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(xiàng)目式學(xué)習(xí)，提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，以“橋的設(shè)計(jì)”為例建立大概念背景下的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)框架。不僅豐富了大概念和物理項(xiàng)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(gè)切實(shí)有效的方法。

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

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2023）7-0065-5

培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是我國(guó)教學(xué)的價(jià)值導(dǎo)向和目標(biāo)追求，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（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(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以很好地提高學(xué)生的自主實(shí)踐探究能力和科學(xué)探究意識(shí)。同時(shí)，結(jié)合大概念的整合性思維與物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和跨學(xué)科實(shí)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(shí)踐現(xiàn)狀

大概念源自?shī)W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(dān)當(dāng)著一個(gè)“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(rèn)識(shí)和理解物理事實(shí)和技能［１］。大概念可以分為事實(shí)知識(shí)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(gè)層級(jí)。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(xiàng)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(xiàng)目式問(wèn)題都可以找到與之對(duì)應(yīng)的大概念，如表１所示。

但是，當(dāng)下的中學(xué)物理教學(xué)中，大概念的實(shí)際操作性并不強(qiáng)。這是因?yàn)椴糠纸處熗勒战滩南驅(qū)W生傳授知識(shí)，難以幫助學(xué)生建立起學(xué)科框架。這一問(wèn)題，可以借助大概念的思維方式解決。例如，可以利用圓周運(yùn)動(dòng)這一大概念整合重力、向心力、加速度等知識(shí)，幫助學(xué)生建立對(duì)知識(shí)的整體性理解，從而解決其他物理問(wèn)題。因此，為貫徹新課標(biāo)的要求，教師需要運(yùn)用大概念促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的真正形成。

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

物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與物理課堂教學(xué)相結(jié)合，在實(shí)踐中逐步培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。物理學(xué)科實(shí)踐性強(qiáng)，物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，還能提升學(xué)生探索知識(shí)、獲得知識(shí)的主觀能動(dòng)性。例如，一個(gè)涉及電能、電功、電功率的項(xiàng)目式問(wèn)題：家用電器一年內(nèi)待機(jī)狀態(tài)下浪費(fèi)的電能可以用來(lái)做些什么？該問(wèn)題把課本上死板的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成鮮活的探究項(xiàng)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(jìn)行應(yīng)用，最終合理計(jì)算損耗的電能［３］。這種物理項(xiàng)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(shí)。

新課標(biāo)要求提高學(xué)生的跨學(xué)科實(shí)踐能力，物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)越來(lái)越受到學(xué)校和教師的重視。教師也希望通過(guò)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(xiàng)目式學(xué)習(xí)與物理學(xué)科教學(xué)相結(jié)合的實(shí)踐研究中，具體實(shí)踐的可操作性并不強(qiáng)。例如，在太陽(yáng)能烹飪這一項(xiàng)目中，需要用到光的反射以及能源的利用等物理知識(shí)。但在實(shí)際操作過(guò)程中，學(xué)生卻未能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)到光學(xué)的知識(shí)體系，獲得的知識(shí)較為零散，無(wú)法靈活地運(yùn)用光學(xué)觀念解決相關(guān)問(wèn)題［４］。在這種情況下，需要用大概念來(lái)整合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)建立完整的知識(shí)架構(gòu)。

３ ? ?基于大概念的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

基于大概念和物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及實(shí)踐現(xiàn)狀，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生情況，將大概念與物理項(xiàng)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(shí)點(diǎn)有意義地聯(lián)系起來(lái)。大概念背景下的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)應(yīng)該包含項(xiàng)目背景、項(xiàng)目主題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目成果展示及評(píng)價(jià)、項(xiàng)目反思六個(gè)環(huán)節(jié)。其中，項(xiàng)目背景從課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容、學(xué)情分析三個(gè)方面展開(kāi)分析，并按照確定項(xiàng)目主題、設(shè)定大概念、制訂教育目標(biāo)、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題、對(duì)學(xué)生分組、設(shè)定預(yù)期成果、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)表等步驟進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)。接下來(lái)，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目成果展示及評(píng)價(jià)和項(xiàng)目反思。以“橋的設(shè)計(jì)”為例，大概念背景下的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)流程如圖１所示。

４ ? ?大概念背景下的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)案例

４．１ ? ?項(xiàng)目背景

橋是道路交通的重要組成部分。近年來(lái)，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(jī)械運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)，也具備使用簡(jiǎn)單工具的能力。而橋梁的設(shè)計(jì)需要運(yùn)用力與運(yùn)動(dòng)大概念下的壓力、向心力、力的合成與分解、壓強(qiáng)等多個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，以及結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)。讓學(xué)生親歷橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程，不僅能夠培養(yǎng)其探索未知事物的能力，更能從力和運(yùn)動(dòng)這一大概念出發(fā)，幫助學(xué)生更好地掌握物理知識(shí)，增強(qiáng)跨學(xué)科實(shí)踐能力。因此，選用“橋的設(shè)計(jì)”為例開(kāi)展基于“力和運(yùn)動(dòng)”大概念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

４．２ ? ?項(xiàng)目設(shè)計(jì)

４．２．１ ? ?確定大概念

大概念是物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心知識(shí)。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(shí)的連貫性。橋梁的設(shè)計(jì)，靈感來(lái)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(shí)基礎(chǔ)，可以結(jié)合力與運(yùn)動(dòng)來(lái)分析物理情境，但需要新穎的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)來(lái)提高學(xué)習(xí)興趣。于是，確定了大概念是力和運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，橋的設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)，這也符合當(dāng)下課程標(biāo)準(zhǔn)中跨學(xué)科實(shí)踐對(duì)學(xué)生全方面發(fā)展的要求。

４．２．２ ? ?制訂項(xiàng)目目標(biāo)

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

物理觀念：學(xué)生知道研究橋梁承重能力時(shí)研究對(duì)象是質(zhì)點(diǎn)，建立起運(yùn)動(dòng)和相互作用的物理大概念。

科學(xué)思維：學(xué)生通過(guò)觀察橋梁案例，運(yùn)用模型建構(gòu)思維來(lái)分析橋梁承重能力的影響因素，建構(gòu)包含壓力、圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)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(jì)的過(guò)程，運(yùn)用物理知識(shí)探究橋的承重能力的影響因素，從而建構(gòu)力和運(yùn)動(dòng)的大概念。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生能夠關(guān)注國(guó)家建設(shè)發(fā)展，有創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

４．２．３ ? ?設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是整個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的核心，學(xué)生圍繞驅(qū)動(dòng)性項(xiàng)目展開(kāi)項(xiàng)目學(xué)習(xí)。因此，驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題應(yīng)當(dāng)滿足情境化、可實(shí)施性、新穎性等特點(diǎn)。在“橋的設(shè)計(jì)”中，驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題為：探究橋的承重能力與哪些因素有關(guān)。

４．２．４ ? ?對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組

為了讓每一個(gè)學(xué)生都能投入學(xué)習(xí)，在分組時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”的原則，對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行科學(xué)搭配，合理分組。

４．２．５ ? ?預(yù)期成果

教師對(duì)項(xiàng)目成果要有合理的預(yù)期，難度不能太大或過(guò)于復(fù)雜。在“橋的設(shè)計(jì)”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)的橋梁要有一定的承重能力，要有研究報(bào)告和橋梁結(jié)構(gòu)說(shuō)明書(shū)等。

４．２．６ ? ?項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)多樣化

在“橋的設(shè)計(jì)”項(xiàng)目中，采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和形成性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，過(guò)程性評(píng)價(jià)采用組內(nèi)互評(píng)的方式，最終作品呈現(xiàn)采用組間互評(píng)的終結(jié)性評(píng)價(jià)方式。

４．３ ? ?項(xiàng)目實(shí)施

該項(xiàng)目的實(shí)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(jì)為顯性活動(dòng)進(jìn)行實(shí)施。此項(xiàng)目涉及到的物理知識(shí)有壓力、壓強(qiáng)、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(jì)”目的研究中，可以將中學(xué)里力學(xué)的大部分知識(shí)進(jìn)行整合，加強(qiáng)物理知識(shí)的融合。同時(shí)，學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的過(guò)程也是發(fā)展和建立大概念的過(guò)程。其中，“橋梁的設(shè)計(jì)”是整個(gè)項(xiàng)目中最核心的部分，教師通過(guò)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(dòng)性問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)模型，并交流測(cè)試結(jié)果。項(xiàng)目實(shí)施流程如圖２所示。

任務(wù)一：引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，思考問(wèn)題：你了解橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)呢？通過(guò)小組成員間的討論，請(qǐng)?jiān)鞓蚬こ處熛虼蠹医榻B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(yàn)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(guò)上一環(huán)節(jié)確定項(xiàng)目式的任務(wù)后，通過(guò)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(wèn)題：橋梁及承載物的重量由誰(shuí)承擔(dān)？怎樣能將橋梁受到的力分散和轉(zhuǎn)移？小車過(guò)橋的向心力由誰(shuí)提供？什么情況下小車脫離軌道做離心運(yùn)動(dòng)？橋梁的設(shè)計(jì)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(dòng)性問(wèn)題，并能結(jié)合各方面知識(shí)提出自己對(duì)此問(wèn)題的見(jiàn)解。

任務(wù)三：畫(huà)出橋梁設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)和相互作用觀念、數(shù)學(xué)中的比例尺進(jìn)行等比例縮放、后期對(duì)模型的美化等跨學(xué)科知識(shí)。

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

四個(gè)項(xiàng)目任務(wù)分別對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)、設(shè)計(jì)、開(kāi)展和發(fā)布。以“橋的設(shè)計(jì)”為例，根據(jù)任務(wù)展開(kāi)教師活動(dòng)和學(xué)生活動(dòng)，主要教學(xué)流程如表２所示。

５ ? ?項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)目評(píng)價(jià)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(zé)任四個(gè)方面展開(kāi)。評(píng)價(jià)目標(biāo)不僅要重視學(xué)生項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的結(jié)果，還要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)過(guò)程中物理核心素養(yǎng)的形成等方面進(jìn)行全方面評(píng)價(jià)。項(xiàng)目評(píng)價(jià)包括項(xiàng)目前期收集整理資料的表現(xiàn)、對(duì)資料的處理情況、實(shí)踐方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目作品的展示、學(xué)習(xí)過(guò)程的積極主動(dòng)性等要素［５］。

項(xiàng)目評(píng)價(jià)量表根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面展開(kāi)，分為優(yōu)秀、良好和及格三個(gè)等級(jí)，如表３所示。

設(shè)計(jì)大概念背景下的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的目的是為了契合新課標(biāo)對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力和跨學(xué)科實(shí)踐能力的要求。因此，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的評(píng)價(jià)必不可少。這就要求教師在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)之后評(píng)判學(xué)生具體認(rèn)識(shí)了什么、明白了什么、最后做出了什么。重點(diǎn)考查學(xué)生物理問(wèn)題的分析能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐過(guò)程中跨學(xué)科知識(shí)的運(yùn)用能力、知識(shí)遷移能力等［６］。

６ ? ?項(xiàng)目反思

大概念背景下，物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)框架有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)新穎有趣的驅(qū)動(dòng)性項(xiàng)目，能解決學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥、積極性不高的問(wèn)題。第二，能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，使其真正體會(huì)問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流的科學(xué)探究過(guò)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(shí)脈絡(luò)，解決更多物理問(wèn)題。第四，能提高學(xué)生跨學(xué)科實(shí)踐能力。

大概念背景下的物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為物理新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐探究和跨學(xué)科實(shí)踐提供了很好的解決辦法，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的同時(shí)，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(biāo)下物理課堂教學(xué)與設(shè)計(jì)提供了一種參考。

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（欄目編輯 ? ?賈偉堯）