初中科學(xué)微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的實(shí)踐
——以“物體沉浮條件”為例

■浙江省杭州市臨安錦城第四初級中學(xué) 阮麗萍 ■浙江省杭州市杭知中學(xué) 葛元鐘

本文以浮力的核心知識點(diǎn)“物體的沉浮條件”為例，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，開展“制作潛水艇模型與競賽”活動(dòng)，嘗試讓學(xué)生在微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中理解知識背后的原理，設(shè)計(jì)“潛艇掉深”新情境，深入研究，引發(fā)知識的遷移應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建，以及迭代更新，理解工程設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷完善的過程，從而通過做中學(xué)、玩中學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、問題提出

在深化教育教學(xué)改革的背景下，提倡創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，開展有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》強(qiáng)調(diào)“整合啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式、體驗(yàn)式和項(xiàng)目式等教學(xué)方式的基本要求，開展能夠促進(jìn)學(xué)生積極思維的思維型探究和實(shí)踐”。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的情境中，以問題為驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生開展自主探究及合作探究，完成項(xiàng)目任務(wù)。學(xué)生在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)過程中掌握知識，更重要的是收獲學(xué)習(xí)方法，認(rèn)識到學(xué)習(xí)的價(jià)值。

（一）初中科學(xué)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)面臨的問題

在初中科學(xué)教學(xué)中會經(jīng)常開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)研討，但是在實(shí)際教學(xué)過程中，講授方式“依然如故”，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在落地過程中仍面臨著一些困難：

第一，受教學(xué)時(shí)間的限制。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)需要較長的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐和探究，教師擔(dān)心項(xiàng)目化學(xué)習(xí)過多占用課堂時(shí)間，不能按時(shí)完成授課內(nèi)容。第二，受教師能力和經(jīng)驗(yàn)的制約。部分教師設(shè)計(jì)能力不足，知識的學(xué)習(xí)與項(xiàng)目活動(dòng)之間出現(xiàn)脫節(jié)，不能很好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，導(dǎo)致教師不敢嘗試項(xiàng)目化教學(xué)。第三，受考試壓力的影響。教師擔(dān)心項(xiàng)目化學(xué)習(xí)影響學(xué)生的考試成績，不愿意采取這種教學(xué)方法。

（二）實(shí)施微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)突破重難點(diǎn)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，從學(xué)科的核心概念中遴選出學(xué)科知識重難點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)要素，構(gòu)建基于學(xué)科重難點(diǎn)突破的微項(xiàng)目化模型（如圖1所示）。

圖1 微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模型圖

微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的基本模型是在課程標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)下確定核心概念，從中提取出重難點(diǎn)知識，建構(gòu)微項(xiàng)目任務(wù)，通過實(shí)踐活動(dòng)聚焦重難點(diǎn)知識，最終貫徹課程標(biāo)準(zhǔn)。

二、微項(xiàng)目化突破難點(diǎn)的設(shè)計(jì)

以浙教版科學(xué)八年級上冊教材為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍存在以下難點(diǎn)，需要想辦法突破：如《水的浮力》中有阿基米德原理、物體的浮沉條件、浮沉條件的實(shí)際應(yīng)用；《物質(zhì)的溶解》中有飽和溶液和不飽和溶液的聯(lián)系與區(qū)別、溶解度的理解、溶液的稀釋、濃縮、混合問題；《大氣壓強(qiáng)》中有大氣壓在實(shí)際生活中的計(jì)算；《電路分析與應(yīng)用》中有串并聯(lián)電路的規(guī)律、動(dòng)態(tài)電路的分析、電路故障的判斷。

（一）挖掘要突破的知識難點(diǎn)

以《水的浮力》為例，首先，學(xué)生在初學(xué)浮力時(shí)腦海中已經(jīng)有許多“前概念”，如上浮的物體受到浮力，下沉的物體不受浮力；上浮物體受到的浮力比下沉物體受到的浮力大；漂浮時(shí)浮力大于重力；懸浮在液體中的物體所處深度越小，浮力越大……其次，受學(xué)生思維發(fā)展的限制，傳統(tǒng)的教學(xué)方式無法為學(xué)生提供一系列的中介，使學(xué)生從抽象的邏輯思維轉(zhuǎn)變成具象的理性思維，對浮力概念的理解停留在表面，如很多學(xué)生知道公式，但是不能理解公式的運(yùn)用，更難以辨析如何實(shí)現(xiàn)潛水艇在水中的升降問題。

（二）設(shè)計(jì)微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)流程

初中科學(xué)微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)流程包含三個(gè)階段，分別為微項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段、微項(xiàng)目實(shí)施階段和微項(xiàng)目評價(jià)階段。

微項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段涵蓋設(shè)計(jì)微項(xiàng)目情境、設(shè)計(jì)微項(xiàng)目問題和規(guī)劃微項(xiàng)目過程。

微項(xiàng)目實(shí)施階段是整個(gè)微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中最核心的環(huán)節(jié)，包括微項(xiàng)目主題、實(shí)施微項(xiàng)目活動(dòng)、微項(xiàng)目成果交流。學(xué)生是活動(dòng)的主體，教師則作為引導(dǎo)者和幫助者。學(xué)生在解決問題的過程中完成各項(xiàng)任務(wù)，包括閱讀資料、實(shí)驗(yàn)探究等。微項(xiàng)目活動(dòng)結(jié)束后，教師安排各小組進(jìn)行成果展示。

微項(xiàng)目評價(jià)貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過程，包括學(xué)生自評和互評、教師總結(jié)，診斷學(xué)生核心素養(yǎng)水平及進(jìn)階情況，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)評的一致性。

（三）基于微項(xiàng)目化突破難點(diǎn)

微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是基于真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性問題，在問題解決過程中突出學(xué)習(xí)者的主體地位，以素養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，指向核心知識原理的再構(gòu)建，讓學(xué)生從“做中學(xué)”的一種學(xué)習(xí)模式。

相較于傳統(tǒng)課堂，微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的價(jià)值主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是對學(xué)生而言，體驗(yàn)式、探究式的學(xué)習(xí)方式可以促進(jìn)全腦發(fā)育，激活多種聯(lián)系，加深學(xué)生的聯(lián)系性記憶、情感性記憶、生存性記憶?；橄鬄榫呦?、化結(jié)果為過程、化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)方式，極大地提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。二是對教師而言，教師需要從傳統(tǒng)的課堂主導(dǎo)者變?yōu)閷W(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)者和支持者。在項(xiàng)目開展過程中，教師要掌握跨學(xué)科知識，多元化發(fā)展。同時(shí)，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中所展現(xiàn)出來的思考力和創(chuàng)造力也能給教師很大啟發(fā)。

三、微項(xiàng)目化突破難點(diǎn)的實(shí)踐

以浙教版科學(xué)教材八年級上冊第一章第3 節(jié)中的“物體的沉浮條件”課時(shí)為例，教師應(yīng)深挖教材中的教學(xué)難點(diǎn)，以“制作潛水艇模型與競賽”這一微項(xiàng)目為載體，使學(xué)生了解沉浮條件這一核心知識，理解該知識背后蘊(yùn)藏的價(jià)值，促使學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)落地。

（一）設(shè)計(jì)情境，突出知識價(jià)值

情境與核心教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)，精確指向教學(xué)過程的知識技能目標(biāo)，能夠促進(jìn)學(xué)生知識和技能的掌握。情境載體可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，體現(xiàn)“從生活走向科學(xué)，從科學(xué)走向社會，從科學(xué)回歸生活”的理念，使學(xué)習(xí)知識過程更具有真實(shí)性，使獲取知識的結(jié)果更具有成就感。

“物體的浮沉條件”這節(jié)內(nèi)容在實(shí)際生活中具有很廣泛的應(yīng)用，如救生圈的設(shè)計(jì)、水上交通工具輪船的制造以及國防方面的潛水艇等。針對七年級學(xué)生對國家科技力量的崇拜與好奇，教師引入我國核潛水艇發(fā)展紀(jì)錄片視頻片段，讓學(xué)生在觀看后說說自己對潛水艇的了解，教師補(bǔ)充潛水艇建造科技史知識，更加激發(fā)了學(xué)生對潛水艇的興趣，同時(shí)引出本堂課的核心問題：制作潛水艇模型。

（二）讓難點(diǎn)成為項(xiàng)目的原理

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心在于“學(xué)習(xí)”，蘊(yùn)于“項(xiàng)目”中的是學(xué)習(xí)活動(dòng)的機(jī)制與特征。科學(xué)教育的難點(diǎn)在于知識在真實(shí)情境中的解釋和應(yīng)用，以及實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

對初中學(xué)生而言，潛水艇是神秘的軍事裝備，學(xué)生具有極強(qiáng)的探究欲望，如潛水艇是如何實(shí)現(xiàn)浮沉的？背后的原理又是什么？在不同密度的海域如何實(shí)現(xiàn)同一深度的懸停？借助制作潛水艇這一載體，教師將核心問題拆解，分別從制作原理、材料選擇、實(shí)踐應(yīng)用等方面進(jìn)行分析，聚焦“物體的浮沉條件”這一知識體系，構(gòu)建潛水艇模型，并結(jié)合實(shí)際情況，幫助學(xué)生理解浮沉條件的原理（如圖2所示）。

圖2 “浮沉條件”微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)圖

（三）以微項(xiàng)目實(shí)施突破難點(diǎn)

微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、迭代都要考慮圍繞教學(xué)難點(diǎn)突破展開。

1.設(shè)計(jì)并制作潛艇模型。

首先，教師展示懸浮在水中的密封礦泉水瓶，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行原理分析：由物體沉浮條件可知，要使漂浮的物體下沉，則重力大于浮力，浸沒的物體浮力不變，可通過增加自身重力沉浮。教師畫出潛水艇的受力分析圖，加深學(xué)生對潛水艇實(shí)現(xiàn)浮沉原理的理解。其次，學(xué)生對任務(wù)進(jìn)行分析，討論設(shè)計(jì)圖，擬定潛水艇制作方案。教師提供用于制作潛水艇的材料（塑料瓶、注射器、配重硬幣、吊針軟管、膠帶、剪刀等）。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師巡回指導(dǎo)，分析各小組存在的問題，并及時(shí)調(diào)整和修正。

某小組設(shè)計(jì)的潛水艇制作方案為：

①在礦泉水瓶體的中間部位，用美工刀開幾個(gè)小孔，作為排水口。

②在瓶體的開口位置附近，用膠帶固定幾枚相同質(zhì)量的硬幣作為配重，起到調(diào)節(jié)瓶體穩(wěn)定的作用，使其漂浮狀態(tài)適中。

③將吊針頭從橡膠瓶蓋插入瓶內(nèi)。

④將吊針軟管的一端與注射器相連。最終成果如圖3所示。

圖3 簡易潛水艇模型設(shè)計(jì)

活動(dòng)驅(qū)動(dòng)和成果展示激發(fā)了學(xué)生更大的參與積極性，各組制作完成后進(jìn)行懸停競賽，比較完成任務(wù)1和任務(wù)2所花時(shí)間。

任務(wù)1：潛水艇完成從水面A位置下潛到B位置并穩(wěn)定停留。

任務(wù)2：能從水底C上浮到B位置并穩(wěn)定停留。

2.設(shè)計(jì)新情境，深入研究。

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)如同一座冰山，我們在學(xué)習(xí)場景中看到的往往是學(xué)生外顯的手工操作，而項(xiàng)目化學(xué)習(xí)更具價(jià)值的部分是看不見的學(xué)生內(nèi)隱的思維發(fā)展，因此，有必要引入新情境，進(jìn)行深入研究。

潛艇“掉深”資料：2014 年的某一天，我國海軍372潛艇在執(zhí)行任務(wù)時(shí)不幸遭遇了海底斷崖，當(dāng)時(shí)只過去幾秒鐘時(shí)間，潛艇直接下沉了七十多米。幾分鐘的時(shí)間內(nèi)，指揮官有條不紊地下達(dá)了幾百個(gè)命令，而士兵也完美進(jìn)行了同步操作。當(dāng)潛艇遭遇海底斷崖時(shí)，其“掉深”的過程需要一定的時(shí)間，要想自救，前提是指揮官有著強(qiáng)大的心理素質(zhì)。

學(xué)生在為潛水艇官兵的勇敢喝彩的同時(shí)，對潛水艇“掉深”究竟是怎么回事產(chǎn)生了疑問。教師引導(dǎo)學(xué)生從“掉深”的危害和“掉深”發(fā)生的原因兩個(gè)角度復(fù)習(xí)舊知、建構(gòu)新知。

①“掉深”的危害。

復(fù)習(xí)回顧液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系。

②“掉深”發(fā)生的原因。

教師根據(jù)物體浮沉條件的力的關(guān)系表達(dá)式，推導(dǎo)出物體浮沉條件的密度表達(dá)式。即當(dāng)ρ物=ρ液時(shí)，物體懸浮；當(dāng)ρ物＞ρ液時(shí)，物體下沉；當(dāng)ρ物＜ρ液時(shí)，物體上浮。教師引導(dǎo)學(xué)生猜測“掉深”是由于海水密度變化引起的，推理得出潛水艇“掉深”是由于突然進(jìn)入了低密度海水區(qū)，交流討論“掉深”自救的困難和可能采取的方法。

3.對產(chǎn)品進(jìn)行迭代改進(jìn)。

真實(shí)生活中每一項(xiàng)產(chǎn)品的問世都是多領(lǐng)域知識的凝結(jié)，需要綜合考慮實(shí)際情況。教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀核潛水艇資料，對自制的潛水艇進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)生通過查閱資料、小組討論等方式，從以下方面進(jìn)行考慮，并提出解決方案：第一，潛艇的密封性，用膠水粘連，并用凡士林密封；第二，循環(huán)供氧，采用Na2O2與CO2反應(yīng)，或者放綠植；第三，前進(jìn)動(dòng)力，安裝馬達(dá)；第四，抗壓性能，艇身換用抗壓性能更好的材料；第五，潛望能力，加裝一個(gè)潛望鏡；第六，探測，加裝聲吶或激光測距儀。

四、結(jié)語

在初中科學(xué)教學(xué)中融入“微項(xiàng)目化元素”是一個(gè)長期的過程，將教學(xué)難點(diǎn)有效融入有真實(shí)情境的項(xiàng)目化問題，能夠較好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，發(fā)展學(xué)生工程設(shè)計(jì)與物化能力。在實(shí)踐過程中，教師要從課堂的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)者和支持者，課堂需要從講授式轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴?，使知識不再碎片化，而是以微項(xiàng)目為核心構(gòu)建一個(gè)綜合性的整體。