【專家介紹】

劉林（1970-），女，正高級教師，山東省特級教師，山東省教學(xué)能手，青島市教育科學(xué)研究院高中物理教研員，教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心、課程教材研究所普通高中物理學(xué)科青島教研基地常務(wù)負(fù)責(zé)人，中國教育學(xué)會物理教學(xué)專業(yè)委員會理事，主要從事中學(xué)物理教學(xué)論和高考評價研究。

摘 ? 要：新時代的育人方式倡導(dǎo)基于情境和問題導(dǎo)向的體驗(yàn)式、互動式、探究式、啟發(fā)式的課堂教學(xué)組織形式，注重項(xiàng)目式等學(xué)科內(nèi)綜合或跨學(xué)科綜合的教學(xué)，倡導(dǎo)充分開展的探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)[1]。文章闡述以小組合作方式解決真實(shí)問題的項(xiàng)目式教學(xué)，主張教師依據(jù)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)和配套教材選擇項(xiàng)目內(nèi)容，學(xué)生自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案、課下制作項(xiàng)目裝置、課上交流項(xiàng)目成果等教學(xué)環(huán)節(jié)。通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目的實(shí)施不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，而且能夠有效培養(yǎng)學(xué)生思維能力和應(yīng)用物理知識解決真實(shí)問題的能力，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式教學(xué);真實(shí)情境;核心素養(yǎng);教學(xué)改進(jìn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2022）2-0001-5

項(xiàng)目式教學(xué)即基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-Based-Learning），簡稱PBL，是一種建構(gòu)主義理念下以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，即學(xué)生通過一定時長的小組合作方式，解決一個真實(shí)世界中復(fù)雜的、具有挑戰(zhàn)性的問題;或完成一項(xiàng)源自真實(shí)世界經(jīng)驗(yàn)且需要深度思考的任務(wù)，進(jìn)而逐步習(xí)得包括知識、可遷移技能、高階思維能力、關(guān)鍵品格等在內(nèi)的21世紀(jì)核心素養(yǎng)[2]。

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）核心素養(yǎng)理念的指導(dǎo)下，本文基于“設(shè)計(jì)顯示加速度大小的裝置”案例，說明如何設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)活動，以探討提升學(xué)生的知識、能力和素養(yǎng)的教學(xué)改進(jìn)策略。

1 ? ?項(xiàng)目內(nèi)容的選擇

根據(jù)杜威的學(xué)生克伯屈在1918年對“項(xiàng)目式教學(xué)”的系統(tǒng)、完整的論述可知，“項(xiàng)目”是“在社會環(huán)境中發(fā)自內(nèi)心地進(jìn)行有目的的活動或活動單元”，是為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)的教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生內(nèi)部學(xué)習(xí)動機(jī)是項(xiàng)目式教學(xué)的重要特征。所以，項(xiàng)目內(nèi)容主要應(yīng)包括以下幾個方面：項(xiàng)目必須是一個要解決的實(shí)際問題;必須是一系列有意義的單元活動;必須由學(xué)生親自編制計(jì)劃和實(shí)施項(xiàng)目;需要包括一項(xiàng)有始有終的活動。

如何選擇項(xiàng)目內(nèi)容？這是決定項(xiàng)目式教學(xué)能否達(dá)到教學(xué)目的的關(guān)鍵。從學(xué)生生活中的真實(shí)情境出發(fā)，提出項(xiàng)目任務(wù)活動，讓學(xué)生知道研究這個項(xiàng)目具有真實(shí)的重要的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。項(xiàng)目內(nèi)容的選擇應(yīng)力求呈現(xiàn)真情境，設(shè)計(jì)真問題，使問題真正得到解決。

相對初中物理來說，高中物理在邏輯思維、理論分析、數(shù)學(xué)運(yùn)算、定量要求以及物理概念的嚴(yán)密性和實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性等若干方面都有了較高的要求?！凹铀俣取备拍钍歉咧形锢碇匾暮诵母拍钪?，2019年人教版高中物理教材將加速度及相關(guān)內(nèi)容安排在必修第一冊的第一章，這是學(xué)生第一次接觸物理學(xué)中抽象的“變化率”的含義，是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，對于學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理來說至關(guān)重要。本文選取了“設(shè)計(jì)顯示加速度大小的裝置”作為項(xiàng)目內(nèi)容，讓學(xué)生深刻體會應(yīng)用加速度這一概念解釋生活中的真實(shí)問題情境，提高學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。

2 ? ?項(xiàng)目問題和任務(wù)的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目式教學(xué)的問題設(shè)計(jì)或者任務(wù)設(shè)計(jì)是決定教學(xué)過程成敗的關(guān)鍵。問題或者任務(wù)的選取，要基于物理情境，能夠激勵學(xué)生主動參與課堂教學(xué)的全過程，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠調(diào)動學(xué)生的深度思維。當(dāng)然，并非所有的物理課程內(nèi)容都適合于項(xiàng)目式教學(xué)的組織形式，一般來說，可以根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、生活實(shí)踐類問題情境等確定項(xiàng)目問題和任務(wù)。下面以“設(shè)計(jì)顯示加速度大小的裝置”為例，說明選擇項(xiàng)目問題和任務(wù)的一般途徑：

2.1 ? ?從課程標(biāo)準(zhǔn)中尋找項(xiàng)目問題和任務(wù)

課程標(biāo)準(zhǔn)對必修1的“相互作用與運(yùn)動定律”主題給出了內(nèi)容要求，指出：“通過實(shí)驗(yàn)，探究物體運(yùn)動的加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系。理解牛頓運(yùn)動定律，能用牛頓運(yùn)動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象?！盵3]在活動建議中給出：“通過各種活動，例如乘坐電梯、到游樂場參與有關(guān)游樂活動等，體驗(yàn)超重與失重?！盵3]從課程標(biāo)準(zhǔn)的表述中可以啟發(fā)學(xué)生研究沿豎直方向運(yùn)行的電梯的加速度情況。

2.2 ? ?根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合教材尋找項(xiàng)目問題和任務(wù)

教材是課程實(shí)施的重要載體，也是項(xiàng)目式教學(xué)問題和任務(wù)選擇的直接來源。2019年人教版普通高中教科書物理必修第一冊第四章結(jié)尾部分“復(fù)習(xí)與提高 B組”習(xí)題5表述為：“某人想測量地鐵啟動過程中的加速度，他把一根細(xì)繩的下端綁著一支圓珠筆，細(xì)繩的上端用電工膠布臨時固定在地鐵的豎直扶手上。在地鐵起動后的某段加速過程中，細(xì)繩偏離了豎直方向，他用手機(jī)拍攝了當(dāng)時情景的照片（圖1），拍攝方向跟地鐵前進(jìn)方向垂直。根據(jù)這張照片估算此時地鐵的加速度是多少？加速度方向指向照片的哪個方向？請寫明測量步驟、數(shù)據(jù)、計(jì)算過程和結(jié)果。”[4]這樣的內(nèi)容可以啟發(fā)學(xué)生研究地鐵或高鐵等交通工具在水平方向上的加速度情況。

2.3 ? ?從生活實(shí)踐類問題情境中尋找項(xiàng)目問題和任務(wù)

從日常生活中尋找有加速度的真實(shí)情境比較容易。《中國高考評價體系》從三個方面對生活實(shí)踐問題情境進(jìn)行界定：一是與大自然中物理相關(guān)的現(xiàn)象，二是與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的物理問題，三是科技前沿[5]。比如，2019年人教版普通高中教科書物理必修第一冊第四章第6節(jié)“超重和失重”，在本節(jié)教材最后給出：“超重和失重現(xiàn)象在實(shí)際中還有許多，請你通過讀書、上網(wǎng)、請教專業(yè)人員等多種途徑進(jìn)一步學(xué)習(xí)和了解?！盵4]引導(dǎo)學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)中查詢，發(fā)現(xiàn)有如下關(guān)于加速度的情境：生活中的橋大多建成“凸”的形狀，這樣汽車經(jīng)過橋面時，合力指向橋下，汽車與橋面之間的彈力小于汽車的重力，減小了汽車對橋面的壓力大小，可以有效地保護(hù)橋梁;橋洞下的公路（像U型的路）最低處的路面損毀相對嚴(yán)重，主要是因?yàn)檐囕v在最低處的超重現(xiàn)象引起的;坐飛機(jī)，在起飛或者降落過程中，乘客處于超重或失重狀態(tài);參與過山車、蹦極娛樂類項(xiàng)目時的超重或失重現(xiàn)象;高樓大廈中的電梯、高速行駛的列車、地鐵等，都能尋找到研究物體加速度情況的問題和任務(wù)。

以上列舉了3種設(shè)計(jì)項(xiàng)目問題和任務(wù)的參考途徑。不管是哪種途徑，都是要選取貼近學(xué)生、貼近生活、貼近社會的真實(shí)問題情境作為項(xiàng)目問題和任務(wù)，這樣既能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能夠有效地考查學(xué)生是否具備根據(jù)復(fù)雜情境構(gòu)建物理模型的能力和素養(yǎng)，并能運(yùn)用物理模型解決實(shí)際問題。

3 ? ?項(xiàng)目的實(shí)施過程

3.1 ? ?項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目以“設(shè)計(jì)顯示加速度大小的裝置”為內(nèi)容，學(xué)生自主設(shè)計(jì)并動手制作測量物體運(yùn)動加速度大小的裝置，深度參與學(xué)習(xí)過程，體驗(yàn)科學(xué)探究之路。從日常生活中的超重和失重現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注我國航天技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)家國情懷，體現(xiàn)學(xué)科的德育育人價值。

3.2 ? ?項(xiàng)目組織的形式

以小組合作的方式分別在課下和課上開展，課下以項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方案和項(xiàng)目成果的制作為主，課上以展示成果、交流匯報為主。項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組的分組方式按照組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的大原則，尊重學(xué)生小組組合的意愿，使人員搭配合理，能夠順利完成項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程。

3.3 ? ?項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程

第一步，項(xiàng)目情境引入過程。可以設(shè)計(jì)多個實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，此處列舉兩例。

情境1：

在飲料瓶側(cè)壁上打一個小孔，裝滿水，水將從小孔處噴出。如果從高處釋放飲料瓶，可以觀察到：水不從小孔噴出了。由于飲料瓶被舉起的高度有限，下落速度較快，時間較短，肉眼難以捕捉到水不噴出的短暫過程，這時用手機(jī)“慢動作”攝影功能能夠清晰地呈現(xiàn)出水不噴出的過程。

情境2：

學(xué)生站在體重計(jì)上向下蹲（圖2），通過手機(jī)和大屏幕同屏的方式，全體學(xué)生可以觀察到：在學(xué)生下蹲的過程中，體重計(jì)的示數(shù)先變小，后變大，再變小。當(dāng)學(xué)生靜止站立在體重計(jì)上時，示數(shù)保持不變。

設(shè)計(jì)意圖：超重和失重現(xiàn)象在生活中比較常見，但是學(xué)生卻不一定能從物理學(xué)的視角觀察現(xiàn)象，進(jìn)而作出解釋，尤其是情境2中體重計(jì)示數(shù)變化的原因分析。可引導(dǎo)學(xué)生作出定量分析，學(xué)會建構(gòu)超重和失重的物理模型，并應(yīng)用模型解釋生活中的超重和失重現(xiàn)象。

第二步，根據(jù)學(xué)生對項(xiàng)目問題和任務(wù)設(shè)計(jì)的討論，各項(xiàng)目小組總結(jié)出幾種設(shè)計(jì)方案，分別是：

小組1：豎直方向上測量加速度。學(xué)生設(shè)計(jì)的方案是在學(xué)校教學(xué)樓的電梯中研究超重和失重現(xiàn)象，并制作測量加速度大小的裝置。

項(xiàng)目原理：讀取不同狀態(tài)下體重計(jì)的示數(shù)，根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算得出電梯的加速度大小。

項(xiàng)目方案：

（1）學(xué)生站在體重計(jì)上，電梯停在1層時，讀取示數(shù)，記為G（G=mg）。

（2）按電梯樓層按鈕到6層，記錄上升過程中體重計(jì)的示數(shù)，先變大，記為G1;再不變，記為G;再變小，記為G2;最后電梯停在6層，記為G。

（3）根據(jù)牛頓第二定律，得出：向上加速時，電梯的加速度a1=，方向向上;向上減速時，電梯的加速度a2=，方向向下。

（4）按電梯樓層按鈕到1層，記錄下降過程中體重計(jì)的示數(shù)，先變小，記為G3;再不變，記為G;再變大，記為G4;最后電梯停在1層，記為G。

（5）根據(jù)牛頓第二定律，得出：向下加速時，電梯的加速度a3=，方向向下;向下減速時，電梯的加速度a4=，方向向上。

（6）據(jù)此，可在體重計(jì)示數(shù)Gn（n取1，2，3…）刻度處替換上對應(yīng)的加速度值，這樣就將體重計(jì)改裝成一個顯示豎直方向上加速度大小的裝置。學(xué)生經(jīng)分析得出：加速度方向向上時，為超重現(xiàn)象;加速度方向向下時，為失重現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：物體在豎直方向上的加速度比較常見，易于理解，易于測量。學(xué)生經(jīng)歷項(xiàng)目問題和任務(wù)后，知道如何通過改換示數(shù)盤的方式將其改裝為顯示另一個物理量大小的方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)電流表和電壓表的改裝打下基礎(chǔ)，那時學(xué)生必然會順利遷移該方法。讓學(xué)生在做項(xiàng)目的過程中完成物理學(xué)科核心知識的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的內(nèi)驅(qū)力，課堂上學(xué)生之間的思維碰撞有利于促進(jìn)他們的思維發(fā)展，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。

小組2：水平方向上測量加速度。表現(xiàn)出學(xué)生思維的發(fā)散性，尋找到多種有加速度的真實(shí)生活情境。比如，測量地鐵或高鐵啟動時的加速度，安檢傳送帶上拉桿箱的加速度等。

項(xiàng)目原理：讀取不同狀態(tài)下細(xì)繩偏離豎直線的夾角大小，根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算得出地鐵或高鐵啟動時的加速度大小。

項(xiàng)目方案：

（1）在地鐵或高鐵上，用輕質(zhì)細(xì)繩將小球拴接在扶手上（圖1），小球可以自由擺動。

（2）當(dāng)?shù)罔F或高鐵啟動時，用手機(jī)“慢動作”功能拍攝小球和輕質(zhì)細(xì)繩擺起的過程。

（3）回放錄像，選擇小球擺起路徑上合適的一點(diǎn)作為測量參考點(diǎn)，地鐵扶手相當(dāng)于豎直線，得到細(xì)繩偏離豎直線的角度，記為θ。

（4）根據(jù)a=gtanθ得到地鐵或高鐵啟動過程的加速度。因此，只要能夠測得輕繩擺起后偏離豎直線的角度θ，就可以知道地鐵或高鐵的加速度。

（5）據(jù)此，可在輕繩與豎直方向間的每個偏角θ處替換上對應(yīng)的加速度值，這就做成一個能夠“顯示”水平方向運(yùn)動物體加速度大小的裝置。

設(shè)計(jì)意圖：地鐵和高鐵都是新時代生活中常見的交通工具，通過項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施，讓學(xué)生感受我國高鐵事業(yè)的飛速發(fā)展，了解我國科技進(jìn)步的現(xiàn)狀，立志為國發(fā)奮讀書，激發(fā)民族自豪感。

小組3：使用手機(jī)APP軟件測量加速度，體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)的融合[6]。

項(xiàng)目原理：利用phyphox軟件采集數(shù)據(jù)，實(shí)時記錄電梯升降過程中高度、速度、加速度的變化，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建豎直方向上的變速運(yùn)動模型，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探究運(yùn)動規(guī)律，建立超重和失重概念，分析其動力學(xué)原因。

項(xiàng)目方案：

（1）打開phyphox軟件APP（圖3左）。點(diǎn)擊“電梯”程序，出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示界面（圖3中）。點(diǎn)擊開始“△”按鈕，軟件將自動記錄電梯運(yùn)動過程中高度、垂直速度以及Z軸加速度3個物理量隨時間的變化關(guān)系。

（2）將研究對象放在電子秤上，觀察電子秤示數(shù)的變化情況。在電梯啟動、上升、靜止、下降、制動，直至靜止的過程中，手機(jī)phyphox軟件上會呈現(xiàn)測量圖線（圖3右）。

設(shè)計(jì)意圖：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)，可以便捷得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。手機(jī)的普及，使得很多中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的途徑、方式發(fā)生了巨大變化，為利用數(shù)字化手段改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了便利。

3.4 ? ?項(xiàng)目的交流與展示過程

各項(xiàng)目小組展示測量加速度大小裝置的設(shè)計(jì)思路、制作過程，并介紹本組制作的裝置。教師指導(dǎo)學(xué)生課前完成PPT展示稿，課堂展示時可圖文并茂，提高效率。

4 ? ?項(xiàng)目的評價

4.1 ? ?學(xué)生的互評

一個項(xiàng)目組在交流和展示的過程中，其他項(xiàng)目組負(fù)責(zé)點(diǎn)評。點(diǎn)評包含：項(xiàng)目所涉及到的知識掌握情況，裝置設(shè)計(jì)和制作情況等。學(xué)生在設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案時，明確物體產(chǎn)生加速度的原理，能熟練應(yīng)用牛頓第二定律得到豎直、水平方向上的加速度大小，也能學(xué)習(xí)應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段研究物理現(xiàn)象，對學(xué)生形成運(yùn)動觀念、構(gòu)建物理模型、培養(yǎng)科學(xué)證據(jù)意識等均具有良好的作用。通過項(xiàng)目小組合作的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和能力。

4.2 ? ?教師的評價

教師選取項(xiàng)目的過程是建立在充分學(xué)習(xí)研究課程標(biāo)準(zhǔn)和配套教材的基礎(chǔ)上，從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣出發(fā)，設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案和實(shí)施過程，充分調(diào)動全體學(xué)生的積極性。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程融合了大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的理念，能夠提高教師的課程意識，提高結(jié)構(gòu)化學(xué)科大概念的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)能力。

5 ? ?對項(xiàng)目式教學(xué)的反思

項(xiàng)目式教學(xué)是一種問題解決式的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生經(jīng)歷探究和制作的過程，學(xué)習(xí)成果偏重于設(shè)計(jì)方案、實(shí)際作品的形式。根據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)，教師需要依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)物理情境，融合信息技術(shù)，組織學(xué)生活動，完成科學(xué)探究過程、實(shí)物制作、項(xiàng)目報告、小論文等[7]。對項(xiàng)目式教學(xué)有3個問題需要進(jìn)一步思考，分列如下：

第一，項(xiàng)目活動的實(shí)施會占用較長的課堂時間，這是項(xiàng)目式教學(xué)的難點(diǎn);而且高中學(xué)校大多是寄宿制學(xué)校，課下操作的時間、空間等受到限制，這是項(xiàng)目式教學(xué)組織過程中的堵點(diǎn)。為解決時間投入與教學(xué)效益的矛盾，可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，設(shè)計(jì)為大項(xiàng)目、小項(xiàng)目、微項(xiàng)目等，再結(jié)合學(xué)校的管理現(xiàn)狀選取適合的項(xiàng)目內(nèi)容組織教學(xué)。

第二，項(xiàng)目式教學(xué)的設(shè)計(jì)可能會涉及到多個學(xué)科領(lǐng)域，對于教師來說是一種挑戰(zhàn)，建議以分學(xué)科的項(xiàng)目內(nèi)容為基礎(chǔ)，逐步滲透到跨學(xué)科的項(xiàng)目內(nèi)容，同時需要教師盡可能地拓寬知識面，多從學(xué)生層面挖掘項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施方案。

第三，對項(xiàng)目的評價標(biāo)準(zhǔn)存在不夠科學(xué)的問題?？梢愿鶕?jù)不同的項(xiàng)目內(nèi)容，設(shè)計(jì)不同的評價標(biāo)準(zhǔn)。比如，有的偏重于項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)，有的偏重于項(xiàng)目裝置的制作，有的偏重于思維深度等。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、年齡特點(diǎn)的發(fā)展情況，從增值性發(fā)展方面作出合理的評價。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 ? ?廖伯琴）