邁向深度學(xué)習(xí)的物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)

周曉磊

[摘 ? 要]物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)是將綜合實(shí)踐活動(dòng)和物理學(xué)科教學(xué)融合的產(chǎn)物，能夠促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。文章以“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械”為例，闡述如何將生活問題轉(zhuǎn)化成物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)主題，如何通過活動(dòng)探究和理論分析解決綜合實(shí)踐活動(dòng)中的物理核心問題，從而促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

[關(guān)鍵詞]深度學(xué)習(xí);物理主導(dǎo);綜合實(shí)踐活動(dòng)

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2020）26-0045-02

一、綜合實(shí)踐活動(dòng)流程架構(gòu)

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》在對(duì)“培養(yǎng)什么樣的人”這個(gè)問題的進(jìn)一步追問中，明確提出“學(xué)生應(yīng)具備適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，突出強(qiáng)調(diào)個(gè)人修養(yǎng)、社會(huì)關(guān)愛、家國情懷，更加注重自主發(fā)展、合作參與、創(chuàng)新實(shí)踐”?！熬C合實(shí)踐活動(dòng)是從學(xué)生的真實(shí)生活和發(fā)展需要出發(fā)，從生活情境中發(fā)現(xiàn)問題，并轉(zhuǎn)化為活動(dòng)主題，通過探究、服務(wù)、制作、體驗(yàn)等方式，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的跨學(xué)科實(shí)踐性課程?！倍锢碇鲗?dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)是將綜合實(shí)踐活動(dòng)和物理學(xué)科教學(xué)相融合的產(chǎn)物，它具有一定的深度學(xué)習(xí)特征，在指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)的過程中，能夠促進(jìn)更具深度的學(xué)習(xí)發(fā)生。那么，究竟怎樣指導(dǎo)物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)呢？筆者經(jīng)過多年摸索構(gòu)建了如圖1所示的物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)流程。

“學(xué)習(xí)的一個(gè)重要目的是解決現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜問題，深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者必須面對(duì)并能夠解決實(shí)際問題?！泵鎸?duì)生活中豐富有趣的實(shí)際問題，教師應(yīng)該先將它們的維度降低，找到核心問題。在綜合探究過程中，學(xué)生容易生成很多問題，教師要甄選出有價(jià)值的問題，要確保學(xué)生有興趣參與、有能力完成。

郭華教授認(rèn)為，所謂深度學(xué)習(xí)就是在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心參與的有意義的學(xué)習(xí)過程。其中“‘活動(dòng)與體驗(yàn)是深度學(xué)習(xí)的核心特征?！本C合實(shí)踐活動(dòng)，如果能在某一門學(xué)科的主導(dǎo)下進(jìn)行研究，讓學(xué)生就某一門學(xué)科進(jìn)行跨單元、跨年級(jí)、跨學(xué)段學(xué)習(xí)，這時(shí)，教師的學(xué)科知識(shí)更能發(fā)揮作用，學(xué)生接受的深度指導(dǎo)科學(xué)性更強(qiáng)。相比其他學(xué)科，物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐課程，更能實(shí)現(xiàn)學(xué)科內(nèi)知識(shí)的綜合運(yùn)用。

二、綜合實(shí)踐活動(dòng)問題生成

今年筆者帶學(xué)生參加蘇州市青少年創(chuàng)新大賽，其中一個(gè)競(jìng)賽項(xiàng)目是要求學(xué)生用5周時(shí)間展開研究與學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)一個(gè)能將邊長(zhǎng)30 cm的泡沫骰子投于2米遠(yuǎn)、2米高的紙箱上表面，并且不掉落。這一活動(dòng)主題與蘇科版物理九年級(jí)簡(jiǎn)單機(jī)械中的一節(jié)綜合實(shí)踐活動(dòng)課“設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械”關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，目的是理論聯(lián)系實(shí)際，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

在開展物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，降低活動(dòng)維度是我們先要做的。簡(jiǎn)單機(jī)械制作包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作安裝、理論分析、調(diào)試改進(jìn)等環(huán)節(jié)。要圍繞利用物理原理進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，就要在制作安裝機(jī)械這一維度進(jìn)行簡(jiǎn)化。筆者采用積木搭建方案來降低學(xué)生的制作難度，如使用粗細(xì)不同的PVC水管、彎頭、三通管、KT板作為機(jī)械主體結(jié)構(gòu)的搭建材料。

三、綜合實(shí)踐活動(dòng)探究過程

問題驅(qū)動(dòng)是推動(dòng)學(xué)生自主活動(dòng)探究的原動(dòng)力。確立核心問題有助于學(xué)生明確探究方向，減少無效討論，提高綜合實(shí)踐活動(dòng)效率。在學(xué)生體驗(yàn)了扔、拋、投骰子后，學(xué)生們提出眾多的問題，教師可從中挑選三個(gè)問題作為本次實(shí)踐活動(dòng)的核心問題。

問題1：如何投出骰子？

學(xué)生仿造勾手投籃，制作了投石器型機(jī)械，如圖2。通過反復(fù)測(cè)試，學(xué)生發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，泡沫骰子如果要投擲到足夠遠(yuǎn)的目標(biāo)位置，需要用非常多的橡皮筋作為動(dòng)力。而動(dòng)力足夠時(shí)PVC水管會(huì)發(fā)生明顯彎曲形變，機(jī)械本身承受不住，容易損壞。投石器型機(jī)械的物理模型是杠桿。根據(jù)杠桿原理，當(dāng)動(dòng)力臂小于阻力臂時(shí)為費(fèi)力杠桿。由于該機(jī)械是費(fèi)力杠桿，才出現(xiàn)了要不斷增加動(dòng)力（即橡皮筋股數(shù)）的情況。是否能改成省力杠桿呢？顯然是不能的，省力杠桿雖然省力，但是費(fèi)距離，如果改成省力杠桿，骰子的運(yùn)動(dòng)幅度就會(huì)很小，不利于投擲。

問題2：如何增加控制的距離？

經(jīng)過進(jìn)一步研究，學(xué)生仿造女式投籃姿勢(shì)，采用打氣筒套管結(jié)構(gòu)制作了彈弓型機(jī)械，如圖3所示。通過反復(fù)測(cè)試，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了彈射距離的控制方法。只要將套管向下拉，增加彈簧的伸長(zhǎng)量，就能增加骰子的彈射距離。彈弓型機(jī)械的物理原理是胡克定律和機(jī)械能轉(zhuǎn)化原理。根據(jù)胡克定律，彈簧在發(fā)生彈性形變時(shí)，彈簧的彈力隨彈簧伸長(zhǎng)量的增大而增大。根據(jù)機(jī)械能轉(zhuǎn)化原理，彈射過程中，彈簧的彈性勢(shì)能越大，轉(zhuǎn)化為骰子的動(dòng)能也越大。因此，只要在每次橡皮筋拉伸位置做好記號(hào)，就能控制每次骰子飛出時(shí)的速度，找到最理想的彈射距離。

問題3：如何控制骰子的軌跡？

軌跡測(cè)試時(shí)學(xué)生產(chǎn)生了兩種極端測(cè)試方法。如圖4所示，前拋，橡皮筋拉伸幅度小，骰子速度慢，但有因箱子前沖，骰子不能停在紙箱上的問題。如圖5，上拋，橡皮筋拉伸幅度大，骰子速度快，箱子不前沖，但撞擊后，箱子容易跳起，骰子不能停在紙箱上。如圖，骰子斜拋的軌跡需要有一定的拋物線知識(shí)，而初中學(xué)生討論時(shí)的軌跡草圖只是簡(jiǎn)單的上下折線。研究深度已經(jīng)向拋物線進(jìn)發(fā)，而學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備不夠，那么本次綜合實(shí)踐活動(dòng)是否到此為止呢？顯然不是，這是本次活動(dòng)中生成的最好問題，必須想辦法解決。

用沙盤軟件模擬不同初速度的骰子運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生多觀察、多比較，找出其中的物理原理。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，骰子良好的運(yùn)動(dòng)軌跡必須具備兩個(gè)條件。首先，骰子運(yùn)動(dòng)軌跡不能前沖。由于慣性，骰子撞擊箱子后，仍然保持水平方向的速度，不利于骰子停留在箱子表面。其次，骰子的運(yùn)動(dòng)軌跡不能過高。軌跡越高，骰子在最高點(diǎn)時(shí)具有的重力勢(shì)能越大，下落過程中轉(zhuǎn)化得到的動(dòng)能越大，撞擊箱子時(shí)豎直方向的速度越大，更容易彈起來，所以理想的軌跡是不前沖，拋物線的最高點(diǎn)較低。

通過多次模擬，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，如果把骰子投出時(shí)的出手點(diǎn)位置提高，拋物線軌跡就能符合要求，如圖6。為了保證機(jī)械起始狀態(tài)限高1米，出手點(diǎn)又能超過1米，我們做了最后的改進(jìn)，如圖7，將彈弓型機(jī)械上下顛倒，固定外層套管及彈射內(nèi)側(cè)長(zhǎng)管，最終將出手點(diǎn)高度提高到了1.8米，明顯改變骰子的運(yùn)動(dòng)軌跡。我們?cè)O(shè)計(jì)的高拋彈弓式投擲器（如圖8）在蘇州市青少年創(chuàng)新大賽中成功將骰子投放于最高處，取得全場(chǎng)最高分。

四、綜合實(shí)踐活動(dòng)反思

利用物理主導(dǎo)的綜合實(shí)踐活動(dòng)拓展初中物理教學(xué)，取得了不少的積極成果，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

1.發(fā)現(xiàn)生活問題，生成活動(dòng)主題

生活中的真實(shí)問題是學(xué)生十分感興趣的，而興趣有利于學(xué)生產(chǎn)生持久的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而促成深度學(xué)習(xí)。教師應(yīng)了解學(xué)生對(duì)哪些問題感興趣，考量這些問題能否與學(xué)科知識(shí)相聯(lián)系，能否與學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有能力相聯(lián)系。選定合適的主題后，還應(yīng)思考如何用學(xué)科知識(shí)架構(gòu)探究活動(dòng)的核心問題。

2.探究核心問題，促進(jìn)思維發(fā)展

杜威認(rèn)為：學(xué)習(xí)就是要學(xué)會(huì)思維，思維的緣由是遇到了困惑。學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，需要教師在綜合實(shí)踐探究中，準(zhǔn)確把握學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)過程中的“困惑”并找出綜合實(shí)踐活動(dòng)的核心問題。通過核心問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，掌握知識(shí)間的聯(lián)系，完成知識(shí)遷移和應(yīng)用，從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。而讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)的目的就是要培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生物理思維能力的發(fā)展。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?中華人民共和國教育部.中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2] ?佐藤學(xué).課程論評(píng)[M].東京：世織書房，1996.

[3] ?張浩，吳秀娟.深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及認(rèn)知理論基礎(chǔ)探析[J].中國電化教育，2012（10）：7-11+21.

[4] ?鐘啟泉.綜合實(shí)踐活動(dòng)：含義、價(jià)值及其誤區(qū)[J].教育研究，2002（6）：42-48.

[5] ?郭華.深度學(xué)習(xí)及其意義[J].課程·教材·教法，2016（11）：25-32.

（責(zé)任編輯 易志毅）