基于CPS模型的高中物理校本課程教學(xué)研究
——以“中學(xué)物理與現(xiàn)代前沿應(yīng)用”校本課程為例

邵雪艷

(江蘇省常熟中學(xué) 江蘇 蘇州 215500)

1 引言

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng),指的是學(xué)生應(yīng)具備的,能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力[1].研究學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是落實立德樹人根本任務(wù)的一項重要舉措,也是適應(yīng)教育改革發(fā)展趨勢、提升教育國際競爭力的迫切需要[2].毫無疑問,核心素養(yǎng)是教育改革的熱點問題,但在教學(xué)實踐中,有關(guān)核心素養(yǎng)教學(xué)的落實仍然存在著諸多問題,尤為突出的問題之一是對于國家課程的課堂教學(xué),內(nèi)容和課時都有一定限制,如果沒有真正地把握核心素養(yǎng)在具體學(xué)科的實質(zhì)與內(nèi)涵,以物理課堂教學(xué)而言,很容易在實施過程中生搬硬套.而且傳統(tǒng)的物理課堂因為課時比較緊張,專業(yè)知識豐富有余,人文情感體現(xiàn)不足,物理課往往嚴謹而理性,卻常常缺乏溫暖與感性.但其實物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,與各行各業(yè)都息息相關(guān).如果能夠跳出教材、課時的限制,充分挖掘物理的豐富教學(xué)資源,核心素養(yǎng)的著眼點也將會更加豐富.

在這樣的教學(xué)現(xiàn)狀下,學(xué)科類校本課程則是一個恰到好處的契機、一個十分有益的補充,如果利用好該類校本課程,讓學(xué)生感知到物理教學(xué)也是充滿現(xiàn)實溫度、人文情懷的,相信也能對常規(guī)物理課堂產(chǎn)生積極的影響.2017年5月,江蘇省常熟中學(xué)申報CPS課程教育基地,這一立足科教實驗中心的理科綜合性課程基地為學(xué)校提供了極佳的校本課程環(huán)境.江蘇省常熟中學(xué)作為江蘇省首批高品質(zhì)示范高中建設(shè)培育學(xué)校,始終致力于推動學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展,在校本課程教學(xué)中更是如此,以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)作為最終目標,不斷思考、優(yōu)化、推進學(xué)校的學(xué)科類校本課程規(guī)劃.通過校長、教師、學(xué)生合力開發(fā)的“中學(xué)物理與現(xiàn)代前沿應(yīng)用”這門校本課程,依托于CPS模型、通過項目式教學(xué),在促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展,尤其是在提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力上取得了顯著的效果,學(xué)生在CPS項目化學(xué)習(xí)的過程中,不僅進一步感受到物理科學(xué)嚴謹?shù)纳疃取?chuàng)新突破的精神,還感悟到了物理充滿人文感性的溫度.

2 CPS模型與“中學(xué)物理與現(xiàn)代前沿應(yīng)用”校本課程介紹

2.1 CPS模型

創(chuàng)造性問題解決(creative problem solving,簡稱CPS) 模型由美國學(xué)者帕恩斯首先提出,該模型以問題解決過程為基礎(chǔ),強調(diào)發(fā)散思維與聚合思維的結(jié)合,問題解決者在選擇解決方法前需要先以發(fā)散思維產(chǎn)生大量的變通辦法,之后再以聚合思維來選擇最適合的解決方法,最后加以執(zhí)行或是作為進入下一階段的準備,由此提升創(chuàng)造力及問題解決能力.有關(guān)創(chuàng)造力開發(fā)的研究表明,培養(yǎng)創(chuàng)造性思維最有效的方法之一就是運用CPS模型.CPS具體的四成分八階段模型是2000年由美國的特芬格教授提出的,在該模型中將CPS描述為一個動態(tài)、開放、可變通的系統(tǒng),形成了 4個成分、8個階段,如圖1所示.該版本的模型引導(dǎo)解決問題者獨自或以小組合作的形式連續(xù)使用創(chuàng)造性和批判性的思維技巧,從而理解挑戰(zhàn),激發(fā)創(chuàng)造性思維,并且為解決問題生成一份有效的計劃.

圖1 CPS模型圖

2.2 “中學(xué)物理與現(xiàn)代前沿應(yīng)用”課程目標

物理與現(xiàn)代科技息息相關(guān),本課程將中學(xué)物理與現(xiàn)代前沿應(yīng)用結(jié)合起來,通過理論學(xué)習(xí)與實踐操作,了解其在化學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用,感受物理的多領(lǐng)域遷移及其重要性與基礎(chǔ)性,使物理教學(xué)內(nèi)容更加豐富立體.本校本課程教學(xué)目標主要有以下幾點:

(1)系統(tǒng)地了解現(xiàn)代前沿技術(shù),比如軍事工業(yè)、醫(yī)學(xué)、交通業(yè)中的相關(guān)技術(shù).

(2)了解現(xiàn)代前沿科技中與中學(xué)物理緊密相關(guān)的內(nèi)容,用所學(xué)的物理知識解釋當前的科技發(fā)展.

(3)通過所給資料及自主搜集相關(guān)信息,進一步拓展、豐富和完善現(xiàn)代科技與中學(xué)物理的聯(lián)系.

(4)通過理解所給任務(wù)的簡單描述,自行組隊設(shè)計并進行實驗,增強學(xué)生對于非理想問題的建模能力與科學(xué)探究能力.

(5)通過師生互動交流、共同探究,激發(fā)學(xué)生養(yǎng)成嚴謹、辯證的科學(xué)態(tài)度,增強學(xué)生的創(chuàng)新能力,形成正確的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)價值觀,從而建立良好的科學(xué)行為和思維方法.

本課程采取項目化學(xué)習(xí),一個項目約2～3課時,部分課程項目簡介如表1所示.

表1 “中學(xué)物理與現(xiàn)代前言應(yīng)用”部分課程項目簡介

2.3 依托于CPS模型的校本課程教學(xué)特點

本校本課程所依托的就是CPS模型,每一個項目教學(xué)過程中所用到的任務(wù)單也是對照CPS模型所編制.在實施過程中,基于CPS模型的校本課程教學(xué)具體體現(xiàn)出如下特點:

(1)注重引導(dǎo)學(xué)生對知識的主動獲取

因為項目化學(xué)習(xí)過程中需要大量課外知識,如果僅憑課上教師的教授,那對于學(xué)生完成整個項目是遠遠不夠的,所以需要學(xué)生利用課外時間主動地尋找知識、挑選整合所需要的知識,并理解內(nèi)化后運用于項目中.

(2)注重強化培養(yǎng)發(fā)散性思維和聚斂性思維

CPS模型的重心就在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力,利用創(chuàng)造性思維去解決問題,而面對具體問題的解決,首先就需要通過發(fā)散性思維得到盡可能多的、新穎的解決方案,再進一步利用聚斂性思維得到實用性強、操作性強的最佳解決方案.

(3)注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的多樣性與問題的開放度

在平時的物理課堂教學(xué)中,學(xué)生接觸到的學(xué)習(xí)內(nèi)容就是來自于確定的書本內(nèi)容,需要解決的問題也都有標準答案,而在真實生活中我們遇到的大多都是沒有標準答案的開放問題,所以在校本課程中設(shè)計的項目任務(wù)會結(jié)合具體生活實際和前沿?zé)狳c,設(shè)計更具有現(xiàn)實意義的開放問題.

(4)注重小組團隊的合作學(xué)習(xí)

分組學(xué)習(xí)在教學(xué)中是貫穿始終的,分組合作也能讓發(fā)散思維和聚斂思維得到更好的發(fā)揮,在CPS的各個階段,都需要小組成員通過不間斷的交流與合作去完成.

(5)注重理論學(xué)習(xí)與實踐操作相結(jié)合

因為物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,而實踐操作又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展的一個十分重要的途徑,所以在本校本課程的項目化學(xué)習(xí)中,結(jié)合所學(xué)的理論知識進行實驗設(shè)計、實驗操作是十分重要的環(huán)節(jié).

3 依托于CPS模型的校本課程教學(xué)例析

3.1 理解挑戰(zhàn):基于立德樹人 強調(diào)以生為本

在理解挑戰(zhàn)的尋找時機階段,主要以該項目的現(xiàn)代前沿應(yīng)用以及相關(guān)學(xué)科知識作為引入.比如“真空火箭筒”項目中以軍事上火箭筒的發(fā)展作為引入,介紹了在戰(zhàn)爭中火箭筒作為反坦克武器的使用,旨在讓學(xué)生了解到物理在軍工中的應(yīng)用,培養(yǎng)和平意識;在搭建“筷子承重橋”時以不久前發(fā)生的高架坍塌作為引入,也介紹了港珠澳大橋項目建設(shè),旨在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注表象背后的深層原因,以及要追求嚴謹細致的工匠精神.這些前沿應(yīng)用的介紹引入雖然與項目的學(xué)科知識關(guān)系并不大,但卻對塑造學(xué)生的精神文明有著十分積極的影響,起到立德樹人的作用.之后由學(xué)生結(jié)合課上的理論講解和自行搜索到的資料進一步深入了解,比如在真空火箭筒項目中教師將真空火箭筒類比為活塞模型講解了靜態(tài)氣體狀態(tài)方程,而從學(xué)生反饋的任務(wù)單上,發(fā)現(xiàn)不僅有學(xué)生去進一步學(xué)習(xí)了活塞模型,而且還自己搜集了涉及到氣體動力學(xué)的壓縮波模型,還有對軍事感興趣的學(xué)生去研究了真空火箭筒的最大發(fā)射速度,搜集了與軍工武器相關(guān)的外彈道學(xué)知識……

有了課堂上教師的鋪墊引導(dǎo),課堂外學(xué)生的主動搜索、整合、學(xué)習(xí),學(xué)生自然而然將這個項目中重要的知識內(nèi)化吸收了,也生成了對于這個項目特有的理解,提出了自己的問題.或許這個過程學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)沒辦法做到像課堂上那么系統(tǒng)、細致,甚至?xí)驗槌鲎约耗芰Ψ秶鵁o法理解、理解有誤,但在這個過程中,學(xué)生對于龐雜資料的搜索與整合能力得到了難得的鍛煉,更進一步認識到了所學(xué)課程內(nèi)容與生活和現(xiàn)代科技發(fā)展的聯(lián)系,感受到了知識逐漸內(nèi)化的溫度,得到潛移默化、潤物細無聲的收獲,如同樹苗扎根,雖不顯眼,卻在深扎土地的過程中汲取著最為重要的養(yǎng)分.

3.2 生成想法:促進團隊協(xié)作 激發(fā)創(chuàng)新思維

在常規(guī)課堂中,往往是通過教師個人思維的展現(xiàn)來讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何解決問題,學(xué)生的主體性很難凸顯,而尊重學(xué)生的思維是讓物理課堂擁有溫度的必要前提,故而利用校本課讓學(xué)生在朋輩中自由地創(chuàng)建團隊,毫無拘束地溝通交流,生成想法階段由個人觀點和小組觀點構(gòu)成,個人觀點是學(xué)生在第一課時:理解挑戰(zhàn)階段后對得到的信息與生成的問題進行提煉,對問題解決形成初步構(gòu)想,接著通過小組交流彼此的問題與想法,借助奧斯本的頭腦風(fēng)暴,讓各自的問題與問題、靈感與靈感進行充分地碰撞,互相啟發(fā)激勵、修正觀點,從而形成更多更有益、更完善的新觀點、新靈感,鍛煉他們的發(fā)散思維.教師在討論中主要做一個傾聽者,并進行適時引導(dǎo),引導(dǎo)小組將不同的想法聚斂成幾個相對行之有效的方案.在這個過程中,學(xué)生往往能將百花齊放的頭腦風(fēng)暴聚斂成更加完整、全面的方案,通過團隊協(xié)作將每個人的力量更大化.

3.3 準備行動:理論結(jié)合實踐 推理驗證方案

接下來就是實際操作階段,本課程最重要的部分就是學(xué)生將自己的方案設(shè)計成實驗并進行實踐.上一步初步生成了多種方案,接下來分析各方案的優(yōu)缺點,盡量確定一個最優(yōu)方案.學(xué)生針對想嘗試的方案進行預(yù)實驗,在圖2所示的真空火箭筒中,學(xué)生對火箭筒的材料都有較大的分歧,比如亞克力管、塑料管等等,成員都各自搜羅素材進行了初步嘗試,組與組之間的方案也風(fēng)格迥異,在反復(fù)多次螺旋式前進的嘗試中對自己的方案進行驗證,最終在預(yù)實驗分析后,小組成員結(jié)合教師的建議討論確定實驗方案并設(shè)計實驗、進行操作.

圖2 “真空火箭筒”學(xué)生任務(wù)單掃描圖

3.4 落實方案:總結(jié)反思優(yōu)化 多元過程評價

通過任務(wù)單(圖2),每一位學(xué)生都能在推進項目過程中完整記錄下利用理論知識解決實際問題的過程,小小任務(wù)單或許看似文字不多,但是一個任務(wù)單項目至少涉及3個課時,可能要歷時3到4周,學(xué)生在這近一個月過程中不僅有在校本課中的學(xué)習(xí),還有多方收集資料所獲得的知識,還有和小組成員交流討論獲得的靈感等等,這些寶貴的經(jīng)歷都被鉛字記錄在任務(wù)單上,凝結(jié)成珍貴的知識成果和獨一無二的情感體驗.在落實方案以后學(xué)生要對整個研究過程進行反思歸納,并嘗試進一步優(yōu)化,最終由個人、小組成員以及教師在任務(wù)單的最后留下評價,任務(wù)單上對每個階段都有記錄,所以師生可以更為全面地給出過程性評價與建議,學(xué)生通過書面化的記錄,可以回顧完成整個項目過程中的點點滴滴,不僅感受到自己多方面潛能被激發(fā),也能從教師以及小組同伴的評價中進一步得到鼓勵與肯定.

4 總結(jié)與展望

在中國現(xiàn)行的課程建設(shè)體系中,校本課程是學(xué)?？梢宰灾饕?guī)劃的特色學(xué)科.構(gòu)建和實施旨在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的校本課程,不僅可以填補目前國家課程中核心素養(yǎng)落實的不足,還可以為學(xué)生的個性化發(fā)展提供更多的機會.在本校本課程教學(xué)的過程中,越來越多的學(xué)生意識到物理學(xué)與前沿科技和生產(chǎn)生活之間的緊密聯(lián)系,意識到物理學(xué)科的學(xué)習(xí)對于自己的職業(yè)生涯規(guī)劃是不可或缺的基石,不僅讓學(xué)生萌發(fā)出了對物理國家課程學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力,更讓學(xué)生將物理學(xué)習(xí)納入自己的職業(yè)生涯規(guī)劃之中.當然,一個好的校本課程是需要不斷完善的,在課程開發(fā)理念、課程開發(fā)模式上還需要進一步更新、優(yōu)化,在課程目標、內(nèi)容、實施和評價上,還需要與核心素養(yǎng)更精準地對接落實[4].未來,會有越來越多的教師、學(xué)校和地區(qū)繼續(xù)開發(fā)校本課程,提供更多優(yōu)質(zhì)的校本課程,豐富和完善核心素養(yǎng)課程培養(yǎng)體系[5].