指向核心素養(yǎng)發(fā)展的初中物理學科項目化學習
——以“物質(zhì)的比熱容”為例

陳夢姣 張月蘭

(蘇州工業(yè)園區(qū)星灣學校,江蘇 蘇州 215021)

《義務教育物理課程標準(2022年版)》提出,課程育人的價值體現(xiàn)在發(fā)展學生的核心素養(yǎng),物理課程育人價值在于學生通過學習逐步形成適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀.課程倡導開展學科項目化學習,以提升學科的實踐育人、綜合育人,從而充分體現(xiàn)學科育人價值.學科項目化學習通過貫穿始終的驅(qū)動性問題,引領學生思維從低階向高階,提升學生的學習主動意識、社會擔當和高階思維.學科項目化學習的知識觀指向的是與學科本質(zhì)有關的核心概念或關鍵概念、能力的整體理解,定位更綜合、更上位.[1]學科項目化學習進課堂,以課時為單元展開微項目研究,實現(xiàn)學生學習進階,發(fā)展學生的核心素養(yǎng).本文分別從觀念進階、思維進階、探究進階、態(tài)度進階4個方面闡釋項目研究落腳于物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任4個維度.學科項目化學習課例“物質(zhì)的比熱容”獲得2022年江蘇省初中物理優(yōu)質(zhì)課比賽一等獎,是學科項目化學習進課堂的實踐樣例.

1 核心知識聚合物理概念,實現(xiàn)觀念進階

建立物理觀念是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的維度之一.通過對物理概念的認知、理解達成物理觀念的形成,追求物理概念和規(guī)律的本質(zhì)性理解.學科項目化學習是用學科概念作為聚合器,以此聚集更多的知識信息,將事實性的知識整合起來.[1]學科項目化學習包含的環(huán)節(jié)有:核心知識、驅(qū)動性問題、高階認知、學習實踐、公開成果、學習評價等,其中核心知識是從核心概念到關鍵概念再到知識點的知識體系,體現(xiàn)結構性、層次性、系統(tǒng)性,推進觀念的不斷進階.觀念進階的過程理應體現(xiàn)和符合認知發(fā)展,其5個層級分別為經(jīng)驗、映射、關聯(lián)、系統(tǒng)和整合,是從簡單到復雜,從零散到系統(tǒng)的過程.[2]埃里克森等人在概念為本的課程設計中指出:從事實到主題再到概念是一個知識不斷抽象化的過程,為了促進學生的真正理解與遷移,需要上升到概念以上的層級來進行思考.以學生的認知發(fā)展層級為參考,基于這一課程設計理論,結合物理概念的學科特點,凝練出物理學科項目化學習過程中的認知結構模型,如圖1所示.

圖1 認知結構模型

認知結構包括以下環(huán)節(jié):從情境中獲取經(jīng)驗;映射到學科知識;關聯(lián)知識間的定性或定量關系,獲得核心概念;將核心概念整合成系統(tǒng)化關鍵概念;在理解情境中現(xiàn)象的成因、遷移至其他生活現(xiàn)象的過程中,洞察物理概念本質(zhì),形成相應的物理觀念.學生從物理學視角形成超越事實的概念框架,完成知識的總體認識,站在更高位、更本質(zhì)的視角解釋自然和實際問題,實現(xiàn)從掌握低單元知識點到高階物理觀念的轉(zhuǎn)變.

以學科項目化學習設計“物質(zhì)的比熱容”的教學結構模型,如圖2所示.課堂以實驗再現(xiàn)的方式呈現(xiàn)情境:“湖邊和內(nèi)陸的溫度不同”,找尋生活中零散事實經(jīng)驗;發(fā)現(xiàn)物理問題進而建立該現(xiàn)象到物理知識的映射,關聯(lián)到Q和Δt的關系;通過實驗初步體驗、深度體驗,尋找Q吸、m、Δt的關系和Q放、m、Δt的關系,多個物理量的定性、定量關系;系統(tǒng)協(xié)調(diào)變量關系,構建比熱容的核心概念;用比熱容知識解釋“湖邊為什么涼快”,加深對核心概念的理解;遷移至建構海陸風模型和解釋海陸風成因,深化對比熱容概念的本質(zhì)性理解;不斷形成并內(nèi)化“比熱容大,溫度變化慢”的物理觀念.教學結構主線清晰,學生的認知分層推進,經(jīng)歷比熱容概念建構的過程,實現(xiàn)學生主動的觀念進階.

圖2 教學結構模型

2 高階認知引領學習活動,實現(xiàn)思維進階

實現(xiàn)思維進階是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的維度之一.通過低階認知活動推進高階認知活動發(fā)生,追求科學思維的深度、系統(tǒng)的形成.從馬扎諾的學習維度框架來看,高階認知包含6種:問題解決、創(chuàng)見、決策、實驗、調(diào)研、系統(tǒng)分析.低階認知包含:獲取和整合知識、拓展和精煉知識.低階學習是高階學習的基礎,兩者密不可分.學科項目化學習,以解決問題為導向,注重低階認知和高階認知的統(tǒng)整,經(jīng)歷認知策略的升級.以低階認知為起點,基于生活經(jīng)驗或?qū)嶒灛F(xiàn)象,進行收集、歸納比較,從生活問題升格為物理問題,實現(xiàn)特殊問題向一般問題解決的過程,經(jīng)歷分析綜合、推理論證、質(zhì)疑批判、探查原因、優(yōu)化修正等高階認知過程.解決問題的過程,推動學生主動思考,系統(tǒng)思考,實現(xiàn)思維進階.

圖3為“物質(zhì)的比熱容”的認知進階設計.從“今夏炎熱”情境聯(lián)想到“水邊溫度和內(nèi)陸溫度可能不同”的生活經(jīng)驗喚起記憶開啟低階認知.通過模擬實驗確認情境的真實性,進而分析并尋找物理量之間關系,逐步躍遷到高階認知.利用蘇科版教材中的實驗裝置初步獲取數(shù)據(jù)啟動低階認知,引導學生反思實驗過程并優(yōu)化實驗裝置:將外加熱改為內(nèi)加熱,減少熱損失;將實驗室溫度計改為數(shù)字溫度計,增加讀數(shù)的及時性;將玻璃棒攪拌改為機械式攪拌,并將水和沙調(diào)整為水和油,實現(xiàn)受熱更均勻,獲得更精確的實驗數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)發(fā)表創(chuàng)見,整個過程促進高階認知的發(fā)生.從表格中水和油的數(shù)據(jù),比較“不同物質(zhì)吸熱升溫的不同”啟動低階認知,歸納同種物質(zhì)吸熱升溫的特點,利用描點作圖法進行分析評價,尋找定量關系,建立物體熱容的概念,持續(xù)探查原因,優(yōu)化修正,得到物質(zhì)的比熱容的概念,達成高階認知的發(fā)生.

圖3 認知進階設計

學習過程多次經(jīng)歷認知進階的過程,從現(xiàn)象到問題,從初探到深探,從定性到定量,增強學生科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維能力的培養(yǎng),實現(xiàn)學生多元的思維進階.

3 驅(qū)動性問題貫穿學習過程,實現(xiàn)探究進階

實現(xiàn)探究進階是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的維度之一.通過低階認知活動推進高階認知活動發(fā)生,追求科學探究真實的形成,此過程離不開驅(qū)動性問題.驅(qū)動性問題是根據(jù)學生年齡段特點而設置的指向抽象本質(zhì)問題的真實問題.驅(qū)動性問題給學生提供探索空間,激發(fā)學生內(nèi)在探究動力,幫助學生指明持續(xù)探究的方向.若本質(zhì)問題較為復雜,可以利用問題鏈,不斷引出新問題,使探究不斷進階,認知不斷深入,概念逐漸明晰.在組織問題鏈時,應注意問題鏈具有指向性、連貫性、遞進性和完整性.問題指向于核心知識的概念構建,問題具有連續(xù)性且不突兀,新問題產(chǎn)生于上一層問題的結論,逐步解決問題的同時推動概念體系的建構.

如圖4所示,為“物質(zhì)的比熱容”的驅(qū)動性問題設計.結合江南水鄉(xiāng)特點,和2022年夏季異常炎熱的熱點問題,以“湖邊居住的舒適度”為切入點,從“湖邊是否涼快”,到“湖邊為什么涼快”“到了晚上湖邊還涼快嗎?”以及“夏季傍晚納涼,為什么更喜歡湖邊?”從“是否”到“為什么”是引導學生從簡單問題入手實現(xiàn)解決復雜問題,從生活原始問題入手形成物理概念為目的,從現(xiàn)象判斷入手理解問題本質(zhì)為目的.從“是否”到“還”是引導學生在解決已有問題的基礎上繼續(xù)深度探究,在獲得成就體驗的基礎上深化實驗體驗,在形成知識的基礎上全面獲取知識體系.驅(qū)動性問題進行遞進式設置,推動學生猜想假設,設計實驗獲取信息,交流反思實驗結論,引領比熱容概念下的科學探究不斷深入,提升科學探究能力,實現(xiàn)物理概念的本質(zhì)性理解.

圖4 驅(qū)動性問題設計

4 學習實踐呈現(xiàn)學習價值,實現(xiàn)科學態(tài)度進階

實現(xiàn)科學態(tài)度進階是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的維度之一.通過實際問題的發(fā)現(xiàn)推進學生真實的學習實踐,獲得科學態(tài)度的形成和進階.學科項目化學習中的學習實踐,包含探究性實踐、社會性實踐、審美性實踐、技術性實踐、調(diào)控性實踐5類實踐形態(tài).[1]物理學科項目化進課堂以探究性實踐為主,多樣性實踐綜合,體現(xiàn)科學的探究性,更具包容性,經(jīng)歷有意義的學習實踐歷程,達到知、行、思合一.真實問題激發(fā)內(nèi)驅(qū),設置貼合實際的教學情境有利于發(fā)現(xiàn)真實問題,以此推動學生持續(xù)探究,保持對自然的好奇心,引導學生從物理視角像科學家一樣思考、實踐并反思,主動尋找科學本質(zhì),變外驅(qū)型學習為內(nèi)驅(qū)型學習.真實實驗培養(yǎng)態(tài)度,引導學生基于問題完成實驗,尊重實驗真實數(shù)據(jù),合作實驗完成優(yōu)化實踐,離析問題本質(zhì),培養(yǎng)學生實事求是、持之以恒的科學態(tài)度.真實身份強化責任,以真實身份代入,經(jīng)歷社會性、審美性、調(diào)控性等實踐過程,利用跨學科知識解決驅(qū)動性問題,了解科學、技術、社會、環(huán)境之間是相互聯(lián)系、相互促進、相互制約的關系,承擔國家、城市建設的責任,為中華民族的繁榮昌盛貢獻力量.

圖5為“物質(zhì)的比熱容”的學習實踐設計.

圖5 學習實踐設計

環(huán)節(jié)1:用情境誘導主動實踐.觀察湖邊和內(nèi)陸附近的溫度不同實驗現(xiàn)象,尋找多個物理量之間的本質(zhì)關系,通過解決實際生活問題激發(fā)學生學習實踐的欲望,明確提高居住舒適度的學科方向.

環(huán)節(jié)2:用實驗引導積極實踐.通過初步實踐體驗得到不同物質(zhì)吸熱升溫不同.通過學生在沙盤上用插紅旗的方式選擇居住地,明晰水的比熱容大,可提高居住舒適度.

環(huán)節(jié)3:用深思激發(fā)意義實踐.通過對海風的有無、方向的確定、形成原因?qū)嶒灧治?建立陸風的模型.綜合跨學科知識,除了海陸風外,由于地勢海拔不同形成的山谷風、熱島效應形成的鄉(xiāng)村風等.通過師生共同對沙盤中居住地的選取,明確水的比熱容大進而影響氣溫,形成風,可多維度提升居住舒適度.

環(huán)節(jié)4:用展示分享實踐.利用沙盤引導學生從城市建設、審美性等多方面考量,對已初具規(guī)模的城市進行舒適度提升的合理建議并實踐.通過引流或增加綠化等方式,討論并實施,集眾人之力,理論聯(lián)系實際,動手參與制作,完成一幅家園建設的作品.沙盤是學習實踐的主線,將學習分解為“不同區(qū)域溫度有所不同嗎”“水的溫度變化小”“風的成因”.沙盤是學習實踐的展示,引導學生完成“明確方向”“初步選址”“優(yōu)化選址”“設計規(guī)劃”,實現(xiàn)由被動參與向主動學習的轉(zhuǎn)化,體驗學科價值,體悟?qū)W習的意義和責任.

學科項目化學習進課堂,是對傳統(tǒng)物理課堂的積極創(chuàng)新,是圍繞新課程標準進行的實踐思考,充分體現(xiàn)學科性、綜合性、時代性,更好地實現(xiàn)學生的全面發(fā)展,體現(xiàn)物理課程獨特的育人價值,全面提升學生的核心素養(yǎng).學科項目化學習不僅僅在課堂,時間延伸課堂內(nèi)外,空間延伸校園內(nèi)外,可基于學段特點突破學段安排,可基于學科知識突破學科布局,可基于學生興趣突破課程設置.