指向科學(xué)抽象概念應(yīng)用的項目化學(xué)習(xí)研究

嚴(yán)昆

[摘要] 項目化學(xué)習(xí)是提升學(xué)生學(xué)習(xí)力的有效手段?？茖W(xué)抽象概念的項目化學(xué)習(xí)圍繞主題梳理核心知識，提煉大概念;通過過山車項目，讓學(xué)生自主研究能量守恒定理、重力勢能與動能之間的轉(zhuǎn)換，自行設(shè)計搭建軌道過山車，將能量抽象概念應(yīng)用到項目中，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、創(chuàng)新思維以及溝通協(xié)作能力。

[關(guān)鍵詞] 抽象概念;項目化學(xué)習(xí);過山車

項目化學(xué)習(xí)（PBL）是學(xué)生在真實情境中對驅(qū)動性問題展開探究，并采用項目化小組的方式，運用各種工具與資源促進(jìn)問題解決。項目化學(xué)習(xí)的特征包括：以一個驅(qū)動性的問題作為引發(fā)劑，經(jīng)過一系列活動產(chǎn)生最終的作品，或者形成可以公開發(fā)表的成果;在現(xiàn)實生活中進(jìn)行探究并具有一定的社會效益;需要運用多種認(rèn)知工具和信息資源，進(jìn)行多學(xué)科知識的交叉與跨學(xué)科的實踐，同時強調(diào)學(xué)習(xí)中的合作?，F(xiàn)以“過山車”設(shè)計為例，探討通過該項目培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的可行性，為項目化學(xué)習(xí)探究的實施提供參考。

一、科學(xué)抽象概念項目化學(xué)習(xí)設(shè)計

抽象概念是指以依存于某類事物的性質(zhì)和事物與事物之間的關(guān)系為反映對象的概念。例如，能量守恒定律、能量之間的轉(zhuǎn)換是科學(xué)中的抽象概念，屬于能量大概念的范疇，學(xué)生在生活中看不見、摸不到。本項目化學(xué)習(xí)以搭建過山車為內(nèi)容，以能量守恒定律、能量之間的轉(zhuǎn)換為載體，指向?qū)W生批判性思維、創(chuàng)新思維、溝通協(xié)作能力的培養(yǎng)。因此，結(jié)合項目化學(xué)習(xí)的特點，我們從項目準(zhǔn)備、項目學(xué)習(xí)過程、項目評價三個方面設(shè)計項目化學(xué)習(xí)流程。

二、“過山車”項目化學(xué)習(xí)實踐

1.學(xué)習(xí)目標(biāo)

核心概念：自主探究能量守恒定律，探究重力勢能與動能之間的轉(zhuǎn)化在過山車中的應(yīng)用，并巧妙利用離心力與向心力搭建復(fù)雜的過山車，使過山車結(jié)構(gòu)多樣化。

共通素養(yǎng)：在小組合作中完成過山車搭建，培養(yǎng)學(xué)生溝通協(xié)作能力，通過解決在軌道搭建中出現(xiàn)的工程問題，培育合作意識。

2.研究的問題

項目化學(xué)習(xí)是“問題解決”的學(xué)習(xí)，問題本身就是項目化學(xué)習(xí)的內(nèi)容，問題的真實性和挑戰(zhàn)性成為關(guān)鍵特征。本項目中提出了兩個問題：過山車的動力是哪里來的？如此快的速度為什么不會從軌道上飛出去？

3.實踐支架

搭建思維支架：從現(xiàn)象、原因、問題和方案四個維度，如小球經(jīng)常出現(xiàn)不能正常行駛的問題（脫軌、卡在軌道等）;同時，教師給出“四維度問題”學(xué)習(xí)支架：描述現(xiàn)象、分析原因、提出要解決的問題、提出改進(jìn)方案。

4.具體探究環(huán)節(jié)

（1）引入任務(wù)。從生活實例中出發(fā)，讓學(xué)生觀看迪士尼樂園過山車視頻，講述玩過山車的刺激感，引發(fā)學(xué)生思考如何利用軟管設(shè)計搭建自己的過山車。

（2）探究過山車的原理。首先，利用斜坡軌道探究鋼珠在過山車中的動力。如圖1所示，當(dāng)小球從不同高度滾下時，下滑的速度有何不同？滑到對面斜坡的高度有何不同？

其次，利用旋轉(zhuǎn)“水桶”實驗探究鋼珠如何順利通過垂直回環(huán)軌道。如圖2所示，讓“水桶”旋轉(zhuǎn)起來但不能讓水桶里的水灑出來，并注意水桶旋轉(zhuǎn)的速度變化。

最后，探究鋼珠為何能順利通過而不會脫離軌道。

（3）探究過山車的結(jié)構(gòu)。教師將各種各樣的過山車實物照片展示在教室內(nèi)，讓學(xué)生觀察、討論、歸納過山車的基本結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生思考過山車由哪幾部分構(gòu)成，并通過查閱資料，了解各部分的作用。

（4）建立評價量表。項目化學(xué)習(xí)以問題為驅(qū)動力，要求學(xué)生在項目中迎接挑戰(zhàn)性的問題。如果項目最后要以比賽的形式進(jìn)行競爭，那么為了讓學(xué)生能不斷改進(jìn)設(shè)計過山車，就有必要建立評分標(biāo)準(zhǔn)和評價量表（如

表1、表2）。

（5）設(shè)計、搭建、測試、改進(jìn)過山車。一是畫設(shè)計圖，向?qū)W生提出子任務(wù)：在設(shè)計圖中畫出過山車軌道的路線，標(biāo)出起點、終點、彎道、垂直回環(huán)的高度，彎道、垂直回環(huán)的直徑。二是搭建過山車，測試過山車效果。按照設(shè)計圖搭建過山車，在搭建過程中如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計不合理的，就要修改設(shè)計圖以改進(jìn)過山車。

（6）項目化學(xué)習(xí)評價。其一，自測評價：針對學(xué)習(xí)成果形成的過程進(jìn)行評價，學(xué)生設(shè)計清晰易懂、可操作的評價標(biāo)準(zhǔn);其二，組內(nèi)協(xié)商評價：根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)程“嵌入”指向協(xié)作能力的評價，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會真正意義上的協(xié)商和合作;其三，組間共享評價：旨在小組之間對照學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行團(tuán)隊總結(jié)與反思匯報，如我們是怎樣一步一步完成這個項目的？在項目中我們有哪些重大發(fā)現(xiàn)，遇到了哪些困難？

搭建過山車項目基于任務(wù)解決的整合，需要多元化的評價方式。本項目的設(shè)計目的是引導(dǎo)學(xué)生形成對過山車原理、設(shè)計、工程搭建、各種回環(huán)技術(shù)處理的整體評價。比方說，組織學(xué)生制作PPT匯報答辯，組織過山車比賽，對學(xué)生搭建的過山車作品進(jìn)行全校分享等。

項目化學(xué)習(xí)從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，從以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂椖繛橹行?，從以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨ぷ鲌鼍盀橹行?，能夠讓學(xué)生快樂地動手實踐。設(shè)計項目化學(xué)習(xí)時要注意，學(xué)生才是項目解決方案的決策者、裁判員，教師要認(rèn)清項目化學(xué)習(xí)的本質(zhì)問題——高階認(rèn)知策略，做好學(xué)生的導(dǎo)師。