基于發(fā)展核心素養(yǎng)的項目式學習設計

李博凌 鄭衛(wèi)峰

摘 ? 要：項目式學習是一種新型的教學方式，其目的是以學生為中心設計基于真實情境下的項目，并指導學生在項目實踐中運用所學的知識解決問題、鍛煉能力和發(fā)展核心素養(yǎng)。文章以“制作水火箭”項目提出確定項目式主題、設計方案與實施、交流與討論、總結與評價四個步驟，并探究了水量、氣壓和水火箭結果對其飛行高度的影響，探討了項目式學習與核心素養(yǎng)的關系。

關鍵詞：項目式學習;核心素養(yǎng)；水火箭

1 ?問題的提出

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》實施建議中提出了為促進學生物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，課程學習中要倡導基于項目的學習或整合學習等方法，促進學生基于真實情境下學科和跨學科問題解決能力的發(fā)展，促進學生素養(yǎng)的發(fā)展[ 1 ]。可見項目式學習是國家所倡導的，能貫徹落實學生物理核心素養(yǎng)的一條有效的路徑。項目式學習（ProjectBased-Learning，簡稱“PBL”）是由杜威的學生克伯屈提出，其教學方式通常是指學生在教師的引導下從真實情境出發(fā)，以學科知識為基礎，采取小組合作形式圍繞具體的主題，以項目作品或知識總結的形式展示學習成果。國內(nèi)外不少學者將項目式學習應用于學科教學實踐中，得出項目式學習有利于學生學科知識的掌握、對培養(yǎng)學生的合作能力、問題解決能力、深度學習等均有幫助[ 2-4 ]。開展項目式學習時學生在真實的情境中將已有的知識與實際問題相結合有利于形成物理觀念；解決項目中遇到的問題使科學思維能力得到發(fā)展；通過對問題進行探究發(fā)展科學探究能力；在項目的總結與匯報中認識到知識與社會的關系，發(fā)展科學責任與態(tài)度。因此將物理學科與項目式學習結合能有效幫助學生發(fā)展核心素養(yǎng)實現(xiàn)育人目標。

2 ?發(fā)展核心素養(yǎng)目標下的項目設計步驟

克伯屈為項目式學習設計的教學環(huán)節(jié)有：確定目的、制定計劃、執(zhí)行操作、評判結果，該教學法提倡學生根據(jù)自己意愿，自己計劃、自己執(zhí)行、自己解決項目學習，強調(diào)了學生“自愿”活動在項目式學習中的重要性[ 5 ]。為了突出項目學習對學生探究能力的培養(yǎng)以及教師的主導作用，周業(yè)虹[ 6 ]設計的項目式學習活動增加了對項目的交流和評價，其程序為：選擇研究項目、設計研究方案、實施研究方案、交流評判結果、項目總結評價。劉林[ 7 ]將項目式學習融入真實情境中，其實施過程分為：項目內(nèi)容的選擇、項目問題和任務的設計、項目的實施、項目的評價。本文在此基礎上，以物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為目的，設計項目式學習步驟如圖1所示。首先是確定物理學科項目式學習的主題，教師應考慮學生核心素養(yǎng)與項目核心內(nèi)容之間的關系，并依據(jù)課程標準、教材內(nèi)容和學生知識基礎、能力水平等實際情況來確定[ 8 ]。

3 ?“制作水火箭”項目學習的設計

3.1 ?確定項目式主題

“制作水火箭”這一項目來源于2019魯科版選擇性必修一第一章中的動量及其守恒，是動量在實際生活中的應用實例。教材通過“制作水火箭”讓學生體會動量知識與生活中的實例相聯(lián)系，既鞏固了知識也鍛煉了利用物理知識解決實際問題的能力。“制作水火箭”項目涉及動量和動量守恒、豎直上拋、斜拋運動等物理知識，促進學生形成運動觀、相互作用觀、能量觀；并將理論的知識和實踐相聯(lián)系，學會應用物理知識解釋生活中的現(xiàn)象使其物理觀念得到發(fā)展。

3.2 ?設計方案與實施

為了保證項目按計劃實施，在設計項目方案時可將項目分成若干個子任務明確每個子任務的學習內(nèi)容和學習目標，“制作水火箭”項目可分為4個子任務：任務1是通過查閱相關資料了解水火箭的原理及制作材料等相關知識；任務2是制作水火箭，學生搜集材料，利用工具對材料加工制作水火箭；任務3是水火箭的發(fā)射與實驗數(shù)據(jù)記錄，學會測量和分析數(shù)據(jù)；任務4是項目成果展示，即學生展示水火箭的制作成果并進行評價。各子任務具體的學習目標及相應發(fā)展的核心素養(yǎng)如表1所示。

3.3 ?交流與討論

學生通過觀察水火箭的發(fā)射和飛行過程，提出有價值的問題進行探究，鍛煉科學思維發(fā)展科學探究。例如可探究水火箭垂直發(fā)射時飛行高度與瓶內(nèi)的氣壓，水量以及水火箭的結構的關系[ 9 ]。

3.3.1探究飛行高度與氣壓的關系

學生使用容積為800 ml的塑料瓶子制作水火箭，通過上網(wǎng)查閱資料可知該瓶子最大可承受的氣壓大約在10個標準大氣壓。實驗采用控制變量法探究在不同的氣壓下水火箭的飛行高度，自變量為瓶內(nèi)氣壓，因變量為水火箭的飛行高度。實驗時控制水火箭中的水量為225 ml、水火箭的結構不變，探究在瓶內(nèi)氣壓分別為2.4、2.6、2.8、3.0、3.2個標準大氣壓下水火箭的飛行高度。拍攝的水火箭發(fā)射視頻導入Tracker軟件中，以同平面的操作者身高作為為參照高度得出火箭飛行高度數(shù)據(jù)，如圖5所示。實驗結果如圖6所示，其中P為瓶內(nèi)壓強、H為水火箭飛行高度。

通過圖6的分析，得到在水量為225 ml時氣壓從2.4到3.2個標準大氣壓變化時，水火箭的飛行高度隨氣壓的增大而增大，且在氣壓為2.8個大氣壓時圖像的斜率最大，說明在氣壓為2.8個大氣壓時改變氣壓，水火箭的飛行高度變化最明顯。通過這個實驗探究讓學生對水火箭的飛行高度與氣壓的關系從定性到定量的認識，培養(yǎng)了學生科學探究的習慣。

3.3.2探究水火箭飛行高度與水量的關系

控制瓶內(nèi)氣壓為3.0個標準大氣壓，探究水量分別為155 ml、185 ml、225 ml、250 ml、300 ml時水火箭飛行的高度。實驗結果如圖7所示，其中V為瓶內(nèi)的水量，H為水火箭的飛行高度。

分析圖7可以看出在水火箭瓶內(nèi)為3個標準大氣壓、水量為250 ml時水火箭的飛行高度比225 ml和300 ml的低，其可能的原因是水火箭發(fā)射時不垂直地面，導致飛行軌跡為拋物線，飛行高度下降。教學中可以通過對實驗中不合理的數(shù)據(jù)的分析思考發(fā)展學生的科學思維和科學探究。

3.3.3拓展思維探究水火箭的不同結構與飛行高度之間的關系

教學中引導學生觀察對比不加平衡倉單使用一個動力倉的水火箭（如圖8）與有平衡倉的水火箭的飛行情況，并思考解釋實驗現(xiàn)象。實驗發(fā)現(xiàn)如圖8結構的水火箭在飛行過程中為翻滾旋轉(zhuǎn)上升，飛行的高度也大大減低。這是因為當只有一個瓶子時，水火箭發(fā)射時會由于水火箭的本體比較短，底部的沖力比較大，水火箭很難保持穩(wěn)定導致翻滾旋轉(zhuǎn)。教學中還可以從能量觀的角度向?qū)W生解釋因發(fā)射的能量有一部分轉(zhuǎn)化給了翻滾旋轉(zhuǎn)，導致飛行的高度降低。通過本探究實驗，將學生學過的相關物理實驗知識應用于實驗現(xiàn)象的解釋，學于致用提高學生素養(yǎng)。

3.4 ?總結與評價

項目式學習的優(yōu)點之一是學生可以從“做中學”，在項目“做”的過程中學生的多種學習能力得到關注和發(fā)展。因此對項目式學習的評價不能局限于傳統(tǒng)的評價方式，即不能只關注結果，還要關注學習者在整個項目完成過程中的表現(xiàn)以及過程中的能力增長。項目式學習評價需要遵循發(fā)展性，主體性，過程性以及多元化的評價原則[ 10 ]。

評價時不單根據(jù)每個小組水火箭發(fā)射情況、飛行高度來評定，更多的是關注學生制作水火箭的過程。如有些組制作的水火箭外形美觀，有些組制作出的水火箭結構不同，有些同學對遇到的問題積極思考查閱資料并解決了難題等，這些都是學生在項目式教學中得到的鍛煉與發(fā)展，教師也要給予積極評價。在本項目中教師依據(jù)《普通高中物理課程標準2017版2020修訂》中核心素養(yǎng)水平劃分對學生評價，其中物理觀念、科學思維、科學探究、科學責任與態(tài)度各占25分，總分100分如表2，學生間互評如表3。

4 ?結語

在教學活動中開展“制作水火箭”的項目式學習引導學生從國家航天航空事業(yè)真實的情境中體會科技帶給社會的變革，樹立科技強國信念、培養(yǎng)愛國主義精神，發(fā)展科學責任與態(tài)度。項目在“做中學”中開展交流與合作、聯(lián)系理論與實踐、通過自主探究，在解決問題中提升學生探索知識，分析問題和解決問題的能力與發(fā)展學生核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］ 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.

［2］ 李雪萍. 基于深度學習的高中化學項目式教學的應用研究[D].成都：四川師范大學，2020.

［3］ 應俊.創(chuàng)設教學情境 激活課堂思維 發(fā)展核心素養(yǎng)——以高中物理“超重與失重”教學為例[J].物理教學，2020，42（4）：12-14.

［4］ Meiou Wang. Based on Project-Based Learning to Promote Primary School Students Ecological Education[J]. International Journal of Education and Technology，2022，3（2）.

［5］ 瞿葆奎，丁證霖.“設計教學法”在中國[J].教育研究與實驗，1985（3）：72-84.

［6］ 周業(yè)虹.實施項目式學習 發(fā)展學科核心素養(yǎng)[J].中小學教師培訓，2018（8）：33-37.

［7］ 劉林.基于真實問題情境的項目式教學改進的探究——以“設計顯示加速度大小的裝置”為例[J].物理教學探討，2022，40（2）：1-4，10.

［8］ 姜爽.深度學習理念下物理學科項目式學習路徑設計——以“創(chuàng)意吉他制作”為例[J].物理教師，2022，43（2）：34-38.

［9］ 楊慧迪，牛亮.從實驗與理論的雙重角度淺析影響水火箭飛行距離的因素[J].物理教師，2014，35（12）：48-50.

［10］ 桑國元，蔡添.項目式學習中的學生評價[J].教學與管理，2021（31）：1-4.