【摘要】隨著教育改革的深入，項目式學(xué)習(xí)逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要途徑。通過設(shè)計并制作一個混凝土發(fā)電儲能裝置的具體案例，系統(tǒng)闡述涵蓋驅(qū)動問題明確、驅(qū)動目標(biāo)設(shè)定、項目實施、展示評價以及項目反思環(huán)節(jié)的基于項目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實踐設(shè)計流程，以期為類似的初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】初中物理；項目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科實踐

作者簡介：方圓（1983—），女，浙江省衢州市龍游縣第三中學(xué)。

項目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心、注重實踐、強調(diào)問題解決的學(xué)習(xí)方式。其核心要求在于引導(dǎo)學(xué)生參與真實或模擬的項目，圍繞具有現(xiàn)實意義的主題或任務(wù)，在一段時間內(nèi)通過合作探究、動手操作來解決實際問題?！读x務(wù)教育課程方案（2022年版）》強調(diào)：“突出課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，探索主題、項目、任務(wù)等內(nèi)容組織方式。”《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》也要求“以主題為線索，構(gòu)建課程結(jié)構(gòu)”“注重科學(xué)探究，倡導(dǎo)教學(xué)方式多樣化”。由此可見，新課標(biāo)的要求與項目式學(xué)習(xí)的理念高度契合。在新課標(biāo)的指導(dǎo)下，物理教學(xué)不能僅僅局限于知識的傳授，而應(yīng)更加注重提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維［1］。

另外，“跨學(xué)科實踐”是義務(wù)教育物理課程內(nèi)容的一個一級主題，該主題的內(nèi)容具有跨學(xué)科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關(guān)。這有利于學(xué)生學(xué)會跨學(xué)科運用知識，分析和解決問題，進(jìn)行動手操作的實踐［2］。因為對于新課標(biāo)增加的“跨學(xué)科實踐”的相關(guān)內(nèi)容，一些物理教師尚處在探索如何將其有效融入物理教學(xué)的階段，所以筆者聚焦項目式學(xué)習(xí)，圍繞“跨學(xué)科實踐”的二級主題“物理學(xué)與社會發(fā)展”以及有關(guān)氣候變暖的社會熱點問題，開發(fā)了“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計和制作”項目，旨在探索初中物理跨學(xué)科實踐路徑。

一、基于項目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實踐設(shè)計流程

基于項目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實踐設(shè)計流程（見圖1）以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和實用主義教育理念為依據(jù)，采用逆向設(shè)計方法，從問題出發(fā)，反向規(guī)劃整個學(xué)習(xí)過程。該流程強調(diào)學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，并涉及五個相互關(guān)聯(lián)的要素，即驅(qū)動問題、驅(qū)動目標(biāo)、項目實施、展示評價及項目反思。盡管具體的教學(xué)設(shè)計步驟可能因教師教學(xué)情境和目標(biāo)的差異而有所不同，但此流程仍具有較強的靈活性和適用性。教師可以根據(jù)不同的教學(xué)需求，對流程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求，確保項目式學(xué)習(xí)的有效實施。

在這五個要素中，驅(qū)動問題作為實踐設(shè)計的起點，需明確項目背景，體現(xiàn)學(xué)科融合，以情境問題激發(fā)學(xué)生探究欲望。驅(qū)動目標(biāo)包括總體目標(biāo)與分級目標(biāo)。總體目標(biāo)明確了需培養(yǎng)的核心能力和素養(yǎng)，如跨學(xué)科思維、問題解決能力等；分級目標(biāo)是由總體目標(biāo)細(xì)化成的具體的小目標(biāo)，與學(xué)科素養(yǎng)緊密結(jié)合，能確保學(xué)生逐步取得預(yù)期成果。項目實施需要教師通過情境創(chuàng)設(shè)引出主題；也需要學(xué)習(xí)小組按興趣明確分工、合作探究、動手實踐。展示評價需要學(xué)習(xí)小組展示成果，交流經(jīng)驗；也需要教師在過程評價中關(guān)注學(xué)生參與度、努力程度、合作精神等，在成果評價中評估學(xué)生學(xué)習(xí)成果的創(chuàng)新性、實用性、完整性，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況和實踐能力。項目反思需要教師分析設(shè)計、實施和評價過程，發(fā)現(xiàn)不足，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，明確改進(jìn)方向。

二、“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計和制作”項目教學(xué)案例

（一）驅(qū)動問題

1.項目背景

燃燒化石能源產(chǎn)生的溫室氣體的排放加劇了全球氣溫的上升，造成極端天氣氣候事件頻發(fā)，對人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展構(gòu)成威脅。開發(fā)新能源，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，成為當(dāng)務(wù)之急。應(yīng)用儲能技術(shù)是能源生產(chǎn)和消費的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重要性日益突出。混凝土作為一種被廣泛使用的建筑材料，具有成本低、原料豐富、耐久性好等優(yōu)點。因此，將混凝土與發(fā)電、儲能技術(shù)結(jié)合并設(shè)計出高效、穩(wěn)定的裝置的方法值得探討。

2.學(xué)科融合

“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計和制作”項目融合了物理、數(shù)學(xué)、工程等多門學(xué)科的知識（具體內(nèi)容見表1），要求學(xué)生具備跨學(xué)科的學(xué)習(xí)能力和思維方式。學(xué)生將理論知識與實踐相結(jié)合，有利于實現(xiàn)知識的內(nèi)化與遷移。本項目融合的學(xué)科中，物理學(xué)科提供了能量轉(zhuǎn)換與守恒等基礎(chǔ)理論支持；數(shù)學(xué)學(xué)科通過測量、計算、概率統(tǒng)計和代數(shù)方程的相關(guān)工具，為優(yōu)化儲能裝置設(shè)計提供了精確的數(shù)據(jù)；工程學(xué)科以結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)集成和項目管理的任務(wù)，確保儲能裝置的可行性和穩(wěn)定性；美術(shù)學(xué)科在儲能裝置中融入了美學(xué)，使其更具吸引力；語文學(xué)科幫助學(xué)生進(jìn)行報告撰寫和口頭表達(dá)，有效傳達(dá)設(shè)計理念；勞動學(xué)科通過手工制作和工具使用，幫助學(xué)生鍛煉實踐能力和動手能力，使知識得以跨學(xué)科融合并應(yīng)用于實際制作中。

3.情境問題

如何設(shè)計并制作一個既穩(wěn)定又高效的混凝土發(fā)電儲能裝置？在設(shè)計、制作過程中需要考慮哪些因素？如何通過團隊合作完成這一任務(wù)？

（二）驅(qū)動目標(biāo)

驅(qū)動目標(biāo)在項目教學(xué)中起著導(dǎo)向作用。設(shè)定具體、可衡量的驅(qū)動目標(biāo)，能夠使學(xué)生清晰地認(rèn)識學(xué)習(xí)的目的和意義，也為教師提供了教學(xué)設(shè)計和評估的依據(jù)。本項目的驅(qū)動目標(biāo)如表2所示。

（三）項目實施

1.情境創(chuàng)設(shè)

教師組織學(xué)生觀看氣候變暖對地球環(huán)境造成危害的相關(guān)視頻，講解關(guān)于太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電與儲能的前沿技術(shù)，使學(xué)生了解氣候變化的影響以及新能源技術(shù)在應(yīng)對氣候變化中的重要作用，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。教師適時地暫停播放視頻，提出“用太陽能、風(fēng)能發(fā)的電有什么限制？如何把發(fā)出來的電儲存起來？”等問題，引發(fā)學(xué)生的思考，組織學(xué)生分享自己對于相關(guān)裝置的看法，讓學(xué)生了解這些裝置對新能源發(fā)電的重要性，之后自然地引出本項目的主題—混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計和制作。

2.小組分工

在分工環(huán)節(jié)，學(xué)生依據(jù)個人的興趣和特長，自發(fā)組建了若干個學(xué)習(xí)小組。每組的組長和組員均承擔(dān)著不同的項目任務(wù)（具體內(nèi)容見表3），通過充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，相互協(xié)作，共同推進(jìn)項目的開展。

3.合作探究

各組經(jīng)過充分討論，得出可行的制作方法，并根據(jù)所畫的設(shè)計圖，運用工程原理，針對結(jié)構(gòu)材料、電動機、發(fā)電機以及滑輪組等進(jìn)行細(xì)致的計算、測量、分割、捆扎和組裝。隨后，每個小組展開內(nèi)部交流，判斷儲能裝置是否滿足要求。

4.動手實踐

（1）準(zhǔn)備工具與材料

在項目啟動之初，師生精心準(zhǔn)備了如表4所示的各類工具和材料。工具的選擇充分考慮了其安全性、易操作性和適用性，確保學(xué)生在實際操作中能夠發(fā)揮其最大效用。材料則需要根據(jù)項目的經(jīng)費來選擇。

（2）穿戴好防護(hù)用品

安全是實踐的首要前提。在實踐開始之前，教師要求學(xué)生必須穿戴好各種防護(hù)用品，包括安全帽、手套、護(hù)目鏡等。這些防護(hù)用品能夠有效避免學(xué)生受到意外傷害，確保實踐的順利進(jìn)行。

（3）制作儲能裝置

首先，使用木質(zhì)材料搭建框架，確?？蚣芊€(wěn)固且能夠支撐混凝土塊（牛奶盒）。接著，將滑輪組或齒輪組安裝在預(yù)定位置，為能量轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。然后，有效連接發(fā)電機與滑輪組或齒輪組，以確保混凝土塊（牛奶盒）在升降過程中能夠有效驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能（這一步最重要）。隨后，在合適的位置安裝電池，讓電池儲存發(fā)電機產(chǎn)生的電能，以便在需要時進(jìn)行釋放、使用。最后，進(jìn)行調(diào)試工作，全面檢查儲能裝置各部分的運行狀態(tài)。

（4）記錄數(shù)據(jù)與測試

教師要求學(xué)生認(rèn)真記錄的數(shù)據(jù)包括但不限于材料的用量、制作過程中的時間節(jié)點、儲能裝置的運行狀態(tài)以及儲能效率、混凝土塊（牛奶盒）升降的速度等。根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，學(xué)生需要對儲能裝置進(jìn)行性能測試，再對儲能裝置進(jìn)行改進(jìn)。制作完儲能裝置后，學(xué)生需要進(jìn)一步分析和處理關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并算出本組所制作的儲能裝置的功率，與市面上的其他儲能裝置的功率進(jìn)行比較，以評估本組所制作的儲能裝置的性能、成本等方面的優(yōu)勢和潛力。之后，學(xué)生需要根據(jù)整個制作過程和實踐結(jié)果撰寫項目報告。

（四）展示評價

1.小組展示

每個小組展示制作的過程和成果，交流制作情況和經(jīng)驗教訓(xùn)。展示形式可以是視頻、PPT、實物。通過展示，學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)，拓寬視野，激發(fā)創(chuàng)新思維。

2.過程評價

教師根據(jù)小組在項目實施過程中包括團隊協(xié)作、資料收集、創(chuàng)新設(shè)計、動手實踐等方面的表現(xiàn)進(jìn)行評價。過程評價需要教師鼓勵學(xué)生積極參與、勇于嘗試、不斷創(chuàng)新。

3.成果評價

圍繞各組制作的儲能裝置進(jìn)行的成果評價，注重學(xué)生關(guān)于實踐的收獲和創(chuàng)新能力，有利于學(xué)生制作出更多優(yōu)秀的作品。

（五）項目反思

項目結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考遇到的問題及其解決方法，針對學(xué)生在項目中的不足提出具體的改進(jìn)意見。同時，教師對項目實施情況進(jìn)行總結(jié)，反思教學(xué)設(shè)計和實施的過程，豐富項目教學(xué)的經(jīng)驗，以優(yōu)化教學(xué)方法，提升教學(xué)效果。

結(jié)語

本文以“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計和制作”為例，詳細(xì)闡述了基于項目式學(xué)習(xí)的初中物理跨學(xué)科實踐設(shè)計流程。實踐證明，項目式學(xué)習(xí)能夠有效促進(jìn)學(xué)生的知識整合能力、實踐能力和創(chuàng)新思維的發(fā)展，也為初中物理教學(xué)提供了新的思路。

【參考文獻(xiàn)】

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