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

申曉衛(wèi)

（河南省安陽市龍安高級(jí)中學(xué)）

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(shí)際問題的過程中歸納出物理規(guī)律和物理知識(shí)，還原科學(xué)認(rèn)知規(guī)律的本來面目，變被動(dòng)為主動(dòng)，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)科學(xué)精神。

由于實(shí)驗(yàn)探究是解決實(shí)際問題的主要方法，所以此模式進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)在物理課堂教學(xué)中的地位，并且采用了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的界限，把教室和實(shí)驗(yàn)室融合在一起，不再可以區(qū)分實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論課教學(xué)，把教室變成實(shí)驗(yàn)室或直接在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)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(jì)的，以探究、實(shí)驗(yàn)、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(shí)際創(chuàng)造力；以工作室形式組織開展。

基本設(shè)計(jì)思路：①設(shè)置主研究項(xiàng)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(xiàng)目分解成若干不同能力層次的子項(xiàng)目。③根據(jù)學(xué)生個(gè)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(gè)子項(xiàng)目的研究。④在研究周期內(nèi)，定期開設(shè)項(xiàng)目分析研討課，對(duì)各項(xiàng)目進(jìn)展、研究心得討論、交流、分享，對(duì)面臨主要困難探討、論證，尋求解決方案。⑤整合各子項(xiàng)目，完成主項(xiàng)目，進(jìn)行試驗(yàn)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(jí)教師團(tuán)隊(duì)。課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員都是本年級(jí)任課教師。學(xué)生如果不能自己解決項(xiàng)目研究過程中所涉及的知識(shí)基礎(chǔ)、研究方法等方面的困難，需要求助于課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)：

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(tuán)隊(duì)老師定期開展課程開發(fā)分析交流研討會(huì)，匯總學(xué)生“求助”信息及“求助”過程中相關(guān)知識(shí)、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(shí)施過程更好地適應(yīng)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需求。針對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)30分鐘）

上節(jié)課結(jié)束時(shí)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(shí)，并要求學(xué)生預(yù)習(xí)教材上的相應(yīng)知識(shí)，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(shí)，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(shí)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(jì)一個(gè)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(jì)就至關(guān)重要，關(guān)系到這節(jié)課的效果甚至成敗。對(duì)于問題的設(shè)計(jì)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(shí)和方法；

要有較強(qiáng)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(shí)驗(yàn)與探究

實(shí)驗(yàn)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(dòng)手。

（3）討論與交流

要使討論與交流過程和諧有效地運(yùn)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(duì)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(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出的結(jié)論，首尾呼應(yīng)。

（7）提煉物理規(guī)律與知識(shí)

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(shí)，是本教學(xué)模式在知識(shí)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(gè)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(shí)→解決問題變成了在解決實(shí)際問題中提煉知識(shí)、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(dòng)性更強(qiáng)，參與更充分，成就感更強(qiáng)、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(yàn)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(shí)的基礎(chǔ)上更進(jìn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)融合。教學(xué)手段更加靈活，打破了教室和實(shí)驗(yàn)室之間的阻隔，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)和理論學(xué)習(xí)過程中形成一個(gè)有機(jī)的整體，能夠有機(jī)結(jié)合，相互影響，相互促進(jìn)，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(kuò)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(jì)

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(shí)際問題的發(fā)散思維能力；（2）培養(yǎng)解決實(shí)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(shí)目標(biāo)：（1）圓周運(yùn)動(dòng)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(diǎn)

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(diǎn)

對(duì)實(shí)際問題的分析、討論、歸納過程。

（四）教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)、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(dòng)

［課前預(yù)習(xí)］

利用課下時(shí)間約20分鐘預(yù)習(xí)§5.4圓周運(yùn)動(dòng)，初步了解描述圓周運(yùn)動(dòng)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(jì)算踏腳板轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間T內(nèi)踏腳板轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為N，推算自行車的騎行速度。

［實(shí)驗(yàn)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(dòng)、變速裝置，提示學(xué)生比較自行車上各部分的運(yùn)動(dòng)情況。

［交流與討論］

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

學(xué)生討論交流，分組進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(huì)越怎樣呢？

討論：……

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

生：控制變量法。

討論結(jié)果：

牙盤的大小 牙盤越大速度越快飛輪的大小 飛輪越大速度越慢后輪的大小 后輪越大速度越快鏈條的長短 無關(guān)

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gè)問題。

測量我們所需的物理量：

牙盤的大小：半徑 r1=0.1m飛輪的大?。喊霃?r2=0.05m后輪的大?。喊霃?r3=0.5m曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) N=20m曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 T=40s

師：我們剛才觀察，曲柄是怎樣帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的呢？

生：……

師：傳動(dòng)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(dòng)快慢有什么關(guān)系？

生1：相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角大小相等。

生2：轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間相等……

師：我們通過預(yù)習(xí)，1同學(xué)的意思即單位時(shí)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(diǎn)轉(zhuǎn)過的圓心角的快慢。（2）定義：在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，連接運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)和圓心的半徑轉(zhuǎn)過Δθ的角度跟所用時(shí)間 Δt的比值，就是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)間。

符號(hào)：T

師：我們通過預(yù)習(xí)，1、2同學(xué)的意思即單位時(shí)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(diǎn)沿圓周運(yùn)動(dòng)的快慢。（2）定義：質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)通過的弧長Δs和所用時(shí)間Δt的比值叫做線速度。（比值定義法）（這里是弧長，而直線運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(yùn)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(yùn)動(dòng)時(shí)幾個(gè)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(xiàn)：

［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.