基于項目式學習的初中物理跨學科實踐

【摘要】隨著教育改革的深入，項目式學習逐漸成為培養學生綜合素質和創新能力的重要途徑。通過設計并制作一個混凝土發電儲能裝置的具體案例，系統闡述涵蓋驅動問題明確、驅動目標設定、項目實施、展示評價以及項目反思環節的基于項目式學習的跨學科實踐設計流程，以期為類似的初中物理跨學科實踐教學提供參考。

【關鍵詞】初中物理；項目式學習；跨學科實踐

作者簡介：方圓（1983—），女，浙江省衢州市龍游縣第三中學。

項目式學習是一種以學生為中心、注重實踐、強調問題解決的學習方式。其核心要求在于引導學生參與真實或模擬的項目，圍繞具有現實意義的主題或任務，在一段時間內通過合作探究、動手操作來解決實際問題。《義務教育課程方案（2022年版）》強調：“突出課程內容結構化，探索主題、項目、任務等內容組織方式。”《義務教育物理課程標準（2022年版）》也要求“以主題為線索，構建課程結構”“注重科學探究，倡導教學方式多樣化”。由此可見，新課標的要求與項目式學習的理念高度契合。在新課標的指導下，物理教學不能僅僅局限于知識的傳授，而應更加注重提升學生的學習興趣，培養學生的實踐能力和創新思維［1］。

另外，“跨學科實踐”是義務教育物理課程內容的一個一級主題，該主題的內容具有跨學科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關。這有利于學生學會跨學科運用知識，分析和解決問題，進行動手操作的實踐［2］。因為對于新課標增加的“跨學科實踐”的相關內容，一些物理教師尚處在探索如何將其有效融入物理教學的階段，所以筆者聚焦項目式學習，圍繞“跨學科實踐”的二級主題“物理學與社會發展”以及有關氣候變暖的社會熱點問題，開發了“混凝土發電儲能裝置的設計和制作”項目，旨在探索初中物理跨學科實踐路徑。

一、基于項目式學習的跨學科實踐設計流程

基于項目式學習的跨學科實踐設計流程（見圖1）以建構主義學習理論和實用主義教育理念為依據，采用逆向設計方法，從問題出發，反向規劃整個學習過程。該流程強調學生在實踐中學習，并涉及五個相互關聯的要素，即驅動問題、驅動目標、項目實施、展示評價及項目反思。盡管具體的教學設計步驟可能因教師教學情境和目標的差異而有所不同，但此流程仍具有較強的靈活性和適用性。教師可以根據不同的教學需求，對流程進行調整和優化，以滿足學生的多樣化學習需求，確保項目式學習的有效實施。

在這五個要素中，驅動問題作為實踐設計的起點，需明確項目背景，體現學科融合，以情境問題激發學生探究欲望。驅動目標包括總體目標與分級目標。總體目標明確了需培養的核心能力和素養，如跨學科思維、問題解決能力等；分級目標是由總體目標細化成的具體的小目標，與學科素養緊密結合，能確保學生逐步取得預期成果。項目實施需要教師通過情境創設引出主題；也需要學習小組按興趣明確分工、合作探究、動手實踐。展示評價需要學習小組展示成果，交流經驗；也需要教師在過程評價中關注學生參與度、努力程度、合作精神等，在成果評價中評估學生學習成果的創新性、實用性、完整性，檢驗學生學習情況和實踐能力。項目反思需要教師分析設計、實施和評價過程，發現不足，引導學生進行反思，明確改進方向。

二、“混凝土發電儲能裝置的設計和制作”項目教學案例

（一）驅動問題

1.項目背景

燃燒化石能源產生的溫室氣體的排放加劇了全球氣溫的上升，造成極端天氣氣候事件頻發，對人類的生存環境和經濟發展構成威脅。開發新能源，推動能源結構轉型升級，成為當務之急。應用儲能技術是能源生產和消費的關鍵環節，其重要性日益突出。混凝土作為一種被廣泛使用的建筑材料，具有成本低、原料豐富、耐久性好等優點。因此，將混凝土與發電、儲能技術結合并設計出高效、穩定的裝置的方法值得探討。

2.學科融合

“混凝土發電儲能裝置的設計和制作”項目融合了物理、數學、工程等多門學科的知識（具體內容見表1），要求學生具備跨學科的學習能力和思維方式。學生將理論知識與實踐相結合，有利于實現知識的內化與遷移。本項目融合的學科中，物理學科提供了能量轉換與守恒等基礎理論支持；數學學科通過測量、計算、概率統計和代數方程的相關工具，為優化儲能裝置設計提供了精確的數據；工程學科以結構設計、系統集成和項目管理的任務，確保儲能裝置的可行性和穩定性；美術學科在儲能裝置中融入了美學，使其更具吸引力；語文學科幫助學生進行報告撰寫和口頭表達，有效傳達設計理念；勞動學科通過手工制作和工具使用，幫助學生鍛煉實踐能力和動手能力，使知識得以跨學科融合并應用于實際制作中。

3.情境問題

如何設計并制作一個既穩定又高效的混凝土發電儲能裝置？在設計、制作過程中需要考慮哪些因素？如何通過團隊合作完成這一任務？

（二）驅動目標

驅動目標在項目教學中起著導向作用。設定具體、可衡量的驅動目標，能夠使學生清晰地認識學習的目的和意義，也為教師提供了教學設計和評估的依據。本項目的驅動目標如表2所示。

（三）項目實施

1.情境創設

教師組織學生觀看氣候變暖對地球環境造成危害的相關視頻，講解關于太陽能、風能等新能源發電與儲能的前沿技術，使學生了解氣候變化的影響以及新能源技術在應對氣候變化中的重要作用，激發學生的探究興趣。教師適時地暫停播放視頻，提出“用太陽能、風能發的電有什么限制？如何把發出來的電儲存起來？”等問題，引發學生的思考，組織學生分享自己對于相關裝置的看法，讓學生了解這些裝置對新能源發電的重要性，之后自然地引出本項目的主題—混凝土發電儲能裝置的設計和制作。

2.小組分工

在分工環節，學生依據個人的興趣和特長，自發組建了若干個學習小組。每組的組長和組員均承擔著不同的項目任務（具體內容見表3），通過充分發揮自己的優勢，相互協作，共同推進項目的開展。

3.合作探究

各組經過充分討論，得出可行的制作方法，并根據所畫的設計圖，運用工程原理，針對結構材料、電動機、發電機以及滑輪組等進行細致的計算、測量、分割、捆扎和組裝。隨后，每個小組展開內部交流，判斷儲能裝置是否滿足要求。

4.動手實踐

（1）準備工具與材料

在項目啟動之初，師生精心準備了如表4所示的各類工具和材料。工具的選擇充分考慮了其安全性、易操作性和適用性，確保學生在實際操作中能夠發揮其最大效用。材料則需要根據項目的經費來選擇。

（2）穿戴好防護用品

安全是實踐的首要前提。在實踐開始之前，教師要求學生必須穿戴好各種防護用品，包括安全帽、手套、護目鏡等。這些防護用品能夠有效避免學生受到意外傷害，確保實踐的順利進行。

（3）制作儲能裝置

首先，使用木質材料搭建框架，確保框架穩固且能夠支撐混凝土塊（牛奶盒）。接著，將滑輪組或齒輪組安裝在預定位置，為能量轉換做好準備。然后，有效連接發電機與滑輪組或齒輪組，以確保混凝土塊（牛奶盒）在升降過程中能夠有效驅動發電機產生電能（這一步最重要）。隨后，在合適的位置安裝電池，讓電池儲存發電機產生的電能，以便在需要時進行釋放、使用。最后，進行調試工作，全面檢查儲能裝置各部分的運行狀態。

（4）記錄數據與測試

教師要求學生認真記錄的數據包括但不限于材料的用量、制作過程中的時間節點、儲能裝置的運行狀態以及儲能效率、混凝土塊（牛奶盒）升降的速度等。根據所記錄的數據，學生需要對儲能裝置進行性能測試，再對儲能裝置進行改進。制作完儲能裝置后，學生需要進一步分析和處理關鍵數據，并算出本組所制作的儲能裝置的功率，與市面上的其他儲能裝置的功率進行比較，以評估本組所制作的儲能裝置的性能、成本等方面的優勢和潛力。之后，學生需要根據整個制作過程和實踐結果撰寫項目報告。

（四）展示評價

1.小組展示

每個小組展示制作的過程和成果，交流制作情況和經驗教訓。展示形式可以是視頻、PPT、實物。通過展示，學生可以相互學習，拓寬視野，激發創新思維。

2.過程評價

教師根據小組在項目實施過程中包括團隊協作、資料收集、創新設計、動手實踐等方面的表現進行評價。過程評價需要教師鼓勵學生積極參與、勇于嘗試、不斷創新。

3.成果評價

圍繞各組制作的儲能裝置進行的成果評價，注重學生關于實踐的收獲和創新能力，有利于學生制作出更多優秀的作品。

（五）項目反思

項目結束后，教師引導學生思考遇到的問題及其解決方法，針對學生在項目中的不足提出具體的改進意見。同時，教師對項目實施情況進行總結，反思教學設計和實施的過程，豐富項目教學的經驗，以優化教學方法，提升教學效果。

結語

本文以“混凝土發電儲能裝置的設計和制作”為例，詳細闡述了基于項目式學習的初中物理跨學科實踐設計流程。實踐證明，項目式學習能夠有效促進學生的知識整合能力、實踐能力和創新思維的發展，也為初中物理教學提供了新的思路。

【參考文獻】

［1］馬云鵬.學科大觀念的提取及其教學意義：以小學數學為例［J］.課程·教材·教法，2024，44（10）：122-132.

［2］王峰，劉文慶.基于項目學習的學生高階思維能力培養：以水火箭為例［J］.中學物理，2021，39（11）：34-37.