指向深度學(xué)習(xí)的初中物理“長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)”設(shè)計(jì)初探
——以“阿基米德原理的應(yīng)用”為例

李 果

（上海市閔行區(qū)莘松中學(xué)，上海 201100）

1 引言

“長(zhǎng)程設(shè)計(jì)”指教師對(duì)每節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容置于整體知識(shí)體系之中，引導(dǎo)學(xué)生在知識(shí)生長(zhǎng)過程中逐步達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)、發(fā)展學(xué)習(xí)能力、提升學(xué)科素養(yǎng).對(duì)學(xué)生而言，一些重要的學(xué)科內(nèi)容、科學(xué)方法、物理思想、物理規(guī)律或者“核心知識(shí)”的學(xué)習(xí)不是一蹴而就的，教師需要依據(jù)前后知識(shí)之間存在的內(nèi)在邏輯關(guān)系和不同階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，著眼一個(gè)長(zhǎng)線的教學(xué)過程設(shè)計(jì)，可以是幾個(gè)課時(shí)、一個(gè)單元，也可以是一個(gè)學(xué)期、一個(gè)年級(jí)、一個(gè)學(xué)段，甚至更長(zhǎng)的階段有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)，促進(jìn)教與學(xué)活動(dòng)的縱深發(fā)展，是聯(lián)結(jié)著引導(dǎo)與探索的積累、培育進(jìn)程，具有生發(fā)性、成長(zhǎng)性.

深度學(xué)習(xí)是以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為根本追求的.所謂深度學(xué)習(xí)，就是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程.在這個(gè)過程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識(shí)，理解學(xué)習(xí)的過程，把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、高級(jí)的社會(huì)性情感、積極的態(tài)度、正確的價(jià)值觀，成為極具獨(dú)立性、批判性、創(chuàng)造性又有合作精神，基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)秀學(xué)習(xí)者，成為未來社會(huì)歷史實(shí)踐的主人.

由于縱深化的學(xué)習(xí)，要求較長(zhǎng)的持續(xù)性，需要在積淀、醞釀中轉(zhuǎn)化，所以要以更寬的視角和更深的審視來支持規(guī)劃設(shè)計(jì)；長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)，是長(zhǎng)程設(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的一系列活動(dòng)，突出了活動(dòng)的序列性和可操作性，在不同層次的任務(wù)對(duì)象、內(nèi)容和環(huán)境間轉(zhuǎn)換的過程，使教學(xué)具有了環(huán)節(jié)和結(jié)構(gòu)化的特征.在長(zhǎng)程設(shè)計(jì)理念下，通過問題的引領(lǐng)，使活動(dòng)目標(biāo)更加明確；問題通過活動(dòng)的進(jìn)行不僅得以解決，還促進(jìn)了思考問題思維的可視化.指向深度學(xué)習(xí)的長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)的設(shè)計(jì)是有梯度的，對(duì)學(xué)生的思維要求是不斷上升的.本文作者以一節(jié)研討課——上教版9年級(jí)物理第6章第4節(jié)第4課時(shí)“阿基米德原理的應(yīng)用”為例，依據(jù)學(xué)科基本要求和長(zhǎng)程設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)問題和活動(dòng)，通過問題導(dǎo)出活動(dòng)，活動(dòng)中又產(chǎn)生新的問題，為解決新的問題設(shè)計(jì)新的活動(dòng)，此交替序列性的問題串和活動(dòng)鏈形成長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng).圖1 是長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)的內(nèi)涵.

圖1 長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)的內(nèi)涵

2 指向深度學(xué)習(xí)的長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1 確定教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生已經(jīng)知道阿基米德原理，知道物體的浮沉條件，有受力分析的基礎(chǔ).但阿基米德原理的相關(guān)知識(shí)是新學(xué)內(nèi)容，掌握得還不夠熟練.初步知道阿基米德原理中浮力、物體排開液體的重力、物體排開液體的體積等基本概念及其各物理量之間的關(guān)系.教師在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生關(guān)于阿基米德原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用不清楚，在密度計(jì)中的應(yīng)用也容易混淆，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤.

根據(jù)9年級(jí)物理第1學(xué)期物理教學(xué)參考中關(guān)于“阿基米德原理”的教學(xué)建議：“阿基米德原理的應(yīng)用重點(diǎn)介紹船和液體密度計(jì)，”確定了本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究輪船的工作原理；結(jié)合學(xué)生實(shí)際特點(diǎn)確定了教學(xué)難點(diǎn)：解釋液體密度計(jì)刻度的分布特點(diǎn).

2.2 深度學(xué)習(xí)能力點(diǎn)設(shè)置

阿基米德原理的應(yīng)用為“阿基米德原理”第4課時(shí)，本節(jié)課重點(diǎn)介紹船和液體密度計(jì).結(jié)合國(guó)際航行載重線，通過實(shí)驗(yàn)探究，幫助學(xué)生理解輪船的排水量，知道輪船的吃水線，啟發(fā)學(xué)生把滿載的輪船看成一個(gè)巨大的液體密度計(jì)，總結(jié)出液體密度計(jì)的測(cè)密度原理.

為了突出重點(diǎn)和突破難點(diǎn)，直接進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)課堂效率較低，依據(jù)學(xué)科基本要求，運(yùn)用布魯姆“ABCD”行為目標(biāo)分類法，結(jié)合學(xué)生實(shí)際合理設(shè)置逐步上升的能力點(diǎn)，即指向深度學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng).

本節(jié)課設(shè)計(jì)長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)：先讓學(xué)生畫出輪船的受力示意圖，通過分析這些力之間的大小關(guān)系，知道輪船漂浮的原理；然后讓學(xué)生用一張錫箔紙裝螺釘，比一比哪個(gè)組裝得最多，初步感受輪船的制作原理；通過對(duì)遼寧號(hào)航空母艦的了解，初步知道排水量和吃水線；然后通過制作牙膏管小船，設(shè)計(jì)長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)讓學(xué)生通過比較兩液體的密度大小關(guān)系，進(jìn)而體驗(yàn)并總結(jié)出液體密度計(jì)的刻度分布特點(diǎn).此長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)讓學(xué)生逐漸從淺層學(xué)習(xí)過渡到深度學(xué)習(xí)，自然地從被動(dòng)接受知識(shí)過渡到自主學(xué)習(xí).在此過程中逐漸從形成知識(shí)點(diǎn)間的相互聯(lián)系，將零散的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化為自身的知識(shí)網(wǎng).結(jié)合教學(xué)目標(biāo)將指向深度學(xué)習(xí)的長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)及對(duì)應(yīng)能力點(diǎn)設(shè)置如圖2所示.

圖2 長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)對(duì)應(yīng)的能力點(diǎn)設(shè)置

3 主要活動(dòng)過程

3.1 根據(jù)能力點(diǎn)Ⅰ設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)，引入新課

問題1：阿基米德原理在我們的生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)大家思考有哪些應(yīng)用，并討論.

活動(dòng)1：小組合作討論并組間交流答：輪船、潛水艇、熱氣球、游泳等.

評(píng)析：運(yùn)用問題1和活動(dòng)1讓學(xué)生的思維“走出去”，初步了解阿基米德原理的相關(guān)應(yīng)用后，教師告知學(xué)生本節(jié)課主要學(xué)習(xí)阿基米德原理與船相關(guān)方面的應(yīng)用.

3.2 根據(jù)能力點(diǎn)Ⅱ設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)

問題2：通過受力分析，漂浮在海面上的輪船受幾個(gè)力的作用？這些力之間有什么關(guān)系？

活動(dòng)2作圖：在學(xué)案上畫出輪船示意圖（圖3），并回答以上問題.

圖3 輪船受力分析示意圖

問題3：播放遼寧號(hào)航空母艦圖片，提問：同學(xué)們，這是什么？它主要是用什么制造的？觀察你桌子上的鐵球在水里處于什么狀態(tài)？并思考，為什么他們?cè)谒械臓顟B(tài)不一樣？航空母艦為什么沒有沉在水底呢？

活動(dòng)3學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用一張鋁箔紙裝載螺釘.

要求：

①能裝載更多的螺釘.我們小組利用鋁箔紙最多裝載了________個(gè)螺釘.

②觀察小船中螺釘?shù)臄?shù)量________時(shí)，小船浸入水中的體積 ________（均選填“增大”或“減小”）.

思考并概述：小船在此過程中所受浮力的變化________________.并用阿基米德原理解釋.

評(píng)析：學(xué)生通過對(duì)漂浮在海面上的船進(jìn)行受力分析可知，在豎直方向，船只受2 個(gè)力的作用：重力和浮力，根據(jù)二力平衡條件，船在豎直方向保持靜止，所以兩力平衡：船所受的浮力等于自身重力.接著讓學(xué)生對(duì)遼寧號(hào)航空母艦進(jìn)行簡(jiǎn)介，深切感受到祖國(guó)航海事業(yè)的偉大，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情.學(xué)生很容易知道航空母艦主要由鋼鐵制造的，為什么航空母艦沒有像鐵球一樣沉在水底呢？這個(gè)問題激發(fā)學(xué)生思考船的制作原理，然后進(jìn)行活動(dòng)3學(xué)生實(shí)驗(yàn).為了滿足活動(dòng)3的要求：裝載更多的螺釘，學(xué)生剛開始會(huì)把鋁箔紙平鋪在水面上，裝20個(gè)左右螺釘后，鋁箔紙下沉了.學(xué)生看到這個(gè)現(xiàn)象后，不難想到改變鋁箔紙的形狀進(jìn)行實(shí)驗(yàn).最終學(xué)生發(fā)現(xiàn)鋁箔紙做得越深，裝的螺釘越多，其中有一個(gè)小組最多裝了93 個(gè)螺釘后鋁箔紙小船下沉了.根據(jù)這個(gè)臨界條件結(jié)合活動(dòng)1，小船處于漂浮狀態(tài)，浮力等于小船的總重力.學(xué)生也能順利地知道鋁箔紙小船裝的螺釘數(shù)量增大時(shí)，小船的重力增大了，小船浸入水中的體積也增大了，所以浮力增大了.然后請(qǐng)學(xué)生用阿基米德原理解釋：當(dāng)液體密度相同時(shí)，物體排開液體的體積越大，浮力越大.此項(xiàng)目活動(dòng)的設(shè)計(jì)，由淺入深，層層遞進(jìn)，把學(xué)生的思維逐漸引入深處.讓學(xué)生對(duì)輪船的制作原理有了初步理解和感受.

3.3 根據(jù)能力點(diǎn)Ⅲ設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)

問題4：裝了93個(gè)的小船為什么不能再裝了？引入載重量m載和排水量m排，即輪船滿載時(shí)排開水的質(zhì)量.

活動(dòng)4觀看視頻：從遼寧號(hào)航空母艦了解什么是排水量m排？輪船的排水量m排與載重量m載什么關(guān)系？

問題5：能駛?cè)腴L(zhǎng)江的最大郵輪叫“海上世界號(hào)”船身上的刻線叫吃水線.提問：為什么同一艘輪船駛?cè)氩煌乃驎?huì)有不同的吃水線？

活動(dòng)5小組討論：同一艘輪船駛?cè)氩煌?，①船受到的浮力怎么變化？②船排開水的體積如何變化？

評(píng)析：?jiǎn)栴}4 很容易回答，不能再裝了，因?yàn)榇亮?進(jìn)而引入載重量和排水量的概念.根據(jù)阿基米德原理F浮=G排，又由于輪船漂浮F浮=G總，所以G排=G總，又可以得出m排=m總=m船+m載，可以得出排水量和載重量的關(guān)系.根據(jù)問題1和活動(dòng)1 可以得出因?yàn)榇冀K漂浮浮力等于重力，同一艘船引入不同海域，重力不變，所以浮力不變.根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液g V排，當(dāng)浮力不變時(shí)，ρ液越大，V排越小.我們能不能反過來思考：當(dāng)浮力不變時(shí)，如果輪船排開液體的體積越小，是否可以代表液體的密度越大？引入問題6.

3.4 根據(jù)能力點(diǎn)Ⅳ和Ⅴ設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)

問題6：當(dāng)浮力不變時(shí)，如果輪船排開液體的體積越小，是否可以代表液體的密度越大？

活動(dòng)6學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用“牙膏管小船”比較兩種液體密度的大小.

制作“牙膏管小船”并用記號(hào)筆在小船與液面處作出標(biāo)記.

要求：小組合作，制作一艘“牙膏管小船”.

利用“牙膏管小船”，比較兩種液體（水和藍(lán)色液體——硫酸銅溶液）的密度大小.

（1）小組觀察到的現(xiàn)象是______________.

（2）比較的結(jié)果：藍(lán)色液體的密度 __________水的密 度（選 填“大 于”“等 于”“小 于”）原因是 __________________..

問題7：如果有第3種液體，它的密度大于藍(lán)色液體的密度，請(qǐng)問它對(duì)應(yīng)的刻線應(yīng)畫在哪里？如果有第4種液體它的密度比水小，又畫在哪里？如果有很多種已知密度的液體，就可以在牙膏管小船上畫很多刻線，每一個(gè)刻線都可以代表一種液體的密度，于是制成了密度計(jì).

活動(dòng)7觀察思考：觀察密度計(jì)并思考：①同一支密度計(jì)在不同液體中受到的浮力相同嗎？②密度計(jì)上刻度值的分布有什么規(guī)律？

問題8：鋁箔紙小船的吃水線、牙膏管小船的刻線和密度計(jì)上的線有什么特點(diǎn)？

評(píng)析：?jiǎn)栴}6的回答是肯定的.學(xué)生實(shí)驗(yàn)：當(dāng)標(biāo)出兩種液體的液面在牙膏管上的位置時(shí)，可以明顯地看出同一個(gè)牙膏管小船在不同液體中漂浮時(shí)，重力不變，浮力不變，排開液體的體積越大，液體密度越小，體積越大的刻度線越靠上.刻度線越在上方可以說明液體密度越小，刻度線越在下方的說明液體密度越大.可以順利得出液體密度計(jì)的刻度分布特點(diǎn)為：上小下大.問題8把整節(jié)課貫穿起來，形成本節(jié)課的長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)，通過長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)，把學(xué)生的思維引向縱深處，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí).

4 教學(xué)啟示

4.1 長(zhǎng)程設(shè)計(jì)理念在課堂教學(xué)中的必然選擇

教學(xué)是一種培養(yǎng)思維的過程，思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的.我們總能發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，學(xué)生往往喜歡模仿教師.所以，當(dāng)教師自己是墨守成規(guī)、割裂地、片面地看待世界時(shí)，這種隱性的思維方式會(huì)影響到學(xué)生的思維.教師進(jìn)行長(zhǎng)程設(shè)計(jì)的最終目的是促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量.教師對(duì)于學(xué)生的影響并不僅僅停留在書面知識(shí)的傳授，教師如果具備了長(zhǎng)程設(shè)計(jì)的素質(zhì)，在每天的教學(xué)互動(dòng)中，也會(huì)使得學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維方式得到優(yōu)化.長(zhǎng)程設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)一種全面的、系統(tǒng)的、長(zhǎng)遠(yuǎn)的思想傾向性，強(qiáng)調(diào)一種統(tǒng)籌兼顧的理念，設(shè)計(jì)內(nèi)部具有邏輯的智慧.從教學(xué)來說，當(dāng)學(xué)生體驗(yàn)到教師系統(tǒng)有序的基于長(zhǎng)程設(shè)計(jì)的教學(xué)規(guī)劃時(shí)，他們會(huì)感受到“有序、結(jié)構(gòu)化”的魅力，才更有可能嘗試自己對(duì)于自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行思考和規(guī)劃，進(jìn)而促進(jìn)教師教學(xué)質(zhì)量提高.

4.2 指向深度學(xué)習(xí)的長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)的重要性和有效性

在信息高速發(fā)展的今天，學(xué)生接受知識(shí)的途徑比較多元，教師不再是知識(shí)的掌握者和灌輸者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，因此，教育方式的更新勢(shì)在必行.設(shè)計(jì)指向深度學(xué)習(xí)的長(zhǎng)程項(xiàng)目活動(dòng)可以讓學(xué)生更好地建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，自主全面地掌握知識(shí)聯(lián)系，最終完成對(duì)知識(shí)的遷移與應(yīng)用，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的.而讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)的目的就是為了培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，形成學(xué)生應(yīng)具備的適應(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，為其終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).