指向?qū)W科核心素養(yǎng)的初中物理微項(xiàng)目化案例研究

摘" 要：本文以“浮力”一節(jié)為例，介紹了采用微項(xiàng)目化模式的學(xué)習(xí)方式，該學(xué)習(xí)方式以真實(shí)的情境為學(xué)習(xí)載體，以驅(qū)動性問題為學(xué)習(xí)導(dǎo)向，圍繞“體驗(yàn)浮力的存在”“影響浮力的因素”和“阿基米德原理”這三個(gè)任務(wù)展開教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，旨在促進(jìn)學(xué)生對物理知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；學(xué)科核心素養(yǎng)；浮力

基金項(xiàng)目：

本文系江蘇省教研課題“十四期”課題“指向?qū)W生關(guān)鍵能力的學(xué)科微項(xiàng)目設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究”（立項(xiàng)編號：2021JY14-L39）的研究成果之一。

物理學(xué)科

核心素養(yǎng)體現(xiàn)了學(xué)生在物理課程學(xué)習(xí)過程中逐漸培養(yǎng)起來的價(jià)值觀、關(guān)鍵素質(zhì)和核心能力，滿足了個(gè)人持續(xù)成長和社會發(fā)展的需求，是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中所吸收并內(nèi)化的具備科學(xué)屬性的綜合品質(zhì)。

微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模式能夠有效地促進(jìn)學(xué)生在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的全面發(fā)展，它是一種旨在提升學(xué)生科學(xué)觀念、批判性思維、探究能力以及科學(xué)精神與責(zé)任感等關(guān)鍵素質(zhì)的課程實(shí)施形態(tài)。該模式以真實(shí)的情境為錨點(diǎn)，將學(xué)生置于主動探究、解決問題和應(yīng)用實(shí)踐等多個(gè)微項(xiàng)目之中，促使學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)、內(nèi)化吸收和探索創(chuàng)新，在學(xué)習(xí)過程中解決課堂教學(xué)中重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)和歧義點(diǎn)，幫助學(xué)生理解科學(xué)概念，引導(dǎo)學(xué)生形成專家思維，引發(fā)學(xué)生跨情境的遷移。［1］筆者以蘇科版初中物理八年級下冊“浮力”公開課為例，探討了物理學(xué)科核心素養(yǎng)下微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐，以期為一線物理教師提供一些借鑒與參考。

1" 初中物理微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)范式——浮力

在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，對學(xué)生關(guān)于“浮力”概念的掌握程度有著明確的要求，即通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，學(xué)生能夠深入理解浮力的物理本質(zhì)，探究并掌握浮力大小與多種因素之間的關(guān)聯(lián)，領(lǐng)會阿基米德原理的科學(xué)內(nèi)涵和應(yīng)用價(jià)值。通過對浮力的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生不僅能夠提升自身的科學(xué)探究能力，還能培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和批判性思維，這對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升具有重要意義。

在物理教學(xué)中，涉及浮力原理的教學(xué)內(nèi)容主要包括：浮力的基本定義、物體所承受的浮力作用、實(shí)驗(yàn)探究影響浮力大小的因素和理解并掌握阿基米德原理。浮力作為一種廣泛存在于日常生活中的物理現(xiàn)象，學(xué)生們通過日常觀察和體驗(yàn)已經(jīng)對其形成了相應(yīng)的前概念，這為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和理解浮力打下了基礎(chǔ)。但是，對浮力的定量分析很難由學(xué)生獨(dú)立開展，他們必須經(jīng)過抽象思維、概念遷移、邏輯分析和綜合總結(jié)等認(rèn)知過程，才能深刻理解和掌握相關(guān)知識。

此外，浮力涉及的知識面較為廣泛，需要對質(zhì)量、密度、流體壓強(qiáng)、相互作用力和平衡力等概念有全面而深入的理解，并且要將以上知識靈活運(yùn)用到對浮力的定量分析過程中，這是對學(xué)生的基礎(chǔ)知識和綜合素質(zhì)的巨大挑戰(zhàn)。目前浮力的相關(guān)試題對知識的考查靈活多變，對學(xué)生的綜合能力提出了更高的要求。

本文結(jié)合初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)和課程目標(biāo)要求，旨在提升學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力，以真實(shí)的情境為錨點(diǎn)，以國之重器——航空母艦為背景進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。把“浮力”這一節(jié)內(nèi)容分解為三個(gè)微項(xiàng)目：一是體驗(yàn)浮力的存在，從不同角度探究航母與浮力相關(guān)的知識，學(xué)生通過觀察、概括和整合知識，進(jìn)而總結(jié)出浮力的概念；二是探究影響浮力大小的因素，學(xué)生通過猜想、設(shè)計(jì)、制作與論證等步驟，準(zhǔn)確得出結(jié)論；三是掌握阿基米德原理，通過實(shí)驗(yàn)活動，學(xué)生會增強(qiáng)對阿基米德原理的理解與認(rèn)識。最后，通過項(xiàng)目成果的檢驗(yàn)，學(xué)生將深刻體會物理知識從課本走向生活的重要性，同時(shí)能了解國之重器，增強(qiáng)他們的民族自豪感和對物理知識的認(rèn)同感。整個(gè)教學(xué)流程符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，微項(xiàng)目設(shè)計(jì)可以解決課堂教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)和歧義點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以及理性思考、敢于質(zhì)疑和勇于探究的科學(xué)精神。具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

2" 確定微項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)

設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)是

教學(xué)活動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅對評估教師的教學(xué)成效與質(zhì)量起到重要作用，同時(shí)也是評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的重要手段。具體、明確且易于執(zhí)行的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)，構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)及評估的關(guān)鍵參考框架，有助于學(xué)生以更高效和更具目的性的方式完成學(xué)習(xí)任務(wù)。針對物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的浮力知識所開展的微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，其學(xué)習(xí)目標(biāo)的確立包含以下四個(gè)方面。

第一，物理觀念。通過對比實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用二力平衡的知識，認(rèn)識到浮力的存在，并歸納總結(jié)出浮力的定義。

第二，科學(xué)思維。通過“壓力差法”，了解浮力的產(chǎn)生原因，加深對物理知識的內(nèi)化與遷移，建構(gòu)物理模型；能夠用“稱重法”測量物體所受浮力，明白下沉的物體也受到浮力的作用。

第三，科學(xué)探究。運(yùn)用“控制變量法”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，尊重實(shí)驗(yàn)證據(jù)，有實(shí)證意識和求知態(tài)度；積極優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程，準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)，探究影響浮力大小的因素。

第四，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。了解浮力在生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和應(yīng)用意識；具有積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成良好的通過實(shí)驗(yàn)獲取知識的習(xí)慣。

3" “浮力”微項(xiàng)目的教學(xué)操作

3.1" 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，設(shè)置驅(qū)動性問題

航空母艦是保家衛(wèi)國的國之重器，我國目前有三艘航空母艦：遼寧艦、山東艦和福建艦，其滿載排水量依次約為6萬噸、6.5萬噸和8萬噸。

此處配合多媒體視頻展示三艘航空母艦的情況。

師：請同學(xué)們思考一下，航空母艦是用鋼鐵打造的，自身的重量也是萬噸級別的，為什么可以漂浮在海面上呢？航空母艦的排水量是什么意思呢？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)一個(gè)問題情境，導(dǎo)入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的參與興趣。驅(qū)動性問題的設(shè)置能夠引發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生初步了解相關(guān)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索和樂學(xué)善學(xué)的精神。

3.2" 項(xiàng)目一：體驗(yàn)浮力的存在

3.2.1" 探究活動a：初識浮力

教師演示用手托住一個(gè)乒乓球（類比于船），如圖2左所示，讓學(xué)生觀察乒乓球的狀態(tài)，并對其進(jìn)行受力分析；然后教師將乒乓球放入水中，學(xué)生再次對其進(jìn)行受力分析（見圖2右）。之后，學(xué)生需要實(shí)際動手操作，利用他們認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的受力平衡的相關(guān)知識，借助類比推理的技巧，得出結(jié)論，即乒乓球無論是放置在手中還是漂浮在水中，均受到豎直向下的重力G和豎直向上的托力F托。

3.2.2" 探究活動b：液體中下沉的物體是否受到浮力

教師演示將鐵塊放入水中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)鐵塊下沉并且最終浸沒在水中。這一現(xiàn)象引發(fā)了學(xué)生的思考：下沉的物體是否受到水向上的托力？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想？借助教師提供的相關(guān)器材，學(xué)生根據(jù)從探究活動a中獲得的經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案。如圖3所示，當(dāng)鐵塊浸沒在水中時(shí)，彈簧測力計(jì)的示數(shù)相比于未浸入水中時(shí)有所減小。此測量方法被稱為“二次稱重法”，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明下沉的物體也受到來自水向上的托力。再對圖3甲中的鐵塊進(jìn)行受力分析，其受彈簧測力計(jì)的拉力F拉、重力G、水對它向上的托力F托三個(gè)力而處于平衡狀態(tài)，則存在F托＋F拉＝G，可以想到F托＝G－F拉。

3.2.3" 探究活動c：浸在氣體中的物體是否受到向上的托力

通過以上探究，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)浸在液體中的物體會受到液體對它向上的托力，接下來讓學(xué)生繼續(xù)探究浸在氣體中的物體是否也會受到氣體對它向上的托力。教師手拿氦氣球進(jìn)行演示，松手后氦氣球升空，說明氣球受到了空氣對它向上的托力。

教師指出這個(gè)托力就是浮力，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)之前的探究活動來總結(jié)浮力的定義：“浸沒在液體或氣體里的物體，會受到液體或氣體向上的托力，這個(gè)力叫作浮力”。 通過以上的學(xué)習(xí)，學(xué)生明確了浮力的概念，并可以列舉出生活中浮力的例子。為了后續(xù)開展探究影響浮力大小的因素的活動，教師可以在學(xué)生舉例的過程中進(jìn)行引導(dǎo)，例如提出問題：“人在游泳池中會下沉，但是卻可以輕松地浮在死海上，這是為什么？”

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合情境化和微型化的項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式，

讓學(xué)生

猜想航空母艦漂浮的奧秘；通過三個(gè)探究活動，循序漸進(jìn)地讓學(xué)生逐步認(rèn)識浮力；通過托起乒乓球的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生直觀體會浮力的存在；“二次稱重法”拓展了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，幫助他們認(rèn)識到下沉的物體也受到浮力的作用；通過氦氣球?qū)嶒?yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識到浸在氣體中的物體也會受到浮力的作用，進(jìn)而概括出浮力的定義，從而提高學(xué)生的概括理解能力與建構(gòu)物理模型的能力。

3.3" 項(xiàng)目二：探究影響浮力大小因素的實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程之前對“影響浮力大小的因素”的猜想往往是多種多樣的。在實(shí)際教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生的探究活動并非完全自主進(jìn)行，而是在教師的引導(dǎo)下，通過模擬探究的方式開展。教師需要依據(jù)學(xué)生的具體情況和教學(xué)的實(shí)際需求，在教師指導(dǎo)與學(xué)生自主探究之間找到平衡點(diǎn)，以確保學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性。

教師可以指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察“二次稱重法”測量物體所受浮力的實(shí)驗(yàn)過程，即從鐵塊開始接觸水面，到逐步浸入水中，再到在水中進(jìn)一步下沉的過

程中，彈簧測力計(jì)讀數(shù)的變化。學(xué)生根據(jù)此現(xiàn)象可能猜想出，物體浸入液體的深度（H）和排開液體的體積（V排）會影響物體所受浮力的大小。值得注意的是，學(xué)生按照已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)很容易猜想出物體浸入液體的體積（V浸）影響物體所受浮力。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)提示學(xué)生關(guān)注以下現(xiàn)象：隨著物體浸入液體中體積的增加，浮力相應(yīng)增大，同時(shí)液面上升。液面上升是因?yàn)槲矬w浸入液體時(shí)排開了一定體積的液體，即存在V排＝V浸。接下來引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)，對其他潛在的影響因素提出

猜想。例如，鑒于人能夠在死海上漂浮的現(xiàn)象，學(xué)生會自然而然地推斷出液體的密度（ρ液）可能是影響浮力的一個(gè)重要因素。如圖4所示，接下來學(xué)生通過采取正確的實(shí)驗(yàn)方法（控制變量法）、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選定合適的器材進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，最后可以得出浮力的大小與V排和ρ液有關(guān)，V排越大，浮力越大；ρ液越大，浮力越大。

設(shè)計(jì)意圖：通過具體的實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)“探究影響浮力大小的因素”，讓學(xué)生對影響浮力大小的因素提出猜想并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在小組合作中，學(xué)生解決微項(xiàng)目中的真實(shí)情境問題，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合與處理，歸納出影響浮力大小的因素。此過程有效地鍛煉了學(xué)生提出猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)和歸納總結(jié)的能力，使學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)，提高自身的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.4" 項(xiàng)目三：阿基米德原理

通過以上探究，學(xué)生對物體受到的浮力大小有了定性的認(rèn)識，但他們還需要學(xué)習(xí)如何定量計(jì)算物體所受的浮力。教師可以采用演示實(shí)驗(yàn)結(jié)合信息技術(shù)手段的方法來幫助學(xué)生理解阿基米德原理，即采用多媒體演示，利用視頻或動畫來展示阿基米德原理的基本概念和實(shí)驗(yàn)過程，幫助學(xué)生直觀理解

該原理。圖5展示了采用溢水法驗(yàn)證阿基米德原理的過程，在左邊的彈簧測力計(jì)下懸掛一個(gè)物體，在右邊的彈簧測力計(jì)下懸掛一個(gè)小桶，然后將物體逐漸浸沒在裝滿水的溢水杯中，并讓溢出的水全部流入小桶中，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)彈簧測力計(jì)示數(shù)變化數(shù)值相等，說明浸在液體中的物體所受的浮力大小等于被物體排開的液體所受的重力大小，即F浮＝G排。此部分教學(xué)的難點(diǎn)是從“物體排開液體的體積”到“物體排開液體的重力”的轉(zhuǎn)化，以及浮力的大小與排開液體重力的關(guān)系。

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)著重指導(dǎo)學(xué)生綜合分析體積V、密度ρ和質(zhì)量m之間的關(guān)系。隨著排開液體的體積V排的增加以及液體密度ρ液的變大，浮力F浮也將相應(yīng)增大，由此可知排開液體的質(zhì)量m排也隨之增大。根據(jù)質(zhì)量m與重力G的關(guān)系，可以得出“物體排開液體的重力G排越大，物體所受浮力越大”的結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：通過溢水法驗(yàn)證阿基米德原理，使學(xué)生對阿基米德原理有更加深刻的理解與認(rèn)識，該微項(xiàng)目任務(wù)的重點(diǎn)在于強(qiáng)化學(xué)生對阿基米德原理的理解，并提高學(xué)生的推理論證能力。

3.5" 項(xiàng)目成果檢驗(yàn)

通過以上微項(xiàng)目的探究，學(xué)生可以有效解決情境中所設(shè)置的問題，明白航空母艦是由于受到浮力的作用才可以漂浮在海面上的，并且可以通過阿基米德原理來計(jì)算物體所受浮力的大小。接下來可以讓學(xué)生通過計(jì)算浮力的大小來進(jìn)一步強(qiáng)化應(yīng)用浮力相關(guān)知識解決實(shí)際問題的能力，例如可以讓學(xué)生根據(jù)我國三艘航空母艦的滿載排水量，分別計(jì)算滿載時(shí)航空母艦所受的浮力。

設(shè)計(jì)意圖：檢驗(yàn)學(xué)生微項(xiàng)目的學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生了解浮力在日常生活中的應(yīng)用，并能夠運(yùn)用所學(xué)的浮力相關(guān)知識計(jì)算和解決實(shí)際問題，鍛煉學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)從物理理論學(xué)習(xí)向社會實(shí)踐應(yīng)用的過渡。

4" 結(jié)語

教學(xué)不是教學(xué)內(nèi)容的簡單傳遞和灌輸，而是結(jié)合具體的教學(xué)情境，批判性、創(chuàng)造性地運(yùn)用教材的過程。［2］微項(xiàng)目設(shè)計(jì)將學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)融入學(xué)科教學(xué)中，基于任務(wù)驅(qū)動，以學(xué)生探究、合作為主，讓學(xué)生在真實(shí)或者近于真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)。這種設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自主性、探究性、創(chuàng)新性和合作性，改變了傳統(tǒng)單項(xiàng)教學(xué)方式，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式，有效促進(jìn)了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］趙萍，陳鋒.指向?qū)W科核心素養(yǎng)的初中科學(xué)微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)范式研究［J］.物理教學(xué)探討，2022，40（4）：4-7，10.

［2］孫春成.利用新教材內(nèi)素材開發(fā)課外拓展性實(shí)驗(yàn)的策略［J］.物理教學(xué)探討，2021，39（1）：70-72.