基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)

芶莎莎 馬清霸 徐曉梅 蔣靈

［摘 要］單元教學(xué)能解決傳統(tǒng)章節(jié)教學(xué)中某些不能解決的問(wèn)題，已成為當(dāng)前各學(xué)科教學(xué)的熱門話題，項(xiàng)目學(xué)習(xí)給單元教學(xué)提供了情景任務(wù)。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐探討了基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)的四步流程，包括單元項(xiàng)目主題、目標(biāo)、任務(wù)、評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)。

［關(guān)鍵詞］項(xiàng)目學(xué)習(xí)；單元教學(xué)；高中物理；機(jī)械能守恒定律

［中圖分類號(hào)］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2023）05-0049-04

一、 問(wèn)題的提出

我國(guó)基礎(chǔ)教育改革已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，要求物理教學(xué)要注意培養(yǎng)和提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生形成正確的價(jià)值觀。學(xué)科核心素養(yǎng)不是簡(jiǎn)單地記憶公式，需要在真實(shí)情境中借助問(wèn)題解決來(lái)培養(yǎng)。因此，要大范圍地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)就需要較大的主題、項(xiàng)目或任務(wù)來(lái)承載。本文結(jié)合素養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的實(shí)際情況從整體上探討單元教學(xué)設(shè)計(jì)以及活動(dòng)安排。

單元是基于一定的目標(biāo)與主題所構(gòu)成的教材與經(jīng)驗(yàn)的模塊［1］。崔允漷教授認(rèn)為，一個(gè)單元至少要對(duì)接一個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)，依據(jù)某個(gè)核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合具體的教材，按某種大任務(wù)（或觀念項(xiàng)目、問(wèn)題）的邏輯，將相關(guān)知識(shí)或內(nèi)容結(jié)構(gòu)化［2］。教學(xué)內(nèi)容是課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的奠基石，課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)把教學(xué)內(nèi)容當(dāng)作碎片化的知識(shí)處理，這就導(dǎo)致教師在教學(xué)活動(dòng)中容易忽視課時(shí)教學(xué)之間的聯(lián)系，因此會(huì)導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械地學(xué)習(xí)物理，同時(shí)所學(xué)的物理知識(shí)也是碎片化的。因此，單元教學(xué)設(shè)計(jì)被越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為是撬動(dòng)課堂轉(zhuǎn)型的一個(gè)支點(diǎn)。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一種基于建構(gòu)主義理論的以學(xué)生為中心的探究性學(xué)習(xí)方式，它是學(xué)生根據(jù)教師設(shè)定的目標(biāo)和任務(wù)，在真實(shí)情境中提出驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，并根據(jù)問(wèn)題完成自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、合作討論、成果展示等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)方式［3］。羅瑩教授研究發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)不僅能有效遏止常規(guī)課堂教學(xué)經(jīng)常出現(xiàn)的知識(shí)學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐相割裂的現(xiàn)象，而且能有效幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和問(wèn)題解決能力［4］。

核心素養(yǎng)發(fā)展是以情境為載體的，而項(xiàng)目學(xué)習(xí)則需要依托真實(shí)情境，圍繞核心概念，給學(xué)生設(shè)置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，這個(gè)任務(wù)就是單元教學(xué)設(shè)計(jì)需要的大任務(wù)［5］。所以說(shuō)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)和單元教學(xué)的結(jié)合能有效促進(jìn)課堂轉(zhuǎn)型，使物理知識(shí)點(diǎn)不再散亂，同時(shí)可以促進(jìn)學(xué)生參與物理課堂活動(dòng)，因而項(xiàng)目學(xué)習(xí)是有效開展單元教學(xué)的有效途徑。

基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)是在明確核心概念、確定單元項(xiàng)目主題的基礎(chǔ)上，分析教材內(nèi)容，制作知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，依據(jù)課標(biāo)、學(xué)情等制訂單元項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)主題引入驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，梳理項(xiàng)目主題，進(jìn)行問(wèn)題拆解，以此設(shè)置驅(qū)動(dòng)子問(wèn)題任務(wù)，學(xué)生在完成任務(wù)的基礎(chǔ)上形成項(xiàng)目成果，最后進(jìn)行交流、展示和評(píng)價(jià)，診斷素養(yǎng)水平?；诖怂悸?，本文對(duì)基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)（如圖1）進(jìn)行探討（以“機(jī)械能守恒定律”為例）。

二、基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的“機(jī)械能守恒定律”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）明確核心概念，確定單元項(xiàng)目主題

依托單元教學(xué)內(nèi)容、課標(biāo)及學(xué)生的學(xué)情，通過(guò)項(xiàng)目的推進(jìn)整合物理核心概念，挖掘知識(shí)內(nèi)在邏輯聯(lián)系，構(gòu)建知識(shí)體系。

1.單元教學(xué)內(nèi)容分析

本單元的教學(xué)目標(biāo)是指導(dǎo)學(xué)生從能量的角度研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)，教材中“機(jī)械能守恒定律”單元包括功與功率、重力勢(shì)能、動(dòng)能和動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的五個(gè)部分。本單元的核心概念是機(jī)械能以及機(jī)械能守恒定律，主要包括功、動(dòng)能、重力勢(shì)能、機(jī)械能等重要概念以及動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒。本單元的主線是“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”。這些概念的關(guān)系如圖2所示。

2.課標(biāo)分析

“機(jī)械能守恒定律”單元在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中對(duì)應(yīng)“機(jī)械能及其守恒定律”這個(gè)二級(jí)主題，本模塊通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)，讓學(xué)生從機(jī)械能轉(zhuǎn)化和守恒的視角分析生活中的物理問(wèn)題，逐步形成能量觀念。在課標(biāo)中其內(nèi)容要求表述如下［6］。

（1）理解功和功率。了解生產(chǎn)生活中常見(jiàn)機(jī)械的功率大小及其意義。

（2）理解動(dòng)能和動(dòng)能定理。能用動(dòng)能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。

（3）理解重力勢(shì)能，知道重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系。定性了解彈性勢(shì)能。

（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。理解機(jī)械能守恒定律，體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性。能用機(jī)械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)問(wèn)題。

3.學(xué)情分析

學(xué)生在初中已經(jīng)對(duì)功、功率有了初步的了解，對(duì)動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能有定性的了解，對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化有了感性認(rèn)識(shí)，并且對(duì)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律有淺層次的認(rèn)識(shí)，但還未形成定量的能量守恒觀念，對(duì)從能量的角度分析解決問(wèn)題并不熟悉。其次，學(xué)生掌握了一些模型，如自由落體運(yùn)動(dòng)模型等，并且會(huì)利用極限思想和微元法研究瞬間變化和過(guò)程累積等問(wèn)題，具有一定的探究能力［7］。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)剛好可以為機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)、深入探究搭建一個(gè)平臺(tái)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)習(xí)得知識(shí)。因此，把本單元內(nèi)容作為大項(xiàng)目開展教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容與真實(shí)情境相結(jié)合，確定本單元項(xiàng)目主題為“制作一個(gè)投彈機(jī)”。

（二）梳理單元項(xiàng)目主題，制訂單元項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

本單元項(xiàng)目主題為“制作一個(gè)投彈機(jī)”。顧名思義，該項(xiàng)目的研究對(duì)象就是投彈機(jī)，要制作投彈機(jī)就需要對(duì)它的實(shí)際工作過(guò)程進(jìn)行抽象建模，分析各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。而要解決這個(gè)問(wèn)題就需要學(xué)生首先收集投彈機(jī)的相關(guān)資料，分析投彈機(jī)的受力情況，如地球?qū)ε趶椀奈Φ?；其次判斷本單元知識(shí)點(diǎn)，分析相應(yīng)物體的受力及其做功情況，如重力做功、做功的快慢等；最后在腦海中強(qiáng)化能量轉(zhuǎn)化的原理和投彈機(jī)的工作原理，形成初步的能量觀，如動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化、守恒量等概念。因此本單元就是圍繞“力”“功”“能量”往下推進(jìn)。通過(guò)這一系列的活動(dòng)，學(xué)生能夠深入分析并理解單元項(xiàng)目主題的本質(zhì)，同時(shí)也使素養(yǎng)目標(biāo)具體化、可操作化。由此，制定本單元項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)，如表1所示。

（三）設(shè)計(jì)單元項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)施科學(xué)探究

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引入驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

融入歷史背景——早期戰(zhàn)場(chǎng)，在攻打城池時(shí)，士兵需要用很大的力氣才能將炮彈裝上炮筒，而炮彈在炮的推力作用下速度越來(lái)越大，動(dòng)能逐漸增加。人們?cè)趯?shí)踐中一致認(rèn)同給炮彈施加的力所做的功一部分轉(zhuǎn)化為炮彈前進(jìn)的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，那么士兵持續(xù)輸出的能量可以全部轉(zhuǎn)化為炮彈攻打城池的動(dòng)能嗎？這時(shí)教師提出驅(qū)動(dòng)問(wèn)題：如何制作一個(gè)投彈機(jī)？為了解決這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生需要不斷更新知識(shí)。接著在學(xué)生思考的時(shí)候，教師給出項(xiàng)目任務(wù)：針對(duì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，小組合作完成投彈機(jī)模型的設(shè)計(jì)。

2.設(shè)置驅(qū)動(dòng)子問(wèn)題，確定項(xiàng)目子任務(wù)

驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的提出就是為了讓學(xué)生在做中學(xué)，讓學(xué)生“做”就需要有問(wèn)題驅(qū)動(dòng)和思維參與，問(wèn)題指引學(xué)生“做”的方向。由于驅(qū)動(dòng)問(wèn)題一般都比較抽象，學(xué)生難以找到解決問(wèn)題的突破口，因此需要教師將主驅(qū)動(dòng)問(wèn)題分解成子驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。使學(xué)生通過(guò)查閱資料和小組合作交流，解決一個(gè)又一個(gè)子問(wèn)題，進(jìn)而完成項(xiàng)目任務(wù)。子驅(qū)動(dòng)問(wèn)題在內(nèi)容和難度上應(yīng)該有連貫性和遞進(jìn)性，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目子任務(wù)的同時(shí)，習(xí)得本單元知識(shí)，提升核心素養(yǎng)?；诖?，制訂“機(jī)械能守恒定律”單元項(xiàng)目教學(xué)計(jì)劃（如表2）。

3.合作探究，形成項(xiàng)目成果

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)之一就是成果可視。本單元項(xiàng)目成果是以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)物投彈機(jī)。該項(xiàng)目讓學(xué)生體驗(yàn)了制作的快樂(lè)，還深化了他們對(duì)本單元核心概念的理解。剖析投彈機(jī)的設(shè)計(jì)原理和能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生從能量角度分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)，充分運(yùn)用能量觀念解決生活實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)分組探究，讓學(xué)生親歷科學(xué)探究的過(guò)程，感受探究的樂(lè)趣，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、提高動(dòng)手操作能力及語(yǔ)言表達(dá)能力。項(xiàng)目成果如下圖3所示。

（四）評(píng)價(jià)項(xiàng)目成果，診斷素養(yǎng)水平

為了評(píng)價(jià)教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，促進(jìn)教師對(duì)自身“教”和學(xué)生“學(xué)”進(jìn)行反思和調(diào)整，本單元項(xiàng)目評(píng)價(jià)雙向進(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)。結(jié)合前期提出的教學(xué)目標(biāo)和課標(biāo)要求的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，制訂了單元項(xiàng)目的過(guò)程性評(píng)價(jià)表（用于評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐效果和素養(yǎng)水平）以及設(shè)計(jì)同伴作業(yè)練習(xí)題等紙筆測(cè)試卷和項(xiàng)目成果的結(jié)果性評(píng)價(jià)。

1.過(guò)程性評(píng)價(jià)

“機(jī)械能守恒定律”單元項(xiàng)目的過(guò)程性評(píng)價(jià)主要包括以下兩個(gè)方面：（1）活動(dòng)開展及學(xué)生參與情況的評(píng)價(jià)?？梢詮膶W(xué)生實(shí)際操作規(guī)范程度，學(xué)生的積極性等角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。（2）項(xiàng)目任務(wù)完成情況和素養(yǎng)水平的評(píng)價(jià)。表3為本單元項(xiàng)目用于評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐達(dá)到的素養(yǎng)水平和綜合能力的過(guò)程性評(píng)價(jià)表。

2.結(jié)果性評(píng)價(jià)

學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)械能守恒定律”后，教師在本環(huán)節(jié)中通過(guò)組織學(xué)生進(jìn)行投彈機(jī)制作比賽，促使學(xué)生在比賽過(guò)程中不斷提高動(dòng)手能力和知識(shí)運(yùn)用能力。讓學(xué)生在體驗(yàn)比賽快樂(lè)的同時(shí)，深化他們對(duì)能量轉(zhuǎn)化觀念的理解，強(qiáng)化從能量角度分析和解決生活中遇到的物理問(wèn)題。同時(shí)對(duì)表現(xiàn)優(yōu)秀的小組及個(gè)人給予獎(jiǎng)勵(lì)，公開展示項(xiàng)目成果，讓學(xué)生有幸福感、榮譽(yù)感和儀式感。在項(xiàng)目成果展示時(shí)，可以邀請(qǐng)其他學(xué)科教師、家長(zhǎng)、學(xué)生代表共同評(píng)價(jià)。在本教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)權(quán)重占40%，其他學(xué)科教師的評(píng)價(jià)權(quán)重占20%，家長(zhǎng)的評(píng)價(jià)權(quán)重占20%，學(xué)生代表的評(píng)價(jià)權(quán)重占20%。

三、小結(jié)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)立足于項(xiàng)目任務(wù)，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生就項(xiàng)目任務(wù)的完成或者問(wèn)題的解決，進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)。真正讓學(xué)生在做中學(xué)，讓學(xué)習(xí)方式多樣化，使學(xué)習(xí)過(guò)程“看得見(jiàn)”。單元教學(xué)能夠幫助師生建立完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)課時(shí)知識(shí)進(jìn)行整合。而基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的單元教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與應(yīng)用。項(xiàng)目學(xué)習(xí)促進(jìn)單元教學(xué)的發(fā)展和完善，不僅能幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)，積極參與課堂實(shí)踐，而且為教師更好地培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)提供參考方案。但由于基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的單元教學(xué)還在不斷完善中，教師需要結(jié)合課標(biāo)、學(xué)生基本情況和教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)方案，開展合適的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)深層次學(xué)習(xí)、理解性學(xué)習(xí)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 黃澤璇，張軍朋.國(guó)內(nèi)中學(xué)物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀及展望［J］.物理通報(bào)，2021（10）：151-155.

［2］? 崔允漷.學(xué)科核心素養(yǎng)呼喚大單元教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.上海教育科研，2019（4）：1.

［3］? 楊明全.核心素養(yǎng)時(shí)代的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：內(nèi)涵重塑與價(jià)值重建［J］.課程·教材·教法，2021（2）57-63.

［4］? 羅瑩，謝曉雨.基于項(xiàng)目的中學(xué)物理教學(xué)特征研究［J］.中小學(xué)教材教學(xué)，2022（3）：60-63.

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［6］? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［S］.北京：人民教育出版社，2020：14-15.

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（責(zé)任編輯 易志毅）