迎接“項目挑戰”玩轉“能量轉化”

張瑩蘭

摘? ?要：“機械能的轉化”一節的教學，新課教學中通過游戲情境的設計帶領學生觀察歸納、猜想驗證物理規律，鍛煉科學思維;增設三個項目挑戰賽，通過項目學習模式體驗科學探究，培養尊重事實，質疑創新，學以致用的科學態度和學習熱情。

關鍵詞：項目學習;核心素養;科學思維;科學探究

物理核心素養的培養是近年教育研究與一線教學實踐的熱門問題。物理核心素養是學生通過物理學習內化的，帶有物理學科特色的品質，是學生在接受物理教育過程中逐步形成適應個人終身發展和社會發展需要的關鍵能力和必備品格，是物理“學科育人”價值的集中體現。它要求學生在完成物理學習后，形成正確的“物理觀念”，具有模型建構、科學推理、學習論證、質疑創新等“科學思維”，掌握“科學探究”的方式，形成正確的“科學態度與責任”，物理核心素養的提出給我們廣大一線教師的課堂教學設計提供了精準的方向。

項目學習模式引入初中物理教學，實質上就是將物理綜合實踐活動作為一種學習方式引入物理教學中，將物理概念建構和物理規律探究融入小組合作完成一項具體的任務的過程，在完成項目任務的過程中重新整合，利用學習內容，在全新的體驗中引發深度學習[ 1 ]。項目學習是物理知識的整體性運用與創造，它把物理學科與生活、工程、數學、藝術等緊密聯系，是一種跨學科融合性、開放性、個性化的學習方式，在實踐中將知識轉化為能力，內化為物理核心素養。

“能量觀”做為物理核心素養中重要的“物理觀念”之一，對初中學生來說較為抽象和難以理解。在教學過程中發現學生一學就會，一做就錯，學生難以建立能量大小的變化和能量之間轉化的聯系，對稍微復雜的情境難以系統分析。本文以滬科版八年級第十章第六節“合理利用機械能”第二課時——機械能的轉化為例，在教學過程中，利用設置合理的情境，建構分析物理模型，開展項目學習，旨在幫助學生們建立初步對能量的理解。

1? 設置游戲情境模型，科學推理概括規律

美國著名科學教育家萊得曼認為：“科學知識是以經驗為基礎，是基于對自然界的觀察”。學生對從未接觸過的概念，需要一定的情境來使學生獲得感性認識。教師為學生選擇的情境中的最佳例子是來源于日常生活。通過從司空見慣的生活實例中提取物理知識，培養學生模型建構、科學推理、學習論證的科學思維[ 2 ]。

1.1? 游戲情境設計，激發思維火花

生活中與機械能的轉化相關的情境實例比比皆是，我們應該選擇學生熟悉的、有趣的、能量轉化較單一方便分析的實例來服務于新課教學。本節課，我設計了七個方便演示和學生觀察的相關小游戲作為情境，逐步展開新課教學。具體內容如表1所示。

1.2? 合理教學設計，提升核心素養

在小球沿斜面下滑、滾擺、蹦床、實心球單擺這四個實例中，可以首先由教師演示實驗，然后通過教師設置清晰的問題鏈激發學生的積極思維[ 3 ]：你能看到什么和能量有關的知識？能量的大小是否有變化？你如何驗證你的說法？你要怎么分階段來說明能量轉化？……由學生回答問題，互相補充回答完整或提出質疑問題，由學生自行積極主動建構知識網絡。

在單擺實驗中，分析完成單擺過程后，教師繼續設問：實心球每次都能回到原來的位置嗎？如何讓實心球回到原來的釋放位置甚至升的更高？如果從鼻尖處釋放，返回時候會不會打到鼻子？需要注意怎么做才不會打到鼻子？……學生利用已有的知識和方法，做出合理猜想假設，針對問題進行邏輯推斷，最后由學生代表進行實驗驗證。這樣由觀察推理得到的知識較不容易遺忘，并由此培養學生模型建構、科學推理、科學論證的科學思維。

在重力小車和回力車游戲環節，教師先演示重力小車，由于重力小車的能量變化很明顯學生容易判斷。但回力車動能的來源學生只能靠猜想，不是電能、不是重力勢能，那可能是什么能轉化而來的？當學生做出了合理的猜想假設，教師進一步追問：如果你的猜想是對的，想讓小車運動的更遠，應該怎么做？有什么其他事實為依據可以證明你的猜想？ ……

給學生適當思維啟迪，沿著物理規律的來源建立過程，學習物理規律的建立方法，關注規律的內在聯系和知識的遷移應用，學習聯系知識和實際解決面臨的新問題[ 4 ]。

2? 組織組間項目挑戰，合作學習競賽爭先

在課堂和課外開展合適的項目學習是極大刺激學生求知欲和學習熱情的教學方法之一，也是公認的體現學生物理核心素養的教學方法之一。現在的不少學生經歷過科學啟蒙，書籍玩具、科教頻道、包括網絡都是他們獲得科學知識碎片的途徑，且具有一定的動手能力，他們有能力圍繞解決實際項目任務參與課堂學習活動，小組合作協調互助，每人承擔相應工作來為小組完成項目任務做貢獻，這一代學生的能力水平是相當適合發展項目學習教學模式。

2.1? 設計項目挑戰，小組合作學習

利用項目學習模式，采用任務驅動，讓每個學生都經歷完整的“科學探究”過程。本節課的項目學習安排的是一次項目挑戰賽，學生選擇挑戰項目之一：“自制投石機投擲比賽”（成品如圖1）“樂高投石機投擲比賽” （成品如圖2）“不用電的小車賽跑比賽” （成品如圖3）。具體項目挑戰內容如表2所示。

由于這次項目挑戰設置在課內，因此我選擇難度適中的項目活動，并由教師提前準備好組裝小車和投石機相對應器材零件。其中“樂高投石機”如果從零開始組裝，至少需要半小時以上的時間，且目標指向性不夠強，因此我對“樂高投石機”投擲比賽做了如下處理：讓學生不是從零開始制作樂高，而是利用改進老師給的樂高投石機半成品，僅僅改進其最核心的部分---彈力部分，有能力的同學也可以在時間限制內對其機械部分進行改進。

2.2? 合理活動安排，提升核心素養

關于物理核心素養中的“科學探究”是這樣界定的：它是指提出科學問題，形成猜想和假設、設計實驗與制定方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作解釋、對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。科學探究主要包括問題、證據、解釋、交流等要素[ 5 ]。

項目學習不是單純的為了完成項目，而是希望通過項目學習，強化“物理觀念”，激活“科學思維”，經歷“科學探究”，端正“科學態度與責任”，這就要求教師精心設計組織項目學習環節。根據上文中“科學探究”的界定，本節課對項目挑戰環節做如下設計。總用時約為25分鐘，占據課堂總時長的一半。本次項目挑戰一共分為以下8個環節：

（1）介紹（3分鐘）：教師展示和介紹三個項目挑戰賽的活動器材和競賽目標;

（2）思考（30秒）：學生自行思考并提出猜想假設，如何更好的完成競賽目標;

（3）交流（2分鐘）：全班交流各個項目改進意見并相互評價討論;

（4）選擇（1分鐘）：每組三選一，選擇想要參加的項目挑戰賽并領取器材，在交流環節表現出色的小組優先選擇;

（5）實驗（10分鐘）：利用老師所給的器材，實踐項目挑戰;

（6）比賽（5分鐘）：三個項目挑戰每個四組同學，比賽場地采用現成的樂高比賽場地，每組從定好起點發射沙包或釋放小車，在同一大場地同時競賽，長度測量裁判測量比賽結果，不用電的小車還增設時間測量裁判，并最終由總裁判宣讀比賽結果;

（7）再交流（2分鐘）：冠軍小組分享取勝秘訣以及實踐嘗試中遇到的問題，失敗未完成項目挑戰的小組反思失敗的原因;

（8）整理器材（30秒）：復原實驗器材并歸還至講臺處。

項目學習的第一步就是明確需要解決的任務。教師演示兩種投石機的效果，投石機可以水平將物體投擲一段距離，但投擲效果不佳;演示不用電的小車，但水平運動距離有限，速度不快。教師可以通過設問將學生的思維引導到物理概念、規律上：這個過程存在什么樣的能量轉化呢？請學生思考從能量轉化的角度我們需要怎么做才能使沙袋水平飛行的更遠，小車運動得又快又遠呢？需要老師補充提供什么樣的器材？……通過一個個學生回答自己的看法以及教師一系列的追問，讓學生帶著問題去思考，學會如何正確的思考問題，如何進行科學的符合邏輯的猜想假設的思維過程，強化科學思維。

思考和交流環節，采用的是個人思考以及全班交流三個項目的設計。學生需要思考三個項目而不僅僅是自己小組將要選擇的項目，擴大交流面互相交流、互相啟迪，互相質疑、鼓勵創新，建立學習共同體。使整節課最后每組學生的競賽成績都更優并能使每位同學對每個活動都能有更強的參與感，對其他非自己小組所選擇的項目也能有所思考，在其他組競賽以及交流分享環節時也能共同參與專注思考。

這次項目挑戰每個項目有四個參賽小組，并不是教師提前安排分配好器材，而是在學生已經對每個項目怎么做能更好心中有數時，再經過小組討論選擇項目。看似浪費時間，但根據小組成員優勢、劣勢選擇合適的項目也是重要的能力之一。上個環節有效發言的小組有優先選擇權，也進一步促進上一環節的交流。選擇環節讓每個小組都有選擇的權利，使活動更具個性化，對自己所選擇的項目更能全情投入科學探究。

實踐環節學生通過圍繞真實的項目任務，將已有的知識技能方法遷移到新的問題中，從而解決實際問題。學生課堂內外積累的科學知識以及創新能力和動手能力，將使他們在小組項目學習中占據更主導的地位。項目挑戰增添了學生對物理學習的自信心，在學習中體驗成功感，滿足了學生的好勝心，使物理學習的興趣能夠更持久，促進學生全腦思維協調發展，培養學生的科學思維能力和動手能力、創造力。

比賽成績是對上一環節活動以及學生綜合能力的評價，測量裁判和總裁判的設立同時也培養了學生的測量能力讓更多的學生成為活動的組織方，不但使比賽更正式化，更是為了落實評價機制，明確測量的意義，端正“科學態度與責任”。每個小組都要有自己的長度或時間的成績而不是只關注冠軍，更應該關注各組差異背后的原因。

在冠軍組學生分享交流的過程中，將實踐經驗再次返回抽象的物理概念、規律，使學生認識到物理規律不是紙上談兵的死記硬背，是可以實踐反復驗證的，是可以利用規律解決真實問題的，從心底更相信物理愛物理。

參考文獻：

[1]楊勇誠.項目引領下的物理深度學習策略[J].中學物理教學參考，2018（6）：47-49.

[2]黃皓，馬宇澄.在綜合實踐中向物理學科素養深處漫朔-以電表改裝為例[J].中學物理教與學，2018（1）：36-40 .

[3]許邦正.物理核心素養視角下教師課堂教學素養的培養 [J].中學物理教與學，2018（2）：56-59.

[4]王高.科學思維的培養途徑[J].中學物理教與學，2018（2）：7-10.

[5]彭前程.談對學生發展核心素養及物理學科核心素養的理解[J].中學物理教與學， 2018（2）：3-6.