基于發(fā)展核心素養(yǎng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

李博凌 鄭衛(wèi)峰

摘 ? 要：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種新型的教學(xué)方式，其目的是以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)基于真實(shí)情境下的項(xiàng)目，并指導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決問(wèn)題、鍛煉能力和發(fā)展核心素養(yǎng)。文章以“制作水火箭”項(xiàng)目提出確定項(xiàng)目式主題、設(shè)計(jì)方案與實(shí)施、交流與討論、總結(jié)與評(píng)價(jià)四個(gè)步驟，并探究了水量、氣壓和水火箭結(jié)果對(duì)其飛行高度的影響，探討了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí);核心素養(yǎng)；水火箭

1 ?問(wèn)題的提出

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》實(shí)施建議中提出了為促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，課程學(xué)習(xí)中要倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)或整合學(xué)習(xí)等方法，促進(jìn)學(xué)生基于真實(shí)情境下學(xué)科和跨學(xué)科問(wèn)題解決能力的發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)的發(fā)展[ 1 ]?？梢?jiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是國(guó)家所倡導(dǎo)的，能貫徹落實(shí)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的一條有效的路徑。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（ProjectBased-Learning，簡(jiǎn)稱“PBL”）是由杜威的學(xué)生克伯屈提出，其教學(xué)方式通常是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下從真實(shí)情境出發(fā)，以學(xué)科知識(shí)為基礎(chǔ)，采取小組合作形式圍繞具體的主題，以項(xiàng)目作品或知識(shí)總結(jié)的形式展示學(xué)習(xí)成果。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)實(shí)踐中，得出項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有利于學(xué)生學(xué)科知識(shí)的掌握、對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的合作能力、問(wèn)題解決能力、深度學(xué)習(xí)等均有幫助[ 2-4 ]。開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生在真實(shí)的情境中將已有的知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合有利于形成物理觀念；解決項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題使科學(xué)思維能力得到發(fā)展；通過(guò)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行探究發(fā)展科學(xué)探究能力；在項(xiàng)目的總結(jié)與匯報(bào)中認(rèn)識(shí)到知識(shí)與社會(huì)的關(guān)系，發(fā)展科學(xué)責(zé)任與態(tài)度。因此將物理學(xué)科與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)結(jié)合能有效幫助學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo)。

2 ?發(fā)展核心素養(yǎng)目標(biāo)下的項(xiàng)目設(shè)計(jì)步驟

克伯屈為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)有：確定目的、制定計(jì)劃、執(zhí)行操作、評(píng)判結(jié)果，該教學(xué)法提倡學(xué)生根據(jù)自己意愿，自己計(jì)劃、自己執(zhí)行、自己解決項(xiàng)目學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生“自愿”活動(dòng)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的重要性[ 5 ]。為了突出項(xiàng)目學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)以及教師的主導(dǎo)作用，周業(yè)虹[ 6 ]設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)增加了對(duì)項(xiàng)目的交流和評(píng)價(jià)，其程序?yàn)椋哼x擇研究項(xiàng)目、設(shè)計(jì)研究方案、實(shí)施研究方案、交流評(píng)判結(jié)果、項(xiàng)目總結(jié)評(píng)價(jià)。劉林[ 7 ]將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)融入真實(shí)情境中，其實(shí)施過(guò)程分為：項(xiàng)目?jī)?nèi)容的選擇、項(xiàng)目問(wèn)題和任務(wù)的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的實(shí)施、項(xiàng)目的評(píng)價(jià)。本文在此基礎(chǔ)上，以物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為目的，設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)步驟如圖1所示。首先是確定物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題，教師應(yīng)考慮學(xué)生核心素養(yǎng)與項(xiàng)目核心內(nèi)容之間的關(guān)系，并依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容和學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、能力水平等實(shí)際情況來(lái)確定[ 8 ]。

3 ?“制作水火箭”項(xiàng)目學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)

3.1 ?確定項(xiàng)目式主題

“制作水火箭”這一項(xiàng)目來(lái)源于2019魯科版選擇性必修一第一章中的動(dòng)量及其守恒，是動(dòng)量在實(shí)際生活中的應(yīng)用實(shí)例。教材通過(guò)“制作水火箭”讓學(xué)生體會(huì)動(dòng)量知識(shí)與生活中的實(shí)例相聯(lián)系，既鞏固了知識(shí)也鍛煉了利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力?！爸谱魉鸺表?xiàng)目涉及動(dòng)量和動(dòng)量守恒、豎直上拋、斜拋運(yùn)動(dòng)等物理知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生形成運(yùn)動(dòng)觀、相互作用觀、能量觀；并將理論的知識(shí)和實(shí)踐相聯(lián)系，學(xué)會(huì)應(yīng)用物理知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象使其物理觀念得到發(fā)展。

3.2 ?設(shè)計(jì)方案與實(shí)施

為了保證項(xiàng)目按計(jì)劃實(shí)施，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案時(shí)可將項(xiàng)目分成若干個(gè)子任務(wù)明確每個(gè)子任務(wù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，“制作水火箭”項(xiàng)目可分為4個(gè)子任務(wù)：任務(wù)1是通過(guò)查閱相關(guān)資料了解水火箭的原理及制作材料等相關(guān)知識(shí)；任務(wù)2是制作水火箭，學(xué)生搜集材料，利用工具對(duì)材料加工制作水火箭；任務(wù)3是水火箭的發(fā)射與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，學(xué)會(huì)測(cè)量和分析數(shù)據(jù)；任務(wù)4是項(xiàng)目成果展示，即學(xué)生展示水火箭的制作成果并進(jìn)行評(píng)價(jià)。各子任務(wù)具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)及相應(yīng)發(fā)展的核心素養(yǎng)如表1所示。

3.3 ?交流與討論

學(xué)生通過(guò)觀察水火箭的發(fā)射和飛行過(guò)程，提出有價(jià)值的問(wèn)題進(jìn)行探究，鍛煉科學(xué)思維發(fā)展科學(xué)探究。例如可探究水火箭垂直發(fā)射時(shí)飛行高度與瓶?jī)?nèi)的氣壓，水量以及水火箭的結(jié)構(gòu)的關(guān)系[ 9 ]。

3.3.1探究飛行高度與氣壓的關(guān)系

學(xué)生使用容積為800 ml的塑料瓶子制作水火箭，通過(guò)上網(wǎng)查閱資料可知該瓶子最大可承受的氣壓大約在10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。實(shí)驗(yàn)采用控制變量法探究在不同的氣壓下水火箭的飛行高度，自變量為瓶?jī)?nèi)氣壓，因變量為水火箭的飛行高度。實(shí)驗(yàn)時(shí)控制水火箭中的水量為225 ml、水火箭的結(jié)構(gòu)不變，探究在瓶?jī)?nèi)氣壓分別為2.4、2.6、2.8、3.0、3.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水火箭的飛行高度。拍攝的水火箭發(fā)射視頻導(dǎo)入Tracker軟件中，以同平面的操作者身高作為為參照高度得出火箭飛行高度數(shù)據(jù)，如圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，其中P為瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)、H為水火箭飛行高度。

通過(guò)圖6的分析，得到在水量為225 ml時(shí)氣壓從2.4到3.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓變化時(shí)，水火箭的飛行高度隨氣壓的增大而增大，且在氣壓為2.8個(gè)大氣壓時(shí)圖像的斜率最大，說(shuō)明在氣壓為2.8個(gè)大氣壓時(shí)改變氣壓，水火箭的飛行高度變化最明顯。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生對(duì)水火箭的飛行高度與氣壓的關(guān)系從定性到定量的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的習(xí)慣。

3.3.2探究水火箭飛行高度與水量的關(guān)系

控制瓶?jī)?nèi)氣壓為3.0個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，探究水量分別為155 ml、185 ml、225 ml、250 ml、300 ml時(shí)水火箭飛行的高度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，其中V為瓶?jī)?nèi)的水量，H為水火箭的飛行高度。

分析圖7可以看出在水火箭瓶?jī)?nèi)為3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、水量為250 ml時(shí)水火箭的飛行高度比225 ml和300 ml的低，其可能的原因是水火箭發(fā)射時(shí)不垂直地面，導(dǎo)致飛行軌跡為拋物線，飛行高度下降。教學(xué)中可以通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)中不合理的數(shù)據(jù)的分析思考發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究。

3.3.3拓展思維探究水火箭的不同結(jié)構(gòu)與飛行高度之間的關(guān)系

教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生觀察對(duì)比不加平衡倉(cāng)單使用一個(gè)動(dòng)力倉(cāng)的水火箭（如圖8）與有平衡倉(cāng)的水火箭的飛行情況，并思考解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如圖8結(jié)構(gòu)的水火箭在飛行過(guò)程中為翻滾旋轉(zhuǎn)上升，飛行的高度也大大減低。這是因?yàn)楫?dāng)只有一個(gè)瓶子時(shí)，水火箭發(fā)射時(shí)會(huì)由于水火箭的本體比較短，底部的沖力比較大，水火箭很難保持穩(wěn)定導(dǎo)致翻滾旋轉(zhuǎn)。教學(xué)中還可以從能量觀的角度向?qū)W生解釋因發(fā)射的能量有一部分轉(zhuǎn)化給了翻滾旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致飛行的高度降低。通過(guò)本探究實(shí)驗(yàn)，將學(xué)生學(xué)過(guò)的相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋，學(xué)于致用提高學(xué)生素養(yǎng)。

3.4 ?總結(jié)與評(píng)價(jià)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)之一是學(xué)生可以從“做中學(xué)”，在項(xiàng)目“做”的過(guò)程中學(xué)生的多種學(xué)習(xí)能力得到關(guān)注和發(fā)展。因此對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)不能局限于傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，即不能只關(guān)注結(jié)果，還要關(guān)注學(xué)習(xí)者在整個(gè)項(xiàng)目完成過(guò)程中的表現(xiàn)以及過(guò)程中的能力增長(zhǎng)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)需要遵循發(fā)展性，主體性，過(guò)程性以及多元化的評(píng)價(jià)原則[ 10 ]。

評(píng)價(jià)時(shí)不單根據(jù)每個(gè)小組水火箭發(fā)射情況、飛行高度來(lái)評(píng)定，更多的是關(guān)注學(xué)生制作水火箭的過(guò)程。如有些組制作的水火箭外形美觀，有些組制作出的水火箭結(jié)構(gòu)不同，有些同學(xué)對(duì)遇到的問(wèn)題積極思考查閱資料并解決了難題等，這些都是學(xué)生在項(xiàng)目式教學(xué)中得到的鍛煉與發(fā)展，教師也要給予積極評(píng)價(jià)。在本項(xiàng)目中教師依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)2017版2020修訂》中核心素養(yǎng)水平劃分對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)，其中物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)責(zé)任與態(tài)度各占25分，總分100分如表2，學(xué)生間互評(píng)如表3。

4 ?結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)活動(dòng)中開(kāi)展“制作水火箭”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生從國(guó)家航天航空事業(yè)真實(shí)的情境中體會(huì)科技帶給社會(huì)的變革，樹(shù)立科技強(qiáng)國(guó)信念、培養(yǎng)愛(ài)國(guó)主義精神，發(fā)展科學(xué)責(zé)任與態(tài)度。項(xiàng)目在“做中學(xué)”中開(kāi)展交流與合作、聯(lián)系理論與實(shí)踐、通過(guò)自主探究，在解決問(wèn)題中提升學(xué)生探索知識(shí)，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力與發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

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