基于項目學習的高中物理單元教學設計

芶莎莎 馬清霸 徐曉梅 蔣靈

［摘 要］單元教學能解決傳統章節教學中某些不能解決的問題，已成為當前各學科教學的熱門話題，項目學習給單元教學提供了情景任務。文章結合教學實踐探討了基于項目學習的高中物理單元教學設計的四步流程，包括單元項目主題、目標、任務、評價的設計。

［關鍵詞］項目學習；單元教學；高中物理；機械能守恒定律

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）05-0049-04

一、 問題的提出

我國基礎教育改革已經進入了一個新的階段，要求物理教學要注意培養和提升學生的物理學科核心素養，幫助學生形成正確的價值觀。學科核心素養不是簡單地記憶公式，需要在真實情境中借助問題解決來培養。因此，要大范圍地培養學生的學科核心素養就需要較大的主題、項目或任務來承載。本文結合素養目標和學生的實際情況從整體上探討單元教學設計以及活動安排。

單元是基于一定的目標與主題所構成的教材與經驗的模塊［1］。崔允漷教授認為，一個單元至少要對接一個學科核心素養，依據某個核心素養的要求，結合具體的教材，按某種大任務（或觀念項目、問題）的邏輯，將相關知識或內容結構化［2］。教學內容是課時教學設計的奠基石，課時教學設計把教學內容當作碎片化的知識處理，這就導致教師在教學活動中容易忽視課時教學之間的聯系，因此會導致學生機械地學習物理，同時所學的物理知識也是碎片化的。因此，單元教學設計被越來越多的學者認為是撬動課堂轉型的一個支點。

項目學習是一種基于建構主義理論的以學生為中心的探究性學習方式，它是學生根據教師設定的目標和任務，在真實情境中提出驅動問題，并根據問題完成自主學習、獨立思考、合作討論、成果展示等環節的學習方式［3］。羅瑩教授研究發現，項目學習不僅能有效遏止常規課堂教學經常出現的知識學習與生活實踐相割裂的現象，而且能有效幫助學生建構科學概念，從而培養學生的創造性思維和問題解決能力［4］。

核心素養發展是以情境為載體的，而項目學習則需要依托真實情境，圍繞核心概念，給學生設置具有挑戰性的任務，這個任務就是單元教學設計需要的大任務［5］。所以說，項目學習和單元教學的結合能有效促進課堂轉型，使物理知識點不再散亂，同時可以促進學生參與物理課堂活動，因而項目學習是有效開展單元教學的有效途徑。

基于項目學習的單元教學設計是在明確核心概念、確定單元項目主題的基礎上，分析教材內容，制作知識結構圖，依據課標、學情等制訂單元項目教學目標，根據目標主題引入驅動問題，梳理項目主題，進行問題拆解，以此設置驅動子問題任務，學生在完成任務的基礎上形成項目成果，最后進行交流、展示和評價，診斷素養水平。基于此思路，本文對基于項目學習的高中物理單元教學設計（如圖1）進行探討（以“機械能守恒定律”為例）。

二、基于項目學習的“機械能守恒定律”單元教學設計

（一）明確核心概念，確定單元項目主題

依托單元教學內容、課標及學生的學情，通過項目的推進整合物理核心概念，挖掘知識內在邏輯聯系，構建知識體系。

1.單元教學內容分析

本單元的教學目標是指導學生從能量的角度研究機械運動，教材中“機械能守恒定律”單元包括功與功率、重力勢能、動能和動能定理、機械能守恒定律、驗證機械能守恒定律的五個部分。本單元的核心概念是機械能以及機械能守恒定律，主要包括功、動能、重力勢能、機械能等重要概念以及動能定理、機械能守恒。本單元的主線是“功是能量轉化的量度”。這些概念的關系如圖2所示。

2.課標分析

“機械能守恒定律”單元在《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中對應“機械能及其守恒定律”這個二級主題，本模塊通過實驗和理論推導，讓學生從機械能轉化和守恒的視角分析生活中的物理問題，逐步形成能量觀念。在課標中其內容要求表述如下［6］。

（1）理解功和功率。了解生產生活中常見機械的功率大小及其意義。

（2）理解動能和動能定理。能用動能定理解釋生產生活中的現象。

（3）理解重力勢能，知道重力勢能的變化與重力做功的關系。定性了解彈性勢能。

（4）通過實驗，驗證機械能守恒定律。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。

3.學情分析

學生在初中已經對功、功率有了初步的了解，對動能、重力勢能、彈性勢能有定性的了解，對動能和勢能的轉化有了感性認識，并且對能量轉化與守恒定律有淺層次的認識，但還未形成定量的能量守恒觀念，對從能量的角度分析解決問題并不熟悉。其次，學生掌握了一些模型，如自由落體運動模型等，并且會利用極限思想和微元法研究瞬間變化和過程累積等問題，具有一定的探究能力［7］。

項目學習剛好可以為機械能守恒定律的學習、深入探究搭建一個平臺，讓學生在完成任務的同時習得知識。因此，把本單元內容作為大項目開展教學，將教學內容與真實情境相結合，確定本單元項目主題為“制作一個投彈機”。

（二）梳理單元項目主題，制訂單元項目教學目標

本單元項目主題為“制作一個投彈機”。顧名思義，該項目的研究對象就是投彈機，要制作投彈機就需要對它的實際工作過程進行抽象建模，分析各個運動過程。而要解決這個問題就需要學生首先收集投彈機的相關資料，分析投彈機的受力情況，如地球對炮彈的吸引力等；其次判斷本單元知識點，分析相應物體的受力及其做功情況，如重力做功、做功的快慢等；最后在腦海中強化能量轉化的原理和投彈機的工作原理，形成初步的能量觀，如動能和勢能之間的相互轉化、守恒量等概念。因此本單元就是圍繞“力”“功”“能量”往下推進。通過這一系列的活動，學生能夠深入分析并理解單元項目主題的本質，同時也使素養目標具體化、可操作化。由此，制定本單元項目教學目標，如表1所示。

（三）設計單元項目學習任務，實施科學探究

1.創設真實情境，引入驅動問題

融入歷史背景——早期戰場，在攻打城池時，士兵需要用很大的力氣才能將炮彈裝上炮筒，而炮彈在炮的推力作用下速度越來越大，動能逐漸增加。人們在實踐中一致認同給炮彈施加的力所做的功一部分轉化為炮彈前進的動能，一部分轉化為其他形式的能，那么士兵持續輸出的能量可以全部轉化為炮彈攻打城池的動能嗎？這時教師提出驅動問題：如何制作一個投彈機？為了解決這個問題，學生需要不斷更新知識。接著在學生思考的時候，教師給出項目任務：針對驅動問題，小組合作完成投彈機模型的設計。

2.設置驅動子問題，確定項目子任務

驅動問題的提出就是為了讓學生在做中學，讓學生“做”就需要有問題驅動和思維參與，問題指引學生“做”的方向。由于驅動問題一般都比較抽象，學生難以找到解決問題的突破口，因此需要教師將主驅動問題分解成子驅動問題。使學生通過查閱資料和小組合作交流，解決一個又一個子問題，進而完成項目任務。子驅動問題在內容和難度上應該有連貫性和遞進性，讓學生在完成項目子任務的同時，習得本單元知識，提升核心素養。基于此，制訂“機械能守恒定律”單元項目教學計劃（如表2）。

3.合作探究，形成項目成果

項目學習的優點之一就是成果可視。本單元項目成果是以小組為單位設計實物投彈機。該項目讓學生體驗了制作的快樂，還深化了他們對本單元核心概念的理解。剖析投彈機的設計原理和能量轉化、轉移的特點，促進學生從能量角度分析機械運動，充分運用能量觀念解決生活實際問題。通過分組探究，讓學生親歷科學探究的過程，感受探究的樂趣，增強團隊協作意識、提高動手操作能力及語言表達能力。項目成果如下圖3所示。

（四）評價項目成果，診斷素養水平

為了評價教師的教學效果和學生的學習成果，促進教師對自身“教”和學生“學”進行反思和調整，本單元項目評價雙向進行過程性評價和結果性評價。結合前期提出的教學目標和課標要求的學業質量標準，制訂了單元項目的過程性評價表（用于評價學生的學習實踐效果和素養水平）以及設計同伴作業練習題等紙筆測試卷和項目成果的結果性評價。

1.過程性評價

“機械能守恒定律”單元項目的過程性評價主要包括以下兩個方面：（1）活動開展及學生參與情況的評價。可以從學生實際操作規范程度，學生的積極性等角度進行評價。（2）項目任務完成情況和素養水平的評價。表3為本單元項目用于評價學生學習實踐達到的素養水平和綜合能力的過程性評價表。

2.結果性評價

學生學習“機械能守恒定律”后，教師在本環節中通過組織學生進行投彈機制作比賽，促使學生在比賽過程中不斷提高動手能力和知識運用能力。讓學生在體驗比賽快樂的同時，深化他們對能量轉化觀念的理解，強化從能量角度分析和解決生活中遇到的物理問題。同時對表現優秀的小組及個人給予獎勵，公開展示項目成果，讓學生有幸福感、榮譽感和儀式感。在項目成果展示時，可以邀請其他學科教師、家長、學生代表共同評價。在本教學設計中，教師對學生的評價權重占40%，其他學科教師的評價權重占20%，家長的評價權重占20%，學生代表的評價權重占20%。

三、小結

項目學習立足于項目任務，通過任務驅動，讓學生就項目任務的完成或者問題的解決，進行知識學習。真正讓學生在做中學，讓學習方式多樣化，使學習過程“看得見”。單元教學能夠幫助師生建立完整的知識網絡，對課時知識進行整合。而基于項目學習的單元教學可以實現知識的有效關聯，幫助學生在完成項目任務的同時，實現知識的遷移與應用。項目學習促進單元教學的發展和完善，不僅能幫助學生系統地掌握知識，積極參與課堂實踐，而且為教師更好地培養學生核心素養提供參考方案。但由于基于項目學習的單元教學還在不斷完善中，教師需要結合課標、學生基本情況和教學內容，依據物理學科特點設計教學方案，開展合適的項目學習活動，真正實現深層次學習、理解性學習。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 黃澤璇，張軍朋.國內中學物理單元教學設計研究現狀及展望［J］.物理通報，2021（10）：151-155.

［2］? 崔允漷.學科核心素養呼喚大單元教學設計［J］.上海教育科研，2019（4）：1.

［3］? 楊明全.核心素養時代的項目式學習：內涵重塑與價值重建［J］.課程·教材·教法，2021（2）57-63.

［4］? 羅瑩，謝曉雨.基于項目的中學物理教學特征研究［J］.中小學教材教學，2022（3）：60-63.

［5］? 李俊鵬，魏潔.基于物理學科核心素養的單元教學設計現狀分析［J］.物理教師，2021（1）：29-34.

［6］? 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準：2017年版2020年修訂［S］.北京：人民教育出版社，2020：14-15.

［7］? 朱靜，莫艷萍.“機械能守恒定律”單元教學設計［J］.中學物理，2020（23）：29-32.

（責任編輯 易志毅）