問題探究式校本課程“創(chuàng)客科學(xué)工作室”的理論與實踐研究

摘 要：探索了在新課改背景下對高中物理傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革。以校本課程的開發(fā)設(shè)計為依托，采用了以問題為核心、基于問題探究的、在實驗探究過程中提煉物理知識、培養(yǎng)能力的教學(xué)模式，并對此教學(xué)模式進行了實踐，設(shè)計了《自行車的變速原理——圓周運動的描述》一課。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式改革；校本課程；問題探究

一、基于問題探究的校本課程教學(xué)模式的理論探究

（一）基本思路

本教學(xué)模式目的是從根本上改變“灌輸—接受”傳統(tǒng)物理教學(xué)方法，轉(zhuǎn)變?yōu)閺姆治雠c解決實際問題的過程中歸納出物理規(guī)律和物理知識，還原科學(xué)認(rèn)知規(guī)律的本來面目，變被動為主動，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)科學(xué)精神。

由于實驗探究是解決實際問題的主要方法，所以此模式進一步提高了實驗在物理課堂教學(xué)中的地位，并且采用了實驗教學(xué)和理論教學(xué)結(jié)合的課堂教學(xué)形式，沖破教室、實驗室的界限，把教室和實驗室融合在一起，不再可以區(qū)分實驗教學(xué)和理論課教學(xué)，把教室變成實驗室或直接在實驗室中進行課堂教學(xué)。

“創(chuàng)客”科學(xué)工作室：

基于“創(chuàng)客”教育理論設(shè)計的，以探究、實驗、發(fā)明創(chuàng)造等為主要內(nèi)容的校本課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實際創(chuàng)造力；以工作室形式組織開展。

基本設(shè)計思路：①設(shè)置主研究項目，指導(dǎo)學(xué)生在規(guī)定的周期內(nèi)完成。②根據(jù)課程分層理論，把主項目分解成若干不同能力層次的子項目。③根據(jù)學(xué)生個性發(fā)展需求、不同能力層次，組成不同任務(wù)小組，負(fù)責(zé)各個子項目的研究。④在研究周期內(nèi)，定期開設(shè)項目分析研討課，對各項目進展、研究心得討論、交流、分享，對面臨主要困難探討、論證，尋求解決方案。⑤整合各子項目，完成主項目，進行試驗論證，形成最終研究成果。

作為自然科學(xué)類綜合校本課程，“創(chuàng)客”科學(xué)工作室主要依托本年級教師團隊。課程開發(fā)團隊成員都是本年級任課教師。學(xué)生如果不能自己解決項目研究過程中所涉及的知識基礎(chǔ)、研究方法等方面的困難，需要求助于課程開發(fā)團隊中相關(guān)學(xué)科“學(xué)術(shù)顧問”，在“學(xué)術(shù)顧問”老師的指導(dǎo)下解決。

“創(chuàng)客”科學(xué)工作室課程開發(fā)團隊：

課程負(fù)責(zé)人：吳正博、申曉衛(wèi)

物理學(xué)術(shù)顧問：吳正博、申曉衛(wèi)（物理任課教師）

化學(xué)學(xué)術(shù)顧問：殷春燕、許曉娟（化學(xué)任課教師）

生物學(xué)術(shù)顧問：楊慧芳、楊麗萍（生物任課教師）

信息技術(shù)學(xué)術(shù)顧問：趙慧全、索玉敏（信息技術(shù)任課教師）

數(shù)學(xué)學(xué)術(shù)顧問：周靈華、李躍（數(shù)學(xué)任課教師）

通用技術(shù)學(xué)術(shù)顧問：敦志華（通用技術(shù)任課教師）

學(xué)術(shù)課程開發(fā)團隊老師定期開展課程開發(fā)分析交流研討會，匯總學(xué)生“求助”信息及“求助”過程中相關(guān)知識、能力的發(fā)展，以此為依據(jù)調(diào)整課程內(nèi)容分層方式、學(xué)生小組分組方式，使課程實施過程更好地適應(yīng)學(xué)生個性化發(fā)展需求。針對特定學(xué)生形成教育合力，使學(xué)生發(fā)展最優(yōu)化。

（二）核心思想

問題為中心、實驗課和理論課融合的分層式校本課程。

（三）基本步驟

本教學(xué)模式的基本步驟可以分為以下幾步：

1.課前預(yù)習(xí)（大約用時30分鐘）

上節(jié)課結(jié)束時就通知學(xué)生本節(jié)所要研究的問題以及所涉及的物理知識，并要求學(xué)生預(yù)習(xí)教材上的相應(yīng)知識，或者通過網(wǎng)絡(luò)、圖書等其他途徑初步學(xué)習(xí)相關(guān)知識，為本節(jié)課問題分析和探究作準(zhǔn)備。

2.課堂教學(xué)

為使此教學(xué)模式區(qū)別于以往的高中物理課堂教學(xué)模式，主要分為以下幾步，在實際的課堂教學(xué)過程中根據(jù)需要合理增減。

（1）拋出問題

設(shè)計一個問題讓學(xué)生來解決。課堂教學(xué)的第一步，也是此教學(xué)模式的核心內(nèi)容，即“基于問題的教學(xué)和學(xué)習(xí)過程”，所以問題的設(shè)計就至關(guān)重要，關(guān)系到這節(jié)課的效果甚至成敗。對于問題的設(shè)計要符合以下要求：

問題內(nèi)容本質(zhì)即本節(jié)課核心內(nèi)容；

問題解決過程能充分體現(xiàn)本節(jié)課的知識和方法；

要有較強的可操作性，適合該年齡段的高中生的思維水平；

盡量要使生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密；要有趣味性。

（2）實驗與探究

實驗操作的目的是展示問題，探究問題，為討論、分析、解決問題打下基礎(chǔ)。所以，操作步驟要規(guī)范，層次要分明，要清晰地展現(xiàn)給大家，要以學(xué)生為主體，讓學(xué)生親自動手。

（3）討論與交流

要使討論與交流過程和諧有效地運行，必需注意教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容及其物質(zhì)載體各要素間的協(xié)同一致。這里，協(xié)同和啟發(fā)的原則是十分必要的。

（4）分析、歸納

分析、歸納是得出結(jié)論的主要方法，對學(xué)生的思維能力、邏輯推理能力要求較高。通過本環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力。在實施過程中要充分發(fā)揮老師的課堂教學(xué)主導(dǎo)地位，在以學(xué)生為主體的前提下，引導(dǎo)好分析、歸納的方向，提高課堂的效率。

（5）總結(jié)、得出結(jié)論

（6）實驗驗證

通過實驗驗證得出的結(jié)論，首尾呼應(yīng)。

（7）提煉物理規(guī)律與知識

在解決問題的過程中注重物理規(guī)律的提煉，其中所包含的物理規(guī)律、物理知識，是本教學(xué)模式在知識層面的最終目的，所以本過程非常重要，是包含在（2）至（6）整個問題解決過程中的。

（8）練習(xí)與作業(yè)

（四）與傳統(tǒng)教學(xué)模式的差異

1.教學(xué)思路的差異：學(xué)習(xí)知識→解決問題變成了在解決實際問題中提煉知識、鍛煉能力。這一順序還原了科學(xué)認(rèn)知的本來規(guī)律，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中興趣度更高，主動性更強，參與更充分，成就感更強、效率更高；在解決問題的過程中學(xué)生培養(yǎng)了發(fā)散思維能力、邏輯推理能力、歸納總結(jié)能力、試驗操作能力、創(chuàng)新能力和最基本的科學(xué)素養(yǎng)，在學(xué)知識的基礎(chǔ)上更進一步地培養(yǎng)了能力，符合素質(zhì)教育要求，體現(xiàn)出新課改的核心思想。

2.教學(xué)手段的差異：把傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實驗教學(xué)融合。教學(xué)手段更加靈活，打破了教室和實驗室之間的阻隔，使學(xué)生實驗和理論學(xué)習(xí)過程中形成一個有機的整體，能夠有機結(jié)合，相互影響，相互促進，符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀。

3.教材地位差異：在以問題為核心模式的教學(xué)方法中，教材為解決問題的參考資料之一，變學(xué)教材為用教材，改變傳統(tǒng)的以教材為中心、死扣課本的教學(xué)方法，把教材作為唯一課程資源，另外還可以有網(wǎng)絡(luò)資源、圖書資源等，擴大了課程資源范圍；在用教材的過程中也應(yīng)該更加靈活，在以問題為核心的要求下，如果需要可以不必嚴(yán)格遵守教材的編排順序、表述方法。

4.課堂組織形式的差異：改變了以往課堂教學(xué)中教師一言堂、教師講、學(xué)生聽的粗放的課堂組織形式，學(xué)生充分參與課堂教學(xué)的全程，并在探究過程中起主體作用；學(xué)生之間不再是各學(xué)各的互不影響，而是使交流、討論、甚至辯論等靈活多樣的溝通方式在思維的碰撞中拓寬思路，閃現(xiàn)新的思維的火花。

二、基于問題探究高中物理校本課程課例設(shè)計

課題：自行車的變速原理

（一）教學(xué)目標(biāo)

能力目標(biāo)：（1）培養(yǎng)解決實際問題的發(fā)散思維能力；（2）培養(yǎng)解決實際問題的創(chuàng)新能力；（3）培養(yǎng)用數(shù)學(xué)語言、數(shù)學(xué)方法來描述物理概念、歸納物理規(guī)律。

知識目標(biāo)：（1）圓周運動概念；（2）理解線速度、角速度、周期概念；（3）理解線速度角速度周期間的關(guān)系。

（二）教學(xué)重點

線速度、角速度、周期的概念及引入的過程，掌握它們之間的聯(lián)系。

（三）教學(xué)難點

對實際問題的分析、討論、歸納過程。

（四）教學(xué)方法

實驗、探究、討論、歸納。

（五）教具準(zhǔn)備

變速自行車；毫米刻度尺；游標(biāo)卡尺；秒表；多媒體。

（六）教學(xué)活動

[課前預(yù)習(xí)]

利用課下時間約20分鐘預(yù)習(xí)§5.4圓周運動，初步了解描述圓周運動的物理量以及它們之間的關(guān)系。

[拋出問題]

問題：怎樣測量自行車的騎行速度？

設(shè)想：通過計算踏腳板轉(zhuǎn)動的快慢，推算自行車的騎行速度。經(jīng)過騎行，得到如下的數(shù)據(jù)：在時間T內(nèi)踏腳板轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為N，推算自行車的騎行速度。

[實驗演示]

現(xiàn)場演示：學(xué)生利用變速自行車演示其變速過程。

注意：提示其他學(xué)生注意觀察自行車傳動、變速裝置，提示學(xué)生比較自行車上各部分的運動情況。

[交流與討論]

在腳踏曲柄轉(zhuǎn)動快慢恒定的情況下，自行車行進速度都與哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生討論交流，分組進行.

每組選出代表發(fā)言：

生1：牙盤的大小。生2：飛輪的大小。生3：后輪的大小。生4：鏈條的長短……

師：剛才同學(xué)們列舉了很多因素，都說得很好。那么，現(xiàn)在能不能再討論一下自行車行進速度與這些因素是什么關(guān)系呢？比如：當(dāng)踏曲柄快慢不變時，自行車行駛速度與牙盤大小什么關(guān)系，牙盤越大，自行車速度會越怎樣呢？

討論：……

師：我們在討論、操作時要注意到保證其他量不變，這是什么科學(xué)實驗方法呢？

生：控制變量法。

討論結(jié)果：

實驗驗證：學(xué)生用變速自行車換檔演示。

[分析探究]

師：之前我們只是定性研究了影響自行車速度的因素，下面我們更加準(zhǔn)確、定量地來研究這個問題。

測量我們所需的物理量：

師：我們剛才觀察，曲柄是怎樣帶動后輪轉(zhuǎn)動的呢？

生：……

師：傳動過程可表示為曲柄 牙盤 鏈條 飛輪 后輪

師：曲柄和牙盤轉(zhuǎn)動快慢有什么關(guān)系？

生1：相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角大小相等。

生2：轉(zhuǎn)一圈所用的時間相等……

師：我們通過預(yù)習(xí)，1同學(xué)的意思即單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角相等，怎樣用數(shù)學(xué)方法直觀準(zhǔn)確地表示呢？

角速度：

（1）物理意義：描述質(zhì)點轉(zhuǎn)過的圓心角的快慢。（2）定義：在勻速圓周運動中，連接運動質(zhì)點和圓心的半徑轉(zhuǎn)過Δθ的角度跟所用時間Δt的比值，就是質(zhì)點運動的角速度。（3）定義式：ω=Δθ/Δt.

角速度的單位

國際單位制中，角速度的單位是弧度/秒（rad/s）。

可得：ω1=ω=Δθ/Δt=N/T………①

師：牙盤和鏈條、飛輪轉(zhuǎn)動快慢有什么關(guān)系？

生1：要走多遠(yuǎn)都走多遠(yuǎn)。

生2：相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的路程（弧長）相等。……

師：2同學(xué)的意思即轉(zhuǎn)一周所用的時間，怎樣用數(shù)學(xué)方法直觀準(zhǔn)確地表示呢？

周期：

定義：轉(zhuǎn)一周所用時間。

符號：T

師：我們通過預(yù)習(xí)，1、2同學(xué)的意思即單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長相等，怎樣用數(shù)學(xué)方法直觀準(zhǔn)確地表示呢？

（1）物理意義：描述質(zhì)點沿圓周運動的快慢。（2）定義：質(zhì)點做圓周運動通過的弧長Δs和所用時間Δt的比值叫做線速度。（比值定義法）（這里是弧長，而直線運動中是位移）（3）大?。簐=Δl/Δt單位：m/s（s是弧長.非位移）。（4）方向；在圓周各點的切線上。

可得：v2=v1=Δs/Δt=Δθr1/Δt=ω1r1…②

則可知：ω3=ω2=v2/r2……………………③

v3=ω3r3…………………………④

綜合①②③④式可得：自行車運行速度：v3=Nr1/Tr2

[歸納總結(jié)]

師：通過以上探究過程，我們可知在分析描述圓周運動時幾個非常有用的物理量以及它們之間的關(guān)系，大家說說看有哪些？

生1：線速度。生2：角速度。生3：周期……

參考文獻：

[1]黃國雄.趣味物理探究[M].出東科學(xué)技術(shù)出版社，2010-03.

[2]鄭金洲.基于新課程的課堂教學(xué)改革[M].福建教育出版社，2003.

注：本論文為河南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于年級組教師團隊的分層式校本課程開發(fā)研究”部分研究成果。課題立項批準(zhǔn)號：[2016]-JKGHB-0663。批準(zhǔn)立項單位：河南省教育科學(xué)研究所。

？誗編輯 趙飛飛