基于學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的初中物理常規(guī)教學(xué)探究
——以“電功率”一課為例

周 潔

江陰初級中學(xué)，江蘇 江陰 214400

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的，是適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。實(shí)施學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，讓日常教學(xué)融入項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的理念是滲透核心素養(yǎng)培養(yǎng)的一個理想選擇。只有當(dāng)物理觀念建立和綜合能力培養(yǎng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的常態(tài)時(shí)，物理核心素養(yǎng)才會真正成為學(xué)生生命中的一部分。

1 認(rèn)識學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)

1.1 什么是學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)

學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是基于學(xué)科中的關(guān)鍵概念和能力的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，將項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)要素融入學(xué)科教學(xué)。按照項(xiàng)目化學(xué)習(xí)所覆蓋知識范圍的大小，可以將項(xiàng)目化學(xué)習(xí)劃分為不同的課程樣態(tài)，從小到大分別為學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)、跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)、超學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)。學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)既可以理解為一種學(xué)習(xí)的方式，也可以作為一種學(xué)科課程的單元重構(gòu)方式，主要是以學(xué)科內(nèi)的關(guān)鍵概念和能力為載體，指向?qū)W科的本質(zhì)。

1.2 學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)現(xiàn)有的矛盾

素養(yǎng)的核心是讓學(xué)生學(xué)會物理知識的融會貫通，并能夠遷移以往知識來解決實(shí)際問題。為了落實(shí)核心素養(yǎng)，很多學(xué)校紛紛試行課程改革。在拓展型課程和探究型課程中，采用比較新穎的以學(xué)生為中心的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式；但在基礎(chǔ)型課程中，依然采用傳統(tǒng)的講授課方式。這種普遍的現(xiàn)象雖有教學(xué)變革的意味，但有兩個問題無法解決：第一，分派到物理學(xué)科的拓展型和探究型課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，一學(xué)期可能就是1～2個課題，給學(xué)生鍛煉的機(jī)會并不多，而學(xué)生在主要學(xué)習(xí)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)方式又沒有產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的變化，所以學(xué)習(xí)能力很難提升。第二，學(xué)生一方面在需要考試的課程中分秒必爭地進(jìn)行重復(fù)性訓(xùn)練，一方面又想深入探究自己喜歡的領(lǐng)域。時(shí)間很難分配，導(dǎo)致學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)也只能是以表面的熱鬧收尾，沒有起到該有的效果，物理核心素養(yǎng)并未得到真正提升。

1.3 學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)施的必要性

只有當(dāng)物理觀念建立和綜合能力培養(yǎng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的常態(tài)時(shí)，物理核心素養(yǎng)才會真正成為學(xué)生生命中的一部分。但在以往的常規(guī)教學(xué)中，教師更多關(guān)注瑣碎知識點(diǎn)的講授，學(xué)生學(xué)到的也是零碎知識的疊加，屬于低階認(rèn)知的范疇。課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出大概念、單元教學(xué)、深度學(xué)習(xí)這些關(guān)鍵詞，這就意味著我們不再是傳統(tǒng)知識碎片化的教學(xué)，教師必須改變教學(xué)方式，從課程的角度引領(lǐng)教學(xué)，進(jìn)而改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)將低階認(rèn)知包裹入高階認(rèn)知，在不降低學(xué)科學(xué)業(yè)成績和保證基礎(chǔ)類知識與技能不損失的情況下，通過項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)，培育學(xué)生問題解決、元認(rèn)知、批判性思維、溝通與合作等重要能力，真正意義上將培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

2 如何實(shí)施學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)

常規(guī)物理教學(xué)如何融入學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的理念，可以從三個方面宏觀把握，以蘇科版初中物理第十五章第二節(jié)“電功率”一課為例。

2.1 尋找知識脈絡(luò)，確定核心概念

學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)要求設(shè)計(jì)者用課程的視角重新關(guān)注自己的教學(xué)，需要設(shè)計(jì)者尋找從物理觀念到核心概念再到具體知識點(diǎn)的一整套知識體系（圖1），用宏觀的體系引領(lǐng)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施。

圖1 知識體系圖

根據(jù)對課標(biāo)要求和教參建議的理解，本節(jié)課的教學(xué)將圍繞三個層次展開。一是理解，本章電功和電熱屬于電磁能，本節(jié)的核心概念是電功率。因此，需要學(xué)生從能量的角度理解電功率，有節(jié)約用電和可持續(xù)發(fā)展的意識，并建立P=UI的物理模型。二是認(rèn)識，能認(rèn)識額定功率和實(shí)際功率。因此，需要創(chuàng)設(shè)一個真實(shí)的情境，讓學(xué)生區(qū)分實(shí)際功率和額定功率，并找到兩者之間的聯(lián)系。三是會測量，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，學(xué)會測量小燈泡的電功率，進(jìn)一步促進(jìn)對電功率的理解。

2.2 融入生活情景，設(shè)計(jì)驅(qū)動性任務(wù)

學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是在學(xué)科教學(xué)中，以項(xiàng)目為主線、以任務(wù)為依托、以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動參與的學(xué)習(xí)方式。如何引發(fā)學(xué)生對核心概念的思考和探索，必須依靠驅(qū)動性任務(wù)的完成，而這個驅(qū)動性任務(wù)必須有真實(shí)情境的代入感，同時(shí)還得有一定的挑戰(zhàn)性，才能引發(fā)學(xué)生的高階思考，所以要求教師能從生活情景中提取出與課堂匹配的驅(qū)動性任務(wù)。雙減政策落地后，我校學(xué)生參加在校晚自習(xí)，保護(hù)學(xué)生的視力勢在必行，而燈的亮度恰恰與燈的實(shí)際功率有關(guān)，于是本節(jié)課將圍繞“教室的燈太暗了，你如何選擇合適的燈替換”這個驅(qū)動性任務(wù)展開。

2.3 借助驅(qū)動性問題，推進(jìn)驅(qū)動性任務(wù)

教師常按照知識點(diǎn)的教學(xué)功能和內(nèi)在聯(lián)系，將教學(xué)知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化為一系列的問題，這些問題環(huán)環(huán)相扣，形成問題鏈。在學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的過程中，雖然從邏輯推理的層面也像問題鏈的教學(xué)模式，但不同的是學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中的問題不是教師事先預(yù)設(shè)好的，而是學(xué)生在探索過程中自然生成的，我們稱其為“驅(qū)動性問題”。隨著研究的深入，將不斷出現(xiàn)新的驅(qū)動性問題，于是形成了項(xiàng)目化學(xué)習(xí)獨(dú)有的問題鏈（圖2），也正是這些驅(qū)動性問題推進(jìn)學(xué)生最終完成驅(qū)動性任務(wù)。同時(shí)在探究的過程中，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，獨(dú)立思考問題，思考過程中又學(xué)會如何解決問題，創(chuàng)新意識和綜合能力得以培養(yǎng)。

圖2 問題鏈?zhǔn)疽鈭D

2.4 依托探究性實(shí)踐，落實(shí)核心素養(yǎng)

物理核心素養(yǎng)的最終目的是將學(xué)生培養(yǎng)成心智自由的人。如何讓學(xué)生從被動接受知識向主動獲取知識轉(zhuǎn)化？如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神？通過學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)、小組合作的探究性實(shí)踐，可以讓學(xué)生實(shí)際的知、行、思合一。

2.4.1 借助專業(yè)工具，尋找科學(xué)證據(jù)

圍繞本節(jié)課的驅(qū)動性問題任務(wù)，各小組經(jīng)過商討一致認(rèn)為“找更亮的燈泡替換”。僅憑肉眼判斷燈泡的亮暗，不夠嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)，于是給學(xué)生提供專業(yè)的光照度測量儀觀察燈泡的亮度（圖3），有證據(jù)使結(jié)果更有說服力。測量結(jié)果是：55 W的白熾燈亮度較暗直接剔除，90 W的白熾燈和18 W的LED燈都較亮，但亮度相當(dāng)。

圖3 測量實(shí)驗(yàn)圖

2.4.2 化抽象為具體，形成物理觀念

物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華。在“簡單機(jī)械和功”這一章，學(xué)生已經(jīng)接觸過功率這一物理概念，之前我們通常會引導(dǎo)學(xué)生回憶功率，直接告知用類比法得出電功率是表示電流做功快慢的物理量。但是，這樣的設(shè)計(jì)忽略了學(xué)生，學(xué)生思維的難點(diǎn)不是用類比法找不出二者的聯(lián)系，而是不知道何時(shí)可以采用類比法研究問題。所以，放手讓學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)二者單位相同，從而找到二者的聯(lián)系，就是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會類比的過程。這一環(huán)節(jié)非常開放，有的小組是討論獲得的，有的小組是查閱書本獲得的……

電功與時(shí)間的比值，這一概念相對機(jī)械功率還是較抽象，很難形成較穩(wěn)定的物理觀念，將抽象問題具體化更利于學(xué)生理解。于是自制帶有電能表的電路板（圖4），學(xué)生從不同的視角觀察，看到的現(xiàn)象有：①90 W的白熾燈所在的電路中，電能表指示燈閃爍的次數(shù)快；②在相同時(shí)間內(nèi)，90 W的白熾燈所在的電路中，電能表指示燈閃爍的次數(shù)多。在直觀的現(xiàn)象面前，學(xué)生不僅知道電功率是電功和時(shí)間的比值，還能深刻理解：電功率大的用電器做功快，電功率大的用電器在相同時(shí)間內(nèi)消耗的電能多。

圖4 自制電路板示意圖

2.4.3 重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)展高階思維

“測量小燈泡的功率”屬于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，如果直接放手讓學(xué)生按照書本的順序，按部就班地操作，學(xué)生完全可以順利得出相應(yīng)的結(jié)論。但是，我們更希望學(xué)生具有“會學(xué)習(xí)”的本領(lǐng)，具有解決復(fù)雜問題的能力。所以，在這個實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)中，如何讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中長能力、有獲得感，讓實(shí)驗(yàn)探究真正成為一個學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，是教學(xué)考慮的重點(diǎn)。突破口依然是從學(xué)生主體出發(fā)，從高階思維提升的角度出發(fā)，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，遵循做什么、突出具體怎么做、重視為什么這樣做的思維路徑，引導(dǎo)學(xué)生深度思考實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，同時(shí)落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（1）構(gòu)建P=UI模型：在實(shí)驗(yàn)原理P=UI的教學(xué)環(huán)節(jié)中，最終目的是幫助學(xué)生建立P=UI的模型，這個模型的建立有助于學(xué)生今后解決復(fù)雜單表測電功率或單表測電阻問題。例如，單電壓表測電功率，依據(jù)P=UI，若缺電流表我們就創(chuàng)設(shè)串聯(lián)電路，利用電壓表示數(shù)間接算出已知電阻的電流，從而解決無法直接測量電流的問題；如果是單電壓表測量電阻，也只需按照這個思路，變換一下計(jì)算公式R=U/I就可以了。

（2）嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度：在電路設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)突出滑動變阻器的作用，最終目的是讓學(xué)生明白，多次實(shí)驗(yàn)不能僅從次數(shù)的多少來判斷，而是數(shù)據(jù)要有一定的代表性和普遍性。例如，本實(shí)驗(yàn)中選取的大于、等于和小于額定電壓的三組數(shù)據(jù)，這樣歸納推理的規(guī)律才更有普遍意義。這與電流與電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)類似，我們選擇10 Ω的定值電阻進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，并不能得出電流與電壓成正比的普遍結(jié)論，還應(yīng)該再更換5 Ω、15 Ω、20 Ω 的定值電阻進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，這樣的結(jié)果才有一定的普遍意義。

（3）分析歸納的科學(xué)探究：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理是學(xué)生學(xué)會解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)學(xué)生常誤認(rèn)為燈的亮度跟實(shí)際電壓或跟實(shí)際電流有關(guān)，但是這樣的結(jié)論不夠全面，電壓改變的同時(shí)電流也在改變，它們共同影響燈的亮暗，因此燈的亮度取決于實(shí)際功率。

2.5 成果即評價(jià)，回歸核心概念

學(xué)生能解決問題，有一定的學(xué)習(xí)成果，就是對學(xué)生完成任務(wù)最好的評價(jià)。所以，本節(jié)學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的評價(jià)，最終指向?qū)W生能否選出合適的燈泡替換，正確的選擇也就是對電功率核心概念的深刻理解。

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究歸納得出，燈的亮度取決于實(shí)際功率。既然燈的亮度取決于實(shí)際功率，90 W的白熾燈實(shí)際功率大，亮度為什么與18 W的LED燈亮度相當(dāng)？學(xué)生再次借助小組的力量，相互討論、思辨推理，最后從能量轉(zhuǎn)化的角度找到了答案：兩盞燈亮度相當(dāng)，說明18 W的LED燈的發(fā)光功率與90 W的白熾燈的發(fā)光功率相近。而白熾燈的實(shí)際功率比LED燈大很多，說明在相同的時(shí)間內(nèi)，90 W的白熾燈消耗的電能只有少部分轉(zhuǎn)化為光能，大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而LED燈的發(fā)光效率則較高，這就是為什么現(xiàn)代生活中白熾燈逐漸被LED燈取代。最終我們選擇18 W的LED燈替換，更節(jié)能。解決實(shí)際問題，學(xué)生對自己的認(rèn)可度上升，這就是對學(xué)生最好的評價(jià)。

3 實(shí)施學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的思考

學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生關(guān)注真實(shí)的世界，不僅可以讓學(xué)生深度理解和掌握概念，而且可以鍛煉思維能力，同時(shí)還能引導(dǎo)學(xué)生理解何為社會責(zé)任。學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是學(xué)生能力和責(zé)任培養(yǎng)與學(xué)科知識獲得兼容的一種學(xué)習(xí)方式。在今后的教學(xué)中，將繼續(xù)努力讓學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)成為常規(guī)教學(xué)中的常態(tài)，讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中思、在思中會，切實(shí)提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。