STEM理念下“LPL”模式的教學設計與實施

鄺素馨

【摘要】“LPL”模式是一種基于STEM理念的高中課堂“小項目引領”教學模式。基于該教學模式，本文通過設置“發現守恒觀”“形成守恒觀”“體會守恒觀”“理解守恒觀”“應用守恒觀”五個小項目，對機械能守恒定律教學進行設計與實施。LPL教學模式，通過有效的項目設置，能夠很好地引導并幫助學生形成物理觀念，開拓科學思維，進行科學探究，培養科學態度與責任，使得物理核心素養在課堂上得到有效的落實。

【關鍵詞】STEM理念;高中物理教學;“LPL”模式

一、“LPL”模式

“LPL”（Little Project Lead）模式，意為小項目引領模式，是在高中分科教學背景下提出的一種基于STEM理念的高中課堂教學模式。美國教育家威廉·赫德·克伯屈（Willam Heard Kilpatrick）曾經把項目（Project）定義為“熱情且有目的的行為”。因此，學生有目的地學習的行為就是一個項目。根據“LPL”模式的要求，首先依據《普通高中物理課程標準（2017年版）》確定總目標，然后根據學生認知規律把課程目標分解為一系列子目標，并以“小項目”形式展現給學生，形成一個完整的項目結構。

現以《機械能守恒定律》為例，談談“LPL”模式下的教學設計與實施。新課標明確指出：“理解機械能守恒定律，體會守恒觀念對認識物理規律的重要性。能用機械能守恒定律分析生產生活中的有關問題。”從初中到高中的教材中，都花了不少篇幅來闡述該部分內容。學生對機械能守恒定律并不陌生，可是，對于學生守恒觀念的形成，則是這節課的重點和難點。學生一旦形成守恒觀念，那么，對于機械能守恒定律的理解和應用就迎刃而解。

1.以《課程標準》為依據：《新課標》要求學生體會守恒觀念，我們應該如何讓學生體會守恒觀念呢？由于守恒觀念一直在支配著人們的生產與生活，為此，我們可以比較容易調用學生的原有知識。例如，零花錢的分配過程就會用到守恒思想，地理學科的水循環過程，化學領域的電子數守恒等都蘊藏著守恒的思想。由此來引導學生“發現守恒觀”。通過對守恒觀念的發現，引導學生找到守恒與變化之間的關系，把守恒的思想從生活中遷移到運動中來，學生的守恒觀開始形成。接下來，我們就不難提煉出整節課的五個課堂子目標：發現守恒觀、形成守恒觀念、體會守恒觀念、理解守恒觀念和應用守恒觀念。

2.從學生認知入手：結合建構主義理論，由課標確立的五個子目標，可以分別以知識同化、順應、創新、質疑和遷移的不同認知層次為基礎，結合STEM理念，利用科學、技術、工程以及數學等知識，設計特定的教學情景。

3.用小項目去引領：小項目引領是“LPL”模式不同于其它教學模式的重要原則。“STEM”理念是一種基于項目的學習，鑒于項目內容與時間的限制，在高中課堂滲透STEM教育理念，必須把“大項目”拆分成“小項目”來進行。筆者根據物理建模教學中的建模步驟，結合課標要求和學生認知，把五個子目標以小項目的形式展現在學生面前。同時也通過這一系列的小項目引領課堂，實現課堂目標，落實學生的物理學科核心素養。具體設計如教學流程圖1所示。

二、基于STEM理念的“LPL”模式的教學實施

項目1：尋找生活中的守恒量

情景1：了解我國在水循環衛星方面作出的重要貢獻。根據情境思考，尋找水循環過程中的變化。

設計思路：學生對全球水循環并不陌生，該情景的設置關鍵是希望學生能夠調用原有知識，學會尋找生活中的“變化”，從變化中找到“守恒量”。學生不難發現，該過程存在水的物態變化，以及空間位置的變化。我們可以進一步引導學生分析“變化”。由于光照強烈，水受熱蒸發，從液態變成氣態，而且蒸發越厲害，液態的水變少，而氣態的水就會增多。這是一種此消彼長的變化。我們可以進一步追問學生，為什么液態的水少了，氣態的水就會增多呢？學生會脫口而出，因為水分子總量保持不變。同樣道理，從空間位置上來看，水從陸地到海洋，如果陸地區域的水少了，海洋區域的水就會增多，因為在循環的過程中水分子的總量保持不變。引導學生發現守恒量的突破口是尋找此消彼長的變化。同時，守恒不是不變，而是一種動態的平衡——保持不變。

通過尋找水循環中“此消彼長”的變化，發現隱藏在變化中的守恒量，如圖2所示。由此引出守恒隱藏在變化當中，而變化則可能預示著守恒的存在。

守恒的觀念指導著我們的生產和生活。請學生思考，生產生活中還有哪些守恒的例子？學生列舉：化學反應前后的電子數守恒、零花錢的使用和支配過程等生活中的數量守恒關系。學生基本形成守恒觀念，知道表象的變化可能預示著守恒，守恒則隱藏于變化當中。

項目2：尋找運動中的守恒量

情景2：尋找簡單運動中的守恒量。

設計思路：尋找運動中的守恒量要從簡單運動開始，學生不難想到勻速直線運動。仍然從變化中來引導學生分析，勻速直線運動中有什么變化？學生不難找到隨著時間的推移，物體的位移在增加。然后就沒有找到其它變化了。這時，我們可以把勻速直線運動的情景畫在黑板上，留著項目3完成后再回頭分析，勻速直線運動屬于機械能不變，而不是機械能守恒。

尋找運動中的守恒量，學生進一步提出從勻加速直線運動開始研究。最簡單的勻加速直線運動就是自由落體運動（教師用網球演示自由落體過程）。學生通過觀察網球的下落過程，不難發現，在自由落體運動中，小球的速度在增大，高度在減少，而速度和高度是不可以直接進行交換的，怎么處理呢？與速度和高度都有關系的，應該是什么物理量？學生很容易會想到能量。與速度有關的是動能，與高度有關的是勢能，動能和勢能之間通過力做功發生相互轉化。通過動能定理和功能關系，學生可以得出增加的動能等于減少的勢能。這就是自由落體運動中的守恒量——機械能守恒。

項目3：探究機械能守恒的條件

情景3：通過表格引導學生探究機械能守恒的條件。