的原則，對全班學(xué)生進行科學(xué)搭配，合理分組。

４．２．５ ? ?預(yù)期成果

教師對項目成果要有合理的預(yù)期，難度不能太大或過于復(fù)雜。在“橋的設(shè)計”項目中，設(shè)計的橋梁要有一定的承重能力，要有研究報告和橋梁結(jié)構(gòu)說明書等。

４．２．６ ? ?項目式學(xué)習(xí)的評價多樣化

在“橋的設(shè)計”項目中，采用過程性評價和形成性評價相結(jié)合的方式，過程性評價采用組內(nèi)互評的方式，最終作品呈現(xiàn)采用組間互評的終結(jié)性評價方式。

４．３ ? ?項目實施

該項目的實施以教師的全程指導(dǎo)、學(xué)生的全身心參與為基本原則，以物理大概念為背景，以橋梁的設(shè)計為顯性活動進行實施。此項目涉及到的物理知識有壓力、壓強、浮力、力的平衡與分解、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)等。因此，在“橋梁的設(shè)計”目的研究中，可以將中學(xué)里力學(xué)的大部分知識進行整合，加強物理知識的融合。同時，學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動設(shè)計的過程也是發(fā)展和建立大概念的過程。其中，“橋梁的設(shè)計”是整個項目中最核心的部分，教師通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生分析和探索橋梁承重能力的影響因素等驅(qū)動性問題，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計模型，并交流測試結(jié)果。項目實施流程如圖２所示。

任務(wù)一：引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，思考問題：你了解橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計嗎？橋梁的主要結(jié)構(gòu)及其功能關(guān)聯(lián)到哪些物理知識呢？通過小組成員間的討論，請造橋工程師向大家介紹各部分結(jié)構(gòu)的名稱及功能，學(xué)生能結(jié)合自身經(jīng)驗和資料收集，初步設(shè)想出一款安全且美觀的橋梁。

任務(wù)二：學(xué)生通過上一環(huán)節(jié)確定項目式的任務(wù)后，通過小組內(nèi)討論分析橋的承重能力與什么因素有關(guān)？思考問題：橋梁及承載物的重量由誰承擔？怎樣能將橋梁受到的力分散和轉(zhuǎn)移？小車過橋的向心力由誰提供？什么情況下小車脫離軌道做離心運動？橋梁的設(shè)計還受哪些自然因素的影響？以小組合作的方式探索這些驅(qū)動性問題，并能結(jié)合各方面知識提出自己對此問題的見解。

任務(wù)三：畫出橋梁設(shè)計的初稿，引導(dǎo)學(xué)生分析其涉及到的力學(xué)中的受力分析、運動和相互作用觀念、數(shù)學(xué)中的比例尺進行等比例縮放、后期對模型的美化等跨學(xué)科知識。

任務(wù)四：引導(dǎo)學(xué)生鞏固運動和相互作用的大概念，學(xué)生完成作品，展示交流。

四個項目任務(wù)分別對應(yīng)項目的驅(qū)動、設(shè)計、開展和發(fā)布。以“橋的設(shè)計”為例，根據(jù)任務(wù)展開教師活動和學(xué)生活動，主要教學(xué)流程如表２所示。

５ ? ?項目評價

項目評價要圍繞物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責任四個方面展開。評價目標不僅要重視學(xué)生項目式學(xué)習(xí)的結(jié)果，還要對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)過程中物理核心素養(yǎng)的形成等方面進行全方面評價。項目評價包括項目前期收集整理資料的表現(xiàn)、對資料的處理情況、實踐方案的設(shè)計、項目作品的展示、學(xué)習(xí)過程的積極主動性等要素［５］。

項目評價量表根據(jù)項目目標從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責任四個方面展開，分為優(yōu)秀、良好和及格三個等級，如表３所示。

設(shè)計大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)的目的是為了契合新課標對學(xué)生科學(xué)探究能力和跨學(xué)科實踐能力的要求。因此，對學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的評價必不可少。這就要求教師在項目式學(xué)習(xí)之后評判學(xué)生具體認識了什么、明白了什么、最后做出了什么。重點考查學(xué)生物理問題的分析能力、團隊協(xié)作能力、實踐過程中跨學(xué)科知識的運用能力、知識遷移能力等［６］。

６ ? ?項目反思

大概念背景下，物理項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計框架有以下幾個優(yōu)點：第一，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。項目式學(xué)習(xí)設(shè)計新穎有趣的驅(qū)動性項目，能解決學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥、積極性不高的問題。第二，能培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力，使其真正體會問題、證據(jù)、解釋、交流的科學(xué)探究過程。第三，幫助學(xué)生理解物理觀念。大概念幫助學(xué)生很好地整合了物理知識脈絡(luò)，解決更多物理問題。第四，能提高學(xué)生跨學(xué)科實踐能力。

大概念背景下的物理項目式學(xué)習(xí)為物理新課程標準的實踐探究和跨學(xué)科實踐提供了很好的解決辦法，在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的同時，幫助其建立大概念，整合物理概念和規(guī)律。該工作為新課標下物理課堂教學(xué)與設(shè)計提供了一種參考。

參考文獻：

［１］張春興． 教育心理學(xué)：三化取向的理論與實踐［Ｍ］．杭州：浙江教育出版社， １９９８：２２０．

［２］布魯納． 布魯納教育論著選［Ｍ］．邵瑞珍，張渭城，等譯． 北京：人民教育出版社， １９８９： ２４，３１－３２．

［３］陳倩．大概念統(tǒng)整的學(xué)科項目化學(xué)習(xí)設(shè)計研究［Ｄ］．成都： 四川師范大學(xué)， ２０２０：３４－３８．

［４］彭羿． 基于項目式學(xué)習(xí)方式的初中物理教學(xué)研究——以“制作可調(diào)節(jié)亮度的手電筒”項目為例［Ｊ］． 物理教學(xué)探討， ２０２０，３８（９）： ６４－６６．

［５］徐明樹．項目式學(xué)習(xí)在高中物理教學(xué)中的實踐研究［Ｄ］． 重慶： 西南大學(xué)， ２０２０：１９－３２．

［６］武夢瑋． 項目學(xué)習(xí)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究［Ｄ］． 天津： 天津師范大學(xué)， ２０１９：３６－３９．

（欄目編輯 ? ?賈偉堯）