微項目學習在物理翻轉課堂中的應用*

唐建華

(蘇州陽山實驗中學 江蘇 蘇州 215151)

1 談微項目學習和翻轉課堂

微項目學習是蘇州金陵館長創建的“微課程教學法”中關于課堂創新的一部分，是將單位課時的核心知識情境化，轉化成現實生活中的實際問題，激發學生探索發現、解決問題、形成作品的學習過程[1].項目學習持續長，一般要好幾課時甚至幾周，而微項目學習則是在單位課時里完成.微項目學習的理論基礎是建構主義學習理論、杜威的實用主義教育理論和布魯納的發現學習理論.

“翻轉課堂”是當今一種新的教學模式，它顛覆了傳統基于印刷術的課堂教學結構與流程.“翻轉課堂”教學模式下，學生課前通過觀看教師預先錄制的視頻學習知識，所以課堂以傳統“傳授知識的教”已經沒有存在的必要，課堂必須抓住知識的內化.課堂如何內化呢？蘇州金陵館長創建的“微課程教學法”中提出“基礎檢測”“進階作業”“協作探究”“班級展示”4步.“基礎檢測”是檢測學生課前學習的成效，目的是夯實基礎，增加成就感；“進階作業”是依據最近發展區理論讓學生練習可能出錯的作業，通過師生互助，達到對知識的深度學習，為進一步的探究活動奠定基礎；“協作探究”就是探究教師設置的來自生活的微項目，使學生能夠置身于真實的生活情境，根據自己的經驗主動加工處理外部信息，并與伙伴交流分享，在思維碰撞中產生新的創意，通過協助探究，形成作品，最終進行“班級展示”.教師設置的微項目直接決定課堂知識內化的程度，影響學生的學習效果.

2 例說微項目在翻轉課堂中的應用

2.1 重新設計探究實驗內化知識

物理是一個以實驗為基礎的學科,物理實驗是人們利用科學器材設備模擬自然現象，去除干擾因素，留下“干貨”，在最有利的條件下研究自然規律.這些實驗好處是學生學得快(在傳統課堂中尤為必要)，但知識應用能力要差些，因為生活中的問題不像學生實驗時那么簡單，客觀問題千變萬化，充滿著許多干擾因素，這就需要學生有排除干擾的能力.在翻轉模式下，課前視頻中“排除干擾的經典實驗”學生已經學習了，但缺少動手體驗的過程，課堂中如何處理呢，筆者認為可以選用生活中的物品，設計含有干擾因素的“實驗”完成探究，驗證結論.這個過程不僅具有傳統物理實驗應有的功能，還豐富了學生體驗，加深了對物理概念和規律的理解.

筆者在執教蘇科版物理“杠桿”一課時，課前學生觀看了視頻完成了自學任務單，學生已經學習了杠桿平衡條件的知識.課堂中，筆者對于“探究杠桿平衡條件”這個重要實驗故意設置障礙，舍棄實驗室里現成的杠桿，選取了生活中的筷子、大小相同的螺母(重0.2 N)、小鐵絲、細繩、三角板，讓學生再次探究.學生先設計實驗，通過討論提出實驗方案：筷子作為杠桿，把其中間用細繩掛起來，使之水平位置靜止；再用細繩系著螺母掛在杠桿兩邊,調整位置使之再次在水平位置靜止；最后三角板測量力臂探究杠桿平衡條件.教師提出疑問，沒有平衡螺母怎樣解決筷子水平位置平衡問題.學生給出兩種正確方法：一是不斷調整細繩位置；二是筷子上翹一端系上細鐵絲，調整鐵絲位置如圖1所示.教師提出，實驗前筷子在水平位置靜止和實驗時筷子在水平位置靜止時作用問題.學生很自然地說出作用，前者是消除筷子自重對實驗的影響；后者是為了方便測量力臂.教師又提出，筷子一端粗一端細，是否會影響實驗.部分學生覺得不會影響，但還有些學生有些遲疑.這樣大家熱情高漲地開始了實驗.

圖1 一端系有小鐵絲的筷子

實驗結束后，師生交流.實驗結論和視頻里一樣，筷子的粗細不會影響杠桿平衡條件.教師再次提出，如何利用杠桿平衡的條件，利用螺母測出筷子自身的重力.學生開始了激烈的討論，主要圍繞這幾個問題：一是沒有彈簧測力計不能測筷子重力；二是筷子太輕了，有測力計也不能測；三是把筷子和螺母掛在杠桿的兩端，調節杠桿水平平衡，根據杠桿平衡條件，由螺母的重力以及它們的力臂得到筷子的重力；四是先找出筷子的重心，然后筷子一端掛上螺母，另一端不掛，如圖2所示.調整支點位置使筷子水平位置平衡，測出螺母作用于筷子的力臂和筷子自身重力作用于筷子的力臂，根據螺母的重力就能得到筷子的重力.最后學生采用一致認可的方法四測出筷子的重力.教師再提出，大家可以拿著自己小組的筷子到教師這里用電子稱驗證一下，用杠桿平衡條件測出的筷子重力是否準確.學生自然很興奮，驗證后去除測量誤差的影響，用電子稱測出的重力和運用杠桿平衡條件得出的重力是一致的，更加驗證學生運用筷子得出杠桿平衡條件的正確性.

圖2 測量筷子的重力方法四

2.2 解決物理原始問題內化知識

物理原始問題取自生活中的客觀問題，這些問題不同于經過抽象、概括、建模的理想物理習題，缺少了關鍵詞和數據作為解題的拐杖，需要的是學生解決實際問題的能力、建模的能力，解決該問題有利于培養學生適應將來社會的核心素養.而傳統課堂教學中,大部分時間花在知識的傳授上，在最后解決問題時，只能倉促地以解決高度概括的物理習題來鞏固知識，至于從物理走向社會解決實際問題，那只能是學有余力的學生課后自己去尋找、分析、解決了.所以，翻轉課堂學習的課堂中教師有必要尋找生活中的物理原始問題并呈現在學生面前，讓學生分析解決.

筆者執教蘇科版物理“物態變化”這一章復習課，學生課前觀看視頻完成任務單，已經能說出6個物態變化的名稱，以及伴隨著吸熱還是放熱；能說出水在自然界的循環過程，知道冰融化、水沸騰的條件.為了深度學習這些內容，筆者尋找了一個生活中由物態變化組成的原始問題，將涉及這個原始問題的過程用手機拍攝成視頻，讓學生分析這其中包含有哪些物態變化.

筆者選用了看起來像冰塊的固體，投入裝水的玻璃杯中，然后用手機拍攝“冰”投入水后，水“沸騰”的壯觀全過程.課堂播放給學生看，學生看到后很興奮，因為看到杯子中有很多氣泡產生，杯子上方有大量的“白氣”，這個現象類似于學生前面做的“水的沸騰”實驗，但這個實驗更加壯觀，水中氣泡更多，產生的“白氣”更多.看完視頻后讓學生思考這是什么現象？圖3是反映原始問題的視頻截圖和師生交流的教學片斷.

生甲：這個實驗現象符合水沸騰時的現象，應該是水的沸騰.

生乙：不是水的沸騰，水沸騰的條件是溫度達到沸點后還要繼續加熱，這里沒有熱源.

生甲反駁：放進去的固體一定能放熱.

這時教室安靜下來，學生們都緊鎖眉頭，生丙打破僵局：不是水的沸騰，原因有二，一是水沸騰后水面上方的“白氣”要上升的，因為熱空氣是上升的，而視頻中“白氣”下降；二是水要加熱到沸點才能沸騰，假設放進去的固體是熱源，也不會一放進水中，水就能沸騰.

說完后大家都很贊同，但隨之而來的疑問是放進去的神奇固體是什么.

(a)

(b)

(c)

生丙：放進去的固體溫度肯定很低，因為杯子上方的“白氣”是往下流動的，應該是冷空氣.

放進去的固體溫度很低，那是什么呢？大家又在不斷猜想.

生丁：我猜是干冰，干冰在常溫下會迅速升華變為氣體二氧化碳，所以水中有許多氣泡產生.

教師追問:那杯口周圍產生的白色氣體是怎么回事？

生丙：干冰升華要吸熱，水中氣泡實際是氣體二氧化碳，但溫度很低，所以到杯口上方時，導致了空氣中的水蒸氣液化，變成小水珠隨著冷空氣流動，我們看到的不是二氧化碳，二氧化碳是看不見的氣體，我們看見的是小水珠.至此，一個來自生活的原始問題得到了很好的解決.

2.3 研究生活中的商品內化知識

物理是自然科學中的重要基礎學科，其發展又推動社會的不斷進步，生活中琳瑯滿目的商品中就包含著各種物理原理、物理規律.讓學生研究生活中的現成商品，既有利于學生理解所學知識，還能有助于培養學生發明創造的能力.

筆者在2013年江蘇省第二屆初中物理課程改革活動中，執教了九年級物理“磁體與磁場”.其中課前給學生看了筆者在實驗室里預先錄制的探究磁體性質的微視頻，并且學生完成了相應的課前自學任務單，學生已經了解磁體的吸鐵性、指向性、磁極間相互作用等磁體的性質.課堂中為內化知識，筆者課堂上讓學生拆卸兒童磁性寫字板(圖4)，分小組分別研究寫字板的筆、板、擦3個部件與磁有關的問題.

圖4 拆卸后的兒童磁性寫字板

這種磁性寫字板是他們小時候熟悉的入學前練習寫字畫畫的必備裝置，對于寫字板上的筆為何輕易就在板子上寫出字來，背面的神奇擦子上下移動一下，板子上的內容就全部消失了，這些現象小時候只覺得神奇、好玩，但不知道其原因.所以選擇這種熟悉而神奇的商品來研究與磁體有關的知識時，學生情緒高漲.教師給每個小組還準備了鐵釘、條形磁體、回形針、小磁針，給每個小組營造一個開放的實驗環境，讓學生去發現、去探索.

組內討論后，組間交流.判斷筆是否具有磁性時，出現3種方法：一是用條形磁體與筆相吸就行；二是回形針與筆相吸就行；三是條形磁體與筆相斥才能說明有磁性.經過討論后發現第一種方法不行，第三種方法不僅能判斷筆是否是磁體，還能找出筆尖處的磁極.判斷板里的粉末狀顆粒可能是什么物質時，學生根據磁體筆能吸引板子深處粉狀顆粒，得出可能是磁粉，也可能是無磁性鐵粉的猜想，最終用鐵釘嘗試寫字失敗的實驗說明是鐵粉.有前面基礎，學生自然而然就能判斷出背后的擦子是磁體，在擦的過程中把浮在板子上層的鐵粉全部吸到板子下層如圖5所示.教師提出，若用條形磁體去擦板子會是什么效果？學生有兩種猜想：一是也能起同樣的效果，理由是條形磁體也能吸鐵粉；二是兩頭能擦除、中間不能，理由是條形磁體兩頭是磁極.最后實驗檢驗說明猜想二是對的,如圖6所示，這時學生討論焦點落在磁性寫字板后面的擦子為何能全部擦除，學生又提出兩個新猜想：一是擦子是磁體但無兩個磁極(與知識不符但很多學生都贊同)；二是兩個磁極分布在擦子與板子接觸位置和反面處.然后又設計實驗，學生們想到用小磁針去檢驗猜想，得出猜想二是對的如圖7所示，同時又豐富了學生的知識，條狀磁體的磁極不一定在幾何最長處，如生活中的釹鐵硼強磁體、冰箱的磁封等.

圖5 擦子擦板子

圖6 條形磁體擦板子

圖7 小磁針檢驗擦子

2.4 根據規律制作產品內化知識

“從生活到物理，從物理到社會”這是新課標的基本理念，這也是學習物理的出發點，就是要將學到的知識在社會實踐中得到應用，這也是科學技術轉化成生產力的要求.生活中各式各樣的產品原理都或多或少的涉及到物理知識，甚至有些物理規律的發現直接導致相應的應用產品的發明.所以教師在讓學生學完相應知識后，可以制作成現成“產品”的，要創造條件，讓學生制作，感受知識的價值.但傳統課堂就顯得力不從心，課堂上為了盡量不讓每個學生掉隊，就要集中精力把知識點的來龍去脈一一理清，最后到知識應用時，只能蜻蜓點水，點到為止，學生回家自己領悟感受知識的應用.而在翻轉課堂中，教師把講授知識的過程精心制作成微課，學生學習知識前置，課堂就可以深度學習，甚至可以運用物理知識進行“創作”.

筆者執教蘇科版八年級物理“物質的三態 溫度的測量”這節課，課堂上提供藥瓶、吸管、墨水、一個注射器等器材，讓學生自制一個溫度計.這個看似簡單的制作卻包含了許多等待解決的現實問題.很快每個小組都完成了產品雛形的制作，筆者找了兩個小組的作品，一個是瓶子中裝滿紅墨水、一個瓶子沒裝滿如圖8(a)所示.拿著兩個作品提問：這兩個“溫度計”放在熱水中，哪個溫度計上升得快？學生們都認為是墨水裝得多的“溫度計”上升快，因為液體越多，受熱膨脹后液體體積增加就越多.于是筆者將兩個“溫度計”同時放入熱水燒杯中，將這一過程進行投影.學生很快發現現象不是預期的，紅墨水裝得少的“溫度計”反而受熱后液體上升快，而且上升的液體有部分已經噴出來如圖8(b)所示.大部分學生看到這個奇怪現象不知原因，教師進行及時的點撥：上升快的“溫度計”除了液體會受熱膨脹，還有什么也會受熱膨脹？這樣學生想到還有氣體受熱也膨脹，而且相對液體來說，膨脹得更多，但由于吸管插入液體中了，氣體的膨脹又壓迫了液體，于是液體就被擠上去了.教師抓住機會給學生介紹了世界上第一支伽利略氣體溫度計，講完后緊接著提出：這個上升快的“溫度計”很靈敏，但現在為什么不用了？教師順勢演示了將該溫度計放入透明的塑料瓶中蓋緊，然后擠壓瓶子，學生迅速看到溫度計里的液柱在下降.教師不用解釋，學生便可以分析到大氣壓對該溫度計有影響.接下來教師又準備了兩個燒杯，里面有正在融化的冰塊(從保溫杯先后相隔5 min倒出)，一個快融化完，一個才剛開始融化.教師提出：這兩個燒杯中液體的溫度誰更低？結果溫度計放進去測得是一樣的如圖8(c)、(d)所示，這也就解決了課前視頻中提出攝氏溫標的關于零攝氏度的來歷問題.

(a) (b)

(c) (d)

3 總結

“知識從生活中來，到生活中去”，“翻轉課堂”的課前通過學生觀看視頻，完成自學任務單，解決的是知識獲得問題，而課堂上我們就需要解決知識應用問題，因此就需要教師設置真實情境的微項目.由于物理學科特點，我們運用取自生活的物品設計實驗重溫規律的獲得；分析解決物理原始問題提高學生解決實際問題的能力；分析現有商品和制作產品培養學生知識創新能力.所以，翻轉課堂中課堂知識內化的效果很大程度上取決于教師設置的“微項目”質量的高低.