大概念背景下的物理項目式學習

李文卓 邵明輝 朱堯

摘 ? 要：從大概念的角度出發，整合物理項目式學習，提出了一種新的設計思路，以“橋的設計”為例建立大概念背景下的物理項目式學習設計框架。不僅豐富了大概念和物理項目式學習的研究成果，也為培育學生的物理學科核心素養提供了一個切實有效的方法。

關鍵詞：大概念；物理項目式學習；核心素養

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2023）7-0065-5

培養學生核心素養是我國教學的價值導向和目標追求，《普通高中物理課程標準（2017年版２０２０年修訂）》明確提出了高中物理課程應在義務教育的基礎上，進一步促進學生物理學科核心素養的養成和發展。項目式學習可以很好地提高學生的自主實踐探究能力和科學探究意識。同時，結合大概念的整合性思維與物理項目式學習，來培養學生的物理觀念和跨學科實踐操作能力，向學生滲透物理學科核心素養。

１ ? ?大概念的內涵與實踐現狀

大概念源自奧爾森和懷特利等教育科學領域的教育專家，它是具體科學概念和具體事物的概括和凝練，擔當著一個“組織者”的身份，奧蘇貝爾的“要領概念”以及布魯納的“基本概念”中都有相關論述［１-２］。大概念是具有良好遷移作用的上位概念。它提供了一種跨學科的視角，以整合性的方式從更深層次認識和理解物理事實和技能［１］。大概念可以分為事實知識與技能、學科一般概念、學科大概念、跨學科概念和哲學觀念五個層級。教學中，有兩種明確大概念的方式，一種是從抽象到具體，另一種是從具體到抽象。項目式學習中的大概念基本是按照這兩種方法確定的［１－４］。不同學科的項目式問題都可以找到與之對應的大概念，如表１所示。

但是，當下的中學物理教學中，大概念的實際操作性并不強。這是因為部分教師往往依照教材向學生傳授知識，難以幫助學生建立起學科框架。這一問題，可以借助大概念的思維方式解決。例如，可以利用圓周運動這一大概念整合重力、向心力、加速度等知識，幫助學生建立對知識的整體性理解，從而解決其他物理問題。因此，為貫徹新課標的要求，教師需要運用大概念促進學生物理核心素養的真正形成。

２ ? ?物理項目式學習的內涵與實踐現狀

物理項目式學習是將項目式學習中的設計環節與物理課堂教學相結合，在實踐中逐步培養物理學科核心素養。物理學科實踐性強，物理項目式學習不僅可以調動學生學習物理的積極性，還能提升學生探索知識、獲得知識的主觀能動性。例如，一個涉及電能、電功、電功率的項目式問題：家用電器一年內待機狀態下浪費的電能可以用來做些什么？該問題把課本上死板的知識點轉化成鮮活的探究項目，學生需要查閱相關資料了解各種用電器的平均能耗，從抽象到具體地建立物理概念并進行應用，最終合理計算損耗的電能［３］。這種物理項目式學習不僅能夠培養學生的自主學習能力，也能潛移默化地培養學生的環保節能意識。

新課標要求提高學生的跨學科實踐能力，物理項目式學習越來越受到學校和教師的重視。教師也希望通過這種新穎的學習方式，幫助學生更好地提升科學素養。但是，在項目式學習與物理學科教學相結合的實踐研究中，具體實踐的可操作性并不強。例如，在太陽能烹飪這一項目中，需要用到光的反射以及能源的利用等物理知識。但在實際操作過程中，學生卻未能系統地學習到光學的知識體系，獲得的知識較為零散，無法靈活地運用光學觀念解決相關問題［４］。在這種情況下，需要用大概念來整合項目式學習內容，使學生通過項目式學習建立完整的知識架構。

３ ? ?基于大概念的物理項目式學習設計

基于大概念和物理項目式學習的內涵及實踐現狀，結合課程標準和學生情況，將大概念與物理項目式學習相結合，以一種新穎的學習方式，將跨學科或學科內分散的知識點有意義地聯系起來。大概念背景下的物理項目式學習設計應該包含項目背景、項目主題、項目設計、項目實施、項目成果展示及評價、項目反思六個環節。其中，項目背景從課程標準、教材內容、學情分析三個方面展開分析，并按照確定項目主題、設定大概念、制訂教育目標、設計驅動性問題、對學生分組、設定預期成果、設計評價表等步驟進行項目設計。接下來，根據項目設計進行項目實施、項目成果展示及評價和項目反思。以“橋的設計”為例，大概念背景下的物理項目式學習設計流程如圖１所示。

４ ? ?大概念背景下的物理項目式學習設計案例

４．１ ? ?項目背景

橋是道路交通的重要組成部分。近年來，中學教材中經常出現一些與橋梁相關的內容。學生已經學習了機械運動、圓周運動等知識，也具備使用簡單工具的能力。而橋梁的設計需要運用力與運動大概念下的壓力、向心力、力的合成與分解、壓強等多個物理知識點，以及結構力學、流體力學等跨學科知識。讓學生親歷橋梁的設計過程，不僅能夠培養其探索未知事物的能力，更能從力和運動這一大概念出發，幫助學生更好地掌握物理知識，增強跨學科實踐能力。因此，選用“橋的設計”為例開展基于“力和運動”大概念的項目式學習。

４．２ ? ?項目設計

４．２．１ ? ?確定大概念

大概念是物理學科項目式學習的核心知識。大概念一定要落在學生的最近發展區內，尤其是物理教學，更加需要教師幫助學生理清前后知識的連貫性。橋梁的設計，靈感來源于高中物理必修二向心力課程。該階段的學生已經具備了一定的物理知識基礎，可以結合力與運動來分析物理情境，但需要新穎的學習設計來提高學習興趣。于是，確定了大概念是力和運動。當然，橋的設計過程中也需要數學比例尺、美術模型美化等跨學科知識，這也符合當下課程標準中跨學科實踐對學生全方面發展的要求。

４．２．２ ? ?制訂項目目標

在此項目中，學生的主要任務是根據自己所學知識，通過收集和整理與橋梁設計相關的資料，設計出一款安全且美觀的橋。項目目標可以分成以下四個方面：

物理觀念：學生知道研究橋梁承重能力時研究對象是質點，建立起運動和相互作用的物理大概念。

科學思維：學生通過觀察橋梁案例，運用模型建構思維來分析橋梁承重能力的影響因素，建構包含壓力、圓周運動等知識和相互作用的大概念。

科學探究：學生經歷橋梁設計的過程，運用物理知識探究橋的承重能力的影響因素，從而建構力和運動的大概念。

科學態度與責任：學生能夠關注國家建設發展，有創新意識和團隊協作意識。

４．２．３ ? ?設計驅動性問題

驅動性問題是整個項目學習的核心，學生圍繞驅動性項目展開項目學習。因此，驅動性問題應當滿足情境化、可實施性、新穎性等特點。在“橋的設計”中，驅動性問題為：探究橋的承重能力與哪些因素有關。

４．２．４ ? ?對學生進行分組

為了讓每一個學生都能投入學習，在分組時應當遵循“組間同質、組內異質”的原則，對全班學生進行科學搭配，合理分組。

４．２．５ ? ?預期成果

教師對項目成果要有合理的預期，難度不能太大或過于復雜。在“橋的設計”項目中，設計的橋梁要有一定的承重能力，要有研究報告和橋梁結構說明書等。

４．２．６ ? ?項目式學習的評價多樣化

在“橋的設計”項目中，采用過程性評價和形成性評價相結合的方式，過程性評價采用組內互評的方式，最終作品呈現采用組間互評的終結性評價方式。

４．３ ? ?項目實施

該項目的實施以教師的全程指導、學生的全身心參與為基本原則，以物理大概念為背景，以橋梁的設計為顯性活動進行實施。此項目涉及到的物理知識有壓力、壓強、浮力、力的平衡與分解、結構力學、流體力學等。因此，在“橋梁的設計”目的研究中，可以將中學里力學的大部分知識進行整合，加強物理知識的融合。同時，學生參與學習活動設計的過程也是發展和建立大概念的過程。其中，“橋梁的設計”是整個項目中最核心的部分，教師通過創設情境，引導學生分析和探索橋梁承重能力的影響因素等驅動性問題，指導學生設計模型，并交流測試結果。項目實施流程如圖２所示。

任務一：引導學生仔細觀察橋梁的結構設計，思考問題：你了解橋的結構設計嗎？橋梁的主要結構及其功能關聯到哪些物理知識呢？通過小組成員間的討論，請造橋工程師向大家介紹各部分結構的名稱及功能，學生能結合自身經驗和資料收集，初步設想出一款安全且美觀的橋梁。

任務二：學生通過上一環節確定項目式的任務后，通過小組內討論分析橋的承重能力與什么因素有關？思考問題：橋梁及承載物的重量由誰承擔？怎樣能將橋梁受到的力分散和轉移？小車過橋的向心力由誰提供？什么情況下小車脫離軌道做離心運動？橋梁的設計還受哪些自然因素的影響？以小組合作的方式探索這些驅動性問題，并能結合各方面知識提出自己對此問題的見解。

任務三：畫出橋梁設計的初稿，引導學生分析其涉及到的力學中的受力分析、運動和相互作用觀念、數學中的比例尺進行等比例縮放、后期對模型的美化等跨學科知識。

任務四：引導學生鞏固運動和相互作用的大概念，學生完成作品，展示交流。

四個項目任務分別對應項目的驅動、設計、開展和發布。以“橋的設計”為例，根據任務展開教師活動和學生活動，主要教學流程如表２所示。

５ ? ?項目評價

項目評價要圍繞物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面展開。評價目標不僅要重視學生項目式學習的結果，還要對學生學習狀態、學習過程中物理核心素養的形成等方面進行全方面評價。項目評價包括項目前期收集整理資料的表現、對資料的處理情況、實踐方案的設計、項目作品的展示、學習過程的積極主動性等要素［５］。

項目評價量表根據項目目標從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面展開，分為優秀、良好和及格三個等級，如表３所示。

設計大概念背景下的物理項目式學習的目的是為了契合新課標對學生科學探究能力和跨學科實踐能力的要求。因此，對學生核心素養發展的評價必不可少。這就要求教師在項目式學習之后評判學生具體認識了什么、明白了什么、最后做出了什么。重點考查學生物理問題的分析能力、團隊協作能力、實踐過程中跨學科知識的運用能力、知識遷移能力等［６］。

６ ? ?項目反思

大概念背景下，物理項目式學習的設計框架有以下幾個優點：第一，提高了學生學習的積極性。項目式學習設計新穎有趣的驅動性項目，能解決學生學習枯燥、積極性不高的問題。第二，能培養學生的實驗探究能力，使其真正體會問題、證據、解釋、交流的科學探究過程。第三，幫助學生理解物理觀念。大概念幫助學生很好地整合了物理知識脈絡，解決更多物理問題。第四，能提高學生跨學科實踐能力。

大概念背景下的物理項目式學習為物理新課程標準的實踐探究和跨學科實踐提供了很好的解決辦法，在培養學生實踐能力的同時，幫助其建立大概念，整合物理概念和規律。該工作為新課標下物理課堂教學與設計提供了一種參考。

參考文獻：

［１］張春興． 教育心理學：三化取向的理論與實踐［Ｍ］．杭州：浙江教育出版社， １９９８：２２０．

［２］布魯納． 布魯納教育論著選［Ｍ］．邵瑞珍，張渭城，等譯． 北京：人民教育出版社， １９８９： ２４，３１－３２．

［３］陳倩．大概念統整的學科項目化學習設計研究［Ｄ］．成都： 四川師范大學， ２０２０：３４－３８．

［４］彭羿． 基于項目式學習方式的初中物理教學研究——以“制作可調節亮度的手電筒”項目為例［Ｊ］． 物理教學探討， ２０２０，３８（９）： ６４－６６．

［５］徐明樹．項目式學習在高中物理教學中的實踐研究［Ｄ］． 重慶： 西南大學， ２０２０：１９－３２．

［６］武夢瑋． 項目學習在中學物理教學中的應用研究［Ｄ］． 天津： 天津師范大學， ２０１９：３６－３９．

（欄目編輯 ? ?賈偉堯）