指向科學抽象概念應用的項目化學習研究

嚴昆

[摘要] 項目化學習是提升學生學習力的有效手段。科學抽象概念的項目化學習圍繞主題梳理核心知識，提煉大概念;通過過山車項目，讓學生自主研究能量守恒定理、重力勢能與動能之間的轉換，自行設計搭建軌道過山車，將能量抽象概念應用到項目中，培養學生批判性思維、創新思維以及溝通協作能力。

[關鍵詞] 抽象概念;項目化學習;過山車

項目化學習（PBL）是學生在真實情境中對驅動性問題展開探究，并采用項目化小組的方式，運用各種工具與資源促進問題解決。項目化學習的特征包括：以一個驅動性的問題作為引發劑，經過一系列活動產生最終的作品，或者形成可以公開發表的成果;在現實生活中進行探究并具有一定的社會效益;需要運用多種認知工具和信息資源，進行多學科知識的交叉與跨學科的實踐，同時強調學習中的合作。現以“過山車”設計為例，探討通過該項目培養學生創新思維能力的可行性，為項目化學習探究的實施提供參考。

一、科學抽象概念項目化學習設計

抽象概念是指以依存于某類事物的性質和事物與事物之間的關系為反映對象的概念。例如，能量守恒定律、能量之間的轉換是科學中的抽象概念，屬于能量大概念的范疇，學生在生活中看不見、摸不到。本項目化學習以搭建過山車為內容，以能量守恒定律、能量之間的轉換為載體，指向學生批判性思維、創新思維、溝通協作能力的培養。因此，結合項目化學習的特點，我們從項目準備、項目學習過程、項目評價三個方面設計項目化學習流程。

二、“過山車”項目化學習實踐

1.學習目標

核心概念：自主探究能量守恒定律，探究重力勢能與動能之間的轉化在過山車中的應用，并巧妙利用離心力與向心力搭建復雜的過山車，使過山車結構多樣化。

共通素養：在小組合作中完成過山車搭建，培養學生溝通協作能力，通過解決在軌道搭建中出現的工程問題，培育合作意識。

2.研究的問題

項目化學習是“問題解決”的學習，問題本身就是項目化學習的內容，問題的真實性和挑戰性成為關鍵特征。本項目中提出了兩個問題：過山車的動力是哪里來的？如此快的速度為什么不會從軌道上飛出去？

3.實踐支架

搭建思維支架：從現象、原因、問題和方案四個維度，如小球經常出現不能正常行駛的問題（脫軌、卡在軌道等）;同時，教師給出“四維度問題”學習支架：描述現象、分析原因、提出要解決的問題、提出改進方案。

4.具體探究環節

（1）引入任務。從生活實例中出發，讓學生觀看迪士尼樂園過山車視頻，講述玩過山車的刺激感，引發學生思考如何利用軟管設計搭建自己的過山車。

（2）探究過山車的原理。首先，利用斜坡軌道探究鋼珠在過山車中的動力。如圖1所示，當小球從不同高度滾下時，下滑的速度有何不同？滑到對面斜坡的高度有何不同？

其次，利用旋轉“水桶”實驗探究鋼珠如何順利通過垂直回環軌道。如圖2所示，讓“水桶”旋轉起來但不能讓水桶里的水灑出來，并注意水桶旋轉的速度變化。

最后，探究鋼珠為何能順利通過而不會脫離軌道。

（3）探究過山車的結構。教師將各種各樣的過山車實物照片展示在教室內，讓學生觀察、討論、歸納過山車的基本結構，引導學生思考過山車由哪幾部分構成，并通過查閱資料，了解各部分的作用。

（4）建立評價量表。項目化學習以問題為驅動力，要求學生在項目中迎接挑戰性的問題。如果項目最后要以比賽的形式進行競爭，那么為了讓學生能不斷改進設計過山車，就有必要建立評分標準和評價量表（如

表1、表2）。

（5）設計、搭建、測試、改進過山車。一是畫設計圖，向學生提出子任務：在設計圖中畫出過山車軌道的路線，標出起點、終點、彎道、垂直回環的高度，彎道、垂直回環的直徑。二是搭建過山車，測試過山車效果。按照設計圖搭建過山車，在搭建過程中如果發現設計不合理的，就要修改設計圖以改進過山車。

（6）項目化學習評價。其一，自測評價：針對學習成果形成的過程進行評價，學生設計清晰易懂、可操作的評價標準;其二，組內協商評價：根據學習進程“嵌入”指向協作能力的評價，指導學生學會真正意義上的協商和合作;其三，組間共享評價：旨在小組之間對照學習目標進行團隊總結與反思匯報，如我們是怎樣一步一步完成這個項目的？在項目中我們有哪些重大發現，遇到了哪些困難？

搭建過山車項目基于任務解決的整合，需要多元化的評價方式。本項目的設計目的是引導學生形成對過山車原理、設計、工程搭建、各種回環技術處理的整體評價。比方說，組織學生制作PPT匯報答辯，組織過山車比賽，對學生搭建的過山車作品進行全校分享等。

項目化學習從以教師為中心轉變為以學生為中心，從以課本為中心轉變為以項目為中心，從以課堂為中心轉變為以工作場景為中心，能夠讓學生快樂地動手實踐。設計項目化學習時要注意，學生才是項目解決方案的決策者、裁判員，教師要認清項目化學習的本質問題——高階認知策略，做好學生的導師。