陳 剛

（西安交通大學(xué)蘇州附屬初級中學(xué)，江蘇蘇州 215021）

2004年蘇科版初中物理教材中開始編入綜合實(shí)踐活動.它是在一章后或數(shù)章后為學(xué)生提供的一種項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動.這種學(xué)習(xí)活動以物理知識和科學(xué)方法為基礎(chǔ)，與科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)（STEM）相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科內(nèi)的綜合，甚至是跨學(xué)科間的綜合.［1］

1 項(xiàng)目學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

項(xiàng)目學(xué)習(xí)譯自英語“Pr oject-Based Lear ning”（縮寫為PBL），由美國進(jìn)步主義教育家克伯屈（Kil patrick）最早提出.項(xiàng)目學(xué)習(xí)旨在為學(xué)生提供真實(shí)的情境和特定的教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生制定計(jì)劃，綜合運(yùn)用所學(xué)的多學(xué)科知識和技能，有效利用各種資源，解決一系列相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)實(shí)問題，最終以產(chǎn)品或研究報(bào)告的形式結(jié)束.［2］它關(guān)注學(xué)生在活動中，在聯(lián)系社會生活和自身已有知識經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，去主動構(gòu)建知識，進(jìn)而形成技能，成長經(jīng)驗(yàn).學(xué)生為完成項(xiàng)目任務(wù)，能充分發(fā)揮自身的主體作用，并在互助合作中獨(dú)立地、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題.物理是實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，在項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動下的學(xué)習(xí)既符合初中學(xué)生的年齡特征，又適合物理的學(xué)科特點(diǎn).在活動中的每一次任務(wù)的完成，學(xué)生能體驗(yàn)成功的歡樂，繼而使學(xué)習(xí)物理的興趣能持久地保持及發(fā)展.［3］高質(zhì)量的項(xiàng)目學(xué)習(xí)往往指向?qū)W生學(xué)習(xí)的本質(zhì)，成為發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科素養(yǎng)最為重要的一種學(xué)習(xí)模式.［4］基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的初中物理綜合實(shí)踐活動設(shè)計(jì)模式如圖1.

圖1

2 “自制簡易望遠(yuǎn)鏡”的項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例

2.1 基于生活，確定項(xiàng)目主題

制作簡易望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)基于生活的工程類問題，融合了多學(xué)科知識.目鏡和物鏡涉及了物理學(xué)中透鏡成像的知識，有利于學(xué)生深化物理知識的學(xué)習(xí)與應(yīng)用；觀察對象的選擇與天文地理中的月食、流星雨等相關(guān)；透鏡、套筒等材料的選擇、組裝和固定等需要一定的工程基礎(chǔ).

筆者于2021年4月16日開設(shè)“自制簡易望遠(yuǎn)鏡”的教學(xué)，5月26日晚上19∶00左右，學(xué)校所在地區(qū)可以觀察到月食.以觀察月食為目標(biāo)向?qū)W生提出：大家想擁有一個(gè)裝置能夠更清晰地觀看月食嗎？主題明確，又有誘惑力，激發(fā)學(xué)生的興趣.

2.2 問題驅(qū)動，設(shè)計(jì)解決方案

由于初中物理弱化了凸透鏡成像的作圖要求，初中生還不具備望遠(yuǎn)鏡成像原理的認(rèn)知基礎(chǔ)，如果簡單告知兩個(gè)透鏡的距離，讓學(xué)生根據(jù)提供的器材直接組裝，就失去了綜合實(shí)踐課程的意義.因此我們從學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知（照相機(jī)和放大鏡）出發(fā)，通過問題驅(qū)動，在實(shí)驗(yàn)探究中認(rèn)識望遠(yuǎn)鏡的工作原理，了解其核心部件，進(jìn)而設(shè)計(jì)解決方案.

2.2.1 喚醒學(xué)生認(rèn)知，再現(xiàn)照相機(jī)

師：同學(xué)們能利用工具盒（圖2）里的器材，給遠(yuǎn)處的教學(xué)樓照個(gè)像嗎？原理是什么？

圖2

（學(xué)生僅用凸透鏡操作.）

生：凸透鏡成像.

師：照相機(jī)拍下來的可以隨時(shí)欣賞它，你們的可以隨時(shí)看到嗎？

生：不能.

師：看一下我們桌上的操作臺，思考一下，這個(gè)操作臺有什么用呢？

生：把相應(yīng)的器材插在蘿卜上，便于固定器材.

（學(xué)生用凸透鏡、光屏在操作臺上操作，如圖3.）

圖3

師：你們對底片上的美景滿意嗎？為什么？

生1：像是倒著的.

生2：太模糊了（不清晰）.

生3：太小了……

師：像比較暗，看不清，你有優(yōu)化方案嗎？

生1：用手電筒照亮物體.

生2：房間太亮了，關(guān)燈.

（關(guān)燈觀察，像明顯清晰了.）

師：如果現(xiàn)在我在室外，白天想要照相呢？

生：把光遮一下.

（出示內(nèi)置光屏的套筒，學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，如圖4.）

圖4

師：現(xiàn)在這個(gè)像清晰了，你還有不滿意的地方嗎？

生：小，倒立的.

師：為什么我們看到的是倒立、很小的像？

生：凸透鏡相當(dāng)于一個(gè)照相機(jī)，且物體離凸透鏡太遠(yuǎn)，物距遠(yuǎn)大于兩倍焦距.

師：同學(xué)們回答的都很棒，哪位同學(xué)愿意上來和我一起來模擬一下成像的原理呢？

（師生互動演示成像規(guī)律，并在黑板上貼上照相機(jī)成像原理的板畫，如圖5.）

圖5

案例分析：放棄光具座，用蘿卜作為固定器材的支架，來源于生活，操作方便，也與蘇科版教材的實(shí)驗(yàn)思想一致——選擇身邊的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn).雖然隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大部分初中物理實(shí)驗(yàn)不再需要“拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”，但是“壇壇罐罐當(dāng)儀器”有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)身邊的實(shí)驗(yàn)器材，使物理實(shí)驗(yàn)不在局限于學(xué)校、局限于實(shí)驗(yàn)室，使物理實(shí)驗(yàn)走進(jìn)家庭、走向社區(qū)和社會.利用學(xué)生已有認(rèn)知，當(dāng)u＞2f時(shí)凸透鏡成倒立、縮小的實(shí)像的照相機(jī)原理，使遠(yuǎn)處物體的像成在近處的光屏上，通過問題驅(qū)動，要在任何情況下看清像，需創(chuàng)造一個(gè)較暗的環(huán)境，使套筒自然的出現(xiàn)，初步為望遠(yuǎn)鏡的雛形做好鋪墊.適時(shí)在黑板上貼上此時(shí)成像時(shí)像的大致位置，變抽象為直觀，也為認(rèn)識望遠(yuǎn)鏡的原理做好初步準(zhǔn)備.

2.2.2 利用組合思維，再置放大鏡

師：由于物體距凸透鏡較遠(yuǎn)，像就非常小.那么我們能不能把這個(gè)像放大一點(diǎn)呢？你有什么好辦法？

生1：讓物體靠近透鏡.

生2：換焦距大一點(diǎn)的透鏡.

生3：加個(gè)凸透鏡.

師：（追問生3）原理是什么？這個(gè)凸透鏡如何放置呢？

生：放大鏡，放置在光屏的后方.（學(xué)生實(shí)驗(yàn)，如圖6、圖7.）

圖6

圖7

師：請一位同學(xué)仿照之前的方法，在黑板的圖5上再放置放大鏡.

（學(xué)生貼板畫，如圖8.）

圖8

案例分析：繼續(xù)借助學(xué)生已有認(rèn)知，當(dāng)u＜f時(shí)，凸透鏡成正立、放大虛像的放大鏡原理，將兩個(gè)凸透鏡組合使用，可以使遠(yuǎn)處物體較小的像適當(dāng)放大，初步完成望遠(yuǎn)鏡的原理，但教師此時(shí)并不說破，為后續(xù)認(rèn)識望遠(yuǎn)鏡做鋪墊.

2.2.3 巧用自制教具，初識望遠(yuǎn)鏡

師：現(xiàn)在我們將套筒的后半截取下，透過透鏡還能看到對面的教學(xué)樓嗎？

生：哇！更清晰的像！

案例分析：圖4 中的自制套筒有兩截套筒組成，具體結(jié)構(gòu)如圖9（①為前半截，比較長；②為后半截，比較短，約2 c m 左右；③為半透明硫酸紙，平整密封在后半截的一端，與前半截組裝后置于筒內(nèi)，相當(dāng)于光屏；④處開口，規(guī)格為2 c m×1 c m，可以卡入凸透鏡的支架，也可以根據(jù)需要前后調(diào)節(jié)；⑤為支架，可以插在蘿卜上，便于固定）.并用單面膠將前后兩截套筒組合后，作為光屏的硫酸紙置于套筒內(nèi).這樣既可以保證光屏置于較暗的環(huán)境中，也可以在該環(huán)節(jié)一起隨著后半截套筒而取下，當(dāng)學(xué)生隨后直接透過兩個(gè)透鏡再次觀察到更清晰的像時(shí)，立刻頓悟——這不就是一臺望遠(yuǎn)鏡嗎？圖8的板畫也就是望遠(yuǎn)鏡成像的原理圖，使無形變有形，抽象變直觀，學(xué)生的認(rèn)知進(jìn)一步升華，成功到達(dá)最近發(fā)展區(qū).此刻，學(xué)生不僅僅是看到了一架望遠(yuǎn)鏡，還了解了望遠(yuǎn)鏡的主要部件，認(rèn)識了望遠(yuǎn)鏡的成像原理，為后續(xù)的選材、組裝做好知識上的儲備.

圖9

2.3 團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)施方案規(guī)劃

師：大家想擁有一架屬于你自己的獨(dú)一無二的望遠(yuǎn)鏡嗎？我們需要哪些主要器材呢？

生1：兩個(gè)透鏡.

生2：要兩個(gè)套筒，長度一長一短，直徑一大一小.

師：我給大家準(zhǔn)備了不同透鏡組（如圖10），請組長來取，先到先得哦.

圖10

（在組內(nèi)討論的基礎(chǔ)上，組長選取透鏡組.）

師：針對本組選擇的凸透鏡的焦距，請組內(nèi)討論大小套筒的長度大約是多少？

生1：我們透鏡組的規(guī)格是f1＝70 c m 和f2＝10 c m，根據(jù)黑板上的原理圖，我們組應(yīng)該選擇長度約為65 c m 左右的大筒和選擇長度約為15 c m左右的小筒.

生2：我們透鏡組的規(guī)格是f1＝20 c m 和f2＝5 c m，根據(jù)黑板上的原理圖，我們組應(yīng)該選擇長度約為15 c m 左右的大筒和選擇長度約為5 c m 左右的小筒.

師：在教室的中間我們擺了很多的筒和輔助材料（如圖11），請同學(xué)們根據(jù)你們的思考，選擇合適的套筒和輔助材料.

圖11

（學(xué)生選擇筒和輔助材料.）

師：器材選好了，我們準(zhǔn)備如何組裝呢？

生1：可以用雙面膠固定透鏡，也可以用醫(yī)用膠帶固定透鏡.

生2：大、小筒之間的固定用泡沫塑料.

師：大家認(rèn)真閱讀大屏上的“提醒和建議”（見圖12）后，開始你們的制作.

圖12

（學(xué)生動手制作：組裝望遠(yuǎn)鏡.）

案例分析：提供不同的透鏡組，給學(xué)生有思考和選擇的空間，也可制作成不同放大倍數(shù)的望遠(yuǎn)鏡，從而能夠比較不同望遠(yuǎn)鏡的性能.通過組內(nèi)合作、組間互助，選擇合適的組裝器材，小組協(xié)作完成簡易望遠(yuǎn)鏡的制作.雖然知識準(zhǔn)備充分，但是學(xué)生在組裝過程中依然有較大的難度，如兩個(gè)凸透鏡如何固定在大、小套筒內(nèi)，大、小套筒如何連接才能保證既不松動，又能保證小筒能夠適當(dāng)前后移動.說明學(xué)生的操作能力和工程組裝能力還有待訓(xùn)練和培養(yǎng)，因此該環(huán)節(jié)需要教師全程參與、組織和管理，及時(shí)跟蹤項(xiàng)目進(jìn)展、指導(dǎo)學(xué)生活動，不斷激勵學(xué)生，適時(shí)、適度地提供幫助和引導(dǎo).

2.4 展示交流，實(shí)現(xiàn)多元評價(jià)

師：制作好的小組，可以利用你們的或其他組的望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處的物體.

（學(xué)生活動，如圖13、圖14.）

圖13

圖14

師：我們每個(gè)小組都很棒，那么現(xiàn)在大家來談一談，你們制作過程中什么感受呢.

第6 組：制作過程很復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)材料要精挑細(xì)選.

第4組：只要知道了制作原理，完成望遠(yuǎn)鏡的制作就很簡單.

第2組：我們在選材的時(shí)候選擇的透鏡小了，導(dǎo)致制作不方便，但我還是覺得我們小組很棒.

第5組：我們在制作過程中，在物鏡和目鏡和筒安裝的時(shí)候有過分歧，后來我們靜下心來認(rèn)真分析了他們其中的原理結(jié)合老師講解的知識，然后就完成了我們的作品，所以這個(gè)作品和老師的教導(dǎo)分不開.

師：請各小組組長和聽課老師將你的獎牌貼在你認(rèn)為最優(yōu)秀的小組下方（如圖15）.

圖15

案例分析：通過組內(nèi)自評、組間互評、教師他評，結(jié)合各小組成員整節(jié)課的過程動態(tài)、參與程度、項(xiàng)目作品的整體結(jié)構(gòu)和使用效果作出多元評價(jià).通過多元化的評價(jià)過程和結(jié)果，學(xué)生反思在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，提高元認(rèn)知水平.在展示、交流和評價(jià)過程中形成經(jīng)驗(yàn)性知識，促進(jìn)知識遷移和應(yīng)用，學(xué)生的思維得以層層優(yōu)化，從而可以進(jìn)一步優(yōu)化項(xiàng)目方案、改進(jìn)制作工藝，甚至產(chǎn)生新的項(xiàng)目主題，最終達(dá)成深度學(xué)習(xí)，體會項(xiàng)目學(xué)習(xí)的樂趣.

3 項(xiàng)目學(xué)習(xí)的意義

3.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方式，它更加注重學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，在學(xué)習(xí)過程中通過創(chuàng)設(shè)具體的問題情景，在更大程度上激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生成為主動的學(xué)習(xí)者.由于在一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)中可能涉及多個(gè)學(xué)科知識，它也更加注重聯(lián)系生活，注重學(xué)生的親身體驗(yàn)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中學(xué)會綜合運(yùn)用知識與技能來解決生活中的實(shí)際問題；項(xiàng)目學(xué)習(xí)更注重對學(xué)生創(chuàng)造思維與能力的培養(yǎng)，問題的解決不拘泥于一種方法，學(xué)生可以結(jié)合自身特長與優(yōu)勢展開學(xué)習(xí).［5］學(xué)生在項(xiàng)目的引領(lǐng)下學(xué)習(xí)，獲取能靈活運(yùn)用的程序性、綜合性知識，引發(fā)學(xué)生從多角度思考解決問題的方法，提高學(xué)生的思維能力.在實(shí)踐活動中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣；在小組合作中，培養(yǎng)學(xué)生合作意識和團(tuán)隊(duì)精神，發(fā)展了學(xué)生間彼此接納和尊重、贏得自信與信任、樂于挑戰(zhàn)和創(chuàng)造、積極參與和合作、體驗(yàn)成功與分享等積極的情感態(tài)度，全面培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

3.2 有利于促進(jìn)教師的專業(yè)成長

項(xiàng)目學(xué)習(xí)是跨學(xué)科、跨知識領(lǐng)域的綜合學(xué)習(xí)，這就要求教師能整合物理學(xué)科的課程資源以及其它學(xué)科的課程資源，甚至是社會生活生產(chǎn)中的資源，因此有時(shí)還需要其它學(xué)科的教師協(xié)同教研，梳理學(xué)習(xí)素材，根據(jù)學(xué)生的興趣、能力和生活背景，確定項(xiàng)目主題，設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案.這對教師的課程執(zhí)行力、領(lǐng)導(dǎo)力和開發(fā)力提出十分高的要求.在項(xiàng)目研究中，教師必須認(rèn)真研讀課標(biāo)和教材，把握學(xué)生的已有認(rèn)知、研究教學(xué)方式和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)踐中不斷反思總結(jié)，形成教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和課堂特色，促進(jìn)教師的專業(yè)成長.

3.3 有利于整合校本化課程資源

我國科學(xué)教育界傾向于將STEM 作為一種以真實(shí)問題解決為目標(biāo)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)為途徑的教學(xué)策略.可見，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論與STEM 教育理念不謀而合，且十分符合STEM 教育培養(yǎng)綜合性人才的宗旨.2019年頒布的《教育部關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》指出：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要遵循學(xué)科特點(diǎn)，積極推動學(xué)生開展研究型、任務(wù)型、項(xiàng)目化、問題式、合作式學(xué)習(xí).鼓勵學(xué)校向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室，方便學(xué)生利用課余時(shí)間，以獨(dú)立或小組合作方式開展實(shí)驗(yàn)探究.廣泛利用校外資源積極開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動.因此項(xiàng)目學(xué)習(xí)的活動空間不會只局限于教室，學(xué)習(xí)的內(nèi)容不會僅限于教材上羅列的素材.這就需要教師對教學(xué)資源重新梳理和整合，把學(xué)生的生活作為課程建設(shè)的源泉，從學(xué)生興趣入手，結(jié)合自己的特長，整合地域教育資源，汲取現(xiàn)成教材中的積極因素，設(shè)計(jì)基于項(xiàng)目的綜合實(shí)踐活動，逐步生成和發(fā)展鮮明的課程特色，豐富初中物理課程內(nèi)涵，有效整合課程資源，促進(jìn)校本課程的建設(shè)，［6］有利于“雙減”政策的落地生根.