基于UMU學(xué)習(xí)平臺的初中物理項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐研究

摘 要：項(xiàng)目式教學(xué)是建構(gòu)主義理念下以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，注重引導(dǎo)學(xué)生主動參與和實(shí)踐探索。數(shù)字技術(shù)在中學(xué)物理項(xiàng)目式教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用，是物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)面向現(xiàn)代化，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一條重要途徑。以UMU學(xué)習(xí)平臺數(shù)據(jù)為背景，利用數(shù)字化和智能化賦能初中物理項(xiàng)目式教學(xué)，提升學(xué)生科學(xué)能力、高階思維能力、數(shù)字技術(shù)應(yīng)用能力。數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于物理項(xiàng)目式教學(xué)，滿足了學(xué)生個性發(fā)展需要，最終充分發(fā)揮學(xué)生實(shí)踐能力和思維能力，取得良好的教育教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：UMU學(xué)習(xí)平臺；數(shù)字技術(shù)；項(xiàng)目式教學(xué)；初中物理

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、研究背景與問題提出

項(xiàng)目式教學(xué)起源于20世紀(jì)的美國，是以教育家杜威提出的“做中學(xué)”為理念，注重以學(xué)生為中心的一種教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)在真實(shí)環(huán)境中探索研究，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)強(qiáng)調(diào)在實(shí)踐中合作學(xué)習(xí)以及設(shè)置跨學(xué)科的學(xué)習(xí)任務(wù)。我國著名教育家陶行知也提出：認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的基礎(chǔ)?！读x務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中指出：開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)制作物理小制作和發(fā)明，讓同學(xué)們體會到科學(xué)家取得的成就及對社會發(fā)展的貢獻(xiàn)[1]。

（一）實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)的意義

傳統(tǒng)教學(xué)中，存在“忽視真實(shí)問題的復(fù)雜情況、欠缺對學(xué)生合作能力的培養(yǎng)，探究實(shí)驗(yàn)過程與真實(shí)問題情境脫節(jié)，知識之間缺乏關(guān)聯(lián)度，評價過程過于單一”等問題。實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)可以有效改變所學(xué)知識與真實(shí)問題脫節(jié)的境況。教師通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題學(xué)習(xí)情境，設(shè)計物理關(guān)聯(lián)問題，借助現(xiàn)代信息技術(shù)，開展以學(xué)生為中心的教學(xué)活動。物理是一門重視實(shí)驗(yàn)的自然學(xué)科，特別在中學(xué)物理實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐中，把實(shí)驗(yàn)作為項(xiàng)目式教學(xué)載體，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。

（二）數(shù)字技術(shù)賦能初中物理教學(xué)

中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》明確指示：發(fā)展中國特色世界先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)教育，要加強(qiáng)課程教材體系建設(shè)，科學(xué)規(guī)劃大中小學(xué)課程，分類制定課程標(biāo)準(zhǔn)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，豐富并創(chuàng)新課程形式[2]。從國家層面上，高度重視現(xiàn)代信息技術(shù)對課程教學(xué)改革的重要性，數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，既是教育數(shù)字化和現(xiàn)代化的一種體現(xiàn)，也是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的創(chuàng)新，同時豐富了物理教學(xué)課程內(nèi)容體系。數(shù)字技術(shù)在中學(xué)物理項(xiàng)目式教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用，是物理教育教學(xué)面向現(xiàn)代化，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一條重要途徑。

（三）項(xiàng)目式教學(xué)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)

項(xiàng)目式教學(xué)的目的是實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主要特征是挖掘?qū)W生內(nèi)驅(qū)動力。它包含以下幾個環(huán)節(jié)：解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題；有意義的單元主題活動；學(xué)生完成項(xiàng)目計劃和實(shí)施；完成學(xué)習(xí)主題活動，學(xué)生通過該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)自我成長。項(xiàng)目式教學(xué)的核心要素有：內(nèi)容、情境、活動、結(jié)果。借助合作探究和問題驅(qū)動形式開展項(xiàng)目式教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成，為解決跨學(xué)科的物理問題提供實(shí)踐探索依據(jù)。項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計凸顯了科學(xué)思維的進(jìn)階，項(xiàng)目方案是否能夠普及和推廣要經(jīng)過反復(fù)推敲和論證，進(jìn)行質(zhì)疑和批判，讓學(xué)生在面對諸多不確定因素情況下，實(shí)現(xiàn)物理思維的進(jìn)階。項(xiàng)目實(shí)施過程中學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案不斷改進(jìn)、優(yōu)化，不斷錘煉學(xué)生面對困難、解決困難的科學(xué)品質(zhì)，提升了科學(xué)探究能力。項(xiàng)目式教學(xué)中的學(xué)生成果展示，需要學(xué)生務(wù)本求實(shí)、踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

（四）UMU學(xué)習(xí)平臺實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)的優(yōu)越性

UMU學(xué)習(xí)平臺是知識分享與傳播的學(xué)習(xí)平臺，是移動互聯(lián)網(wǎng)時代創(chuàng)新的學(xué)習(xí)形式。UMU提供豐富的互動與移動學(xué)習(xí)方式，當(dāng)學(xué)生通過平板電腦掃描登錄后，教師可以在教學(xué)過程中發(fā)起提問，引發(fā)學(xué)生思考。師生還可以遠(yuǎn)程參與微課、直播、在線討論，促進(jìn)師生之間的交流和互動?；赨MU學(xué)習(xí)平臺科學(xué)評估和數(shù)字化反饋機(jī)制的建立，確定了項(xiàng)目式教學(xué)中教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的師生關(guān)系。教師通過UMU學(xué)習(xí)平臺了解學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況，實(shí)現(xiàn)以學(xué)定教。通過跟蹤項(xiàng)目式教學(xué)的全程數(shù)據(jù)，發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的及時性和準(zhǔn)確性；通過收集學(xué)生設(shè)計的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方案、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的成果，教師可以及時對學(xué)生的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)進(jìn)行評估以及改進(jìn)。同時，UMU學(xué)習(xí)平臺在了解學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況的過程中還能形成準(zhǔn)確反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和合作精神的育人評價方案。

二、項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施過程

物理項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容是以物理學(xué)科的基本概念和原理為中心，是本學(xué)科內(nèi)部、學(xué)科之間及學(xué)科與技術(shù)的深度融合，很好地對應(yīng)了物理學(xué)觀念、物理學(xué)必備知識。項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容的選取常常按照以下流程最終確定學(xué)習(xí)目標(biāo)：選取聚焦物理學(xué)科與生活實(shí)際結(jié)合的真實(shí)場景、具有學(xué)科素養(yǎng)和能力發(fā)展價值的任務(wù)主題；系統(tǒng)分析該主題的學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展和能力提升的功能價值；準(zhǔn)確診斷學(xué)生的已知點(diǎn)、障礙點(diǎn)和發(fā)展點(diǎn)；明確物理教學(xué)改進(jìn)點(diǎn)和具體改進(jìn)目標(biāo)。

（一）設(shè)計物理實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目式教學(xué)的背景

以立足于單元設(shè)計物理實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目為例，如圖1所示，設(shè)計物理實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目式教學(xué)的流程，筆者團(tuán)隊(duì)嘗試設(shè)計可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)作品、預(yù)防近視眼宣傳活動的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動。通過實(shí)驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生掌握凸透鏡成像規(guī)律，加深對光的折射的認(rèn)識和理解。通過設(shè)計可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過設(shè)計預(yù)防近視眼宣傳活動，促使學(xué)生意識到保護(hù)視力的重要性，并引發(fā)他們思考預(yù)防青少年近視的有效措施。

（二）設(shè)計物理實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目式教學(xué)的目標(biāo)

學(xué)生通過小組合作可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)作品、預(yù)防近視眼宣傳活動的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動，完成這一項(xiàng)目需要經(jīng)歷以下幾個過程：初中光學(xué)知識框架結(jié)構(gòu)的建立；知道光的折射現(xiàn)象以及凸透鏡三種特殊光線的畫法；利用凸透鏡、光具座、蠟燭（或F形光源）等器材完成凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，得出凸透鏡成像規(guī)律，并利用該規(guī)律解釋照相機(jī)、投影儀等器材的成像原理；通過合作探究，選擇合適器材，利用注射器，薄膜等可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計預(yù)防近視眼宣傳活動的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動，意識到保護(hù)視力的重要性。

（1）項(xiàng)目框架

為了設(shè)計好該項(xiàng)目式教學(xué)活動，首先需要借助驅(qū)動問題來吸引學(xué)生的注意，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，如表1所示設(shè)計項(xiàng)目式教學(xué)框架。驅(qū)動問題要與生活緊密聯(lián)系，本研究從青少年近視人群逐年增多為線索，并利用UMU學(xué)習(xí)平臺調(diào)查班級學(xué)生近視人數(shù)和近視發(fā)病原因，引發(fā)學(xué)生深度思考，將凸透鏡成像規(guī)律與預(yù)防近視眼緊密聯(lián)系起來。

（2）項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施分為四個階段：設(shè)計驅(qū)動問題、學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計與制作、成果展示交流、教師與學(xué)生互相評價。

項(xiàng)目階段1：設(shè)計驅(qū)動問題，教師通過調(diào)查了解班級中近視同學(xué)人數(shù)，引發(fā)學(xué)生思考近視眼是如何形成的。教師利用UMU學(xué)習(xí)平臺推送關(guān)于青少年近視呈現(xiàn)逐年高發(fā)態(tài)勢的相關(guān)新聞，并對今年近視發(fā)病率數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，促使學(xué)生意識到近視給生活與學(xué)習(xí)帶來的不良影響。教師利用眼球模型分析眼睛基本結(jié)構(gòu)之后，學(xué)生了解并思考了眼球結(jié)構(gòu)中晶狀體、睫狀肌、視網(wǎng)膜生物功能與凸透鏡成像規(guī)律的聯(lián)系。

項(xiàng)目階段2：學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計與制作，學(xué)生根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材以及自選器材，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計與探究。各小組分工合作，針對凸透鏡成像規(guī)律進(jìn)行知識框架的建立，運(yùn)用UMU學(xué)習(xí)平臺上傳凸透鏡成像規(guī)律的思維導(dǎo)圖。學(xué)生積極地思考近視的成因，以及如何利用身邊常見器材設(shè)計可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)。各小組利用UMU學(xué)習(xí)平臺線上交流并開展項(xiàng)目作品的制作，制作過程經(jīng)歷組內(nèi)反復(fù)推敲論證，達(dá)到效果最佳。教師通過UMU學(xué)習(xí)平臺了解學(xué)生項(xiàng)目開展進(jìn)度，科學(xué)觀察學(xué)生探究學(xué)習(xí)過程。

項(xiàng)目階段3：小組展示交流，教師利用課堂教學(xué)時間，學(xué)生對組內(nèi)完成的項(xiàng)目式作品進(jìn)行展示和交流，由于課堂時間有限，每個項(xiàng)目組將他們的制作過程和成果呈現(xiàn)在UMU學(xué)習(xí)平臺，其他同學(xué)查閱學(xué)習(xí)。以可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)為例，利用UMU學(xué)習(xí)平臺展示學(xué)生參與活動過程，提高了學(xué)生參與度，同時呈現(xiàn)了組員之間合作學(xué)習(xí)情況，從作品的質(zhì)量可以看到學(xué)生的跨學(xué)科應(yīng)用知識、分析解決問題的綜合能力和動手實(shí)踐能力。

學(xué)生活動：將凸透鏡、凸透鏡塑料殼打開，取下凸透鏡、在凸透鏡框架上鉆一個小孔并用導(dǎo)管連接，導(dǎo)管另一端與注射器相連（注入適量水），用熱熔膠將塑料薄膜固定在框架兩側(cè)，學(xué)生作品成果展示如圖2所示。

學(xué)生活動：如何解決裝置漏水問題，熱熔膠使用要注意哪些問題？

教師活動：控制課堂節(jié)奏，組織小組之間介紹和提問，對學(xué)生表述中的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性問題進(jìn)行指導(dǎo)。

項(xiàng)目階段4：教師和學(xué)生互相評價，教師制定評價要素表幫助學(xué)生主動對項(xiàng)目式學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價，并提出合理建議。如表2所示項(xiàng)目式教學(xué)評價要素表，評價要素基于培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的展開，包括知識應(yīng)用、科學(xué)論證、項(xiàng)目產(chǎn)品等方面。教師以評價要素為依據(jù)，根據(jù)學(xué)生能力水平合理評價學(xué)生項(xiàng)目式學(xué)習(xí)成果，并基于物理科學(xué)思維內(nèi)涵要求評價和總結(jié)學(xué)習(xí)成果。利用UMU學(xué)習(xí)平臺資源和工具支持多維度的學(xué)習(xí)評價，并及時進(jìn)行評價表數(shù)據(jù)收集。學(xué)生能夠及時查閱項(xiàng)目作品的評價情況，為后續(xù)學(xué)習(xí)發(fā)展提供可借鑒的依據(jù)。

三、實(shí)施成效

項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐能夠幫助學(xué)生構(gòu)建光學(xué)知識結(jié)構(gòu)，同時體驗(yàn)了如何利用凸透鏡成像規(guī)律開展實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目學(xué)習(xí)，將“知”和“行”合一，鍛煉了學(xué)生解決問題的能力、科學(xué)探究能力、溝通能力以及培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使得項(xiàng)目組成員積極主動投入到項(xiàng)目設(shè)計中。

（一）提升學(xué)生科學(xué)探究能力

UMU學(xué)習(xí)平臺的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計重點(diǎn)在于對學(xué)生實(shí)踐探究能力的培養(yǎng)，而科學(xué)探究能力是學(xué)生發(fā)展所必備的。制作可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)作品的過程，是發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問、實(shí)踐探索、得出結(jié)論的反復(fù)實(shí)踐學(xué)習(xí)過程。學(xué)生還學(xué)會搜集相關(guān)學(xué)科關(guān)聯(lián)知識、應(yīng)用知識遷移解釋，探究過程中學(xué)生就像科研工作者一樣進(jìn)行提問、質(zhì)疑、交流，在項(xiàng)目的實(shí)施過程中學(xué)生體驗(yàn)、經(jīng)歷了探究的全過程。

（二）培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

從單純物理知識學(xué)習(xí)到科學(xué)文化實(shí)踐，在項(xiàng)目操作過程中實(shí)現(xiàn)知識凝練，發(fā)展物理科學(xué)觀念。學(xué)生在課前進(jìn)行了凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)測量和規(guī)律總結(jié)等實(shí)踐過程，通過UMU學(xué)習(xí)平臺與同學(xué)、教師充分交流討論近視眼成因以及如何預(yù)防近視。通過參與項(xiàng)目、發(fā)揮物理學(xué)育人功能，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思想、科學(xué)觀念、科學(xué)審美觀、實(shí)事求是、扎實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

（三）落實(shí)新課標(biāo)要求

選擇合適的內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐，要確保符合課標(biāo)要求，以課程標(biāo)準(zhǔn)作為項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)，基于物理學(xué)科定理、定律進(jìn)行設(shè)計，讓學(xué)生通過項(xiàng)目來更好的學(xué)習(xí)好課程。因此設(shè)計可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)作品，讓學(xué)生通過這一項(xiàng)目深入學(xué)習(xí)凸透鏡成像規(guī)律，并對眼睛成像過程有了比較清晰的認(rèn)識，從而思考如何科學(xué)有效保護(hù)好視力，延緩青少年近視的發(fā)生，形成良好的用眼習(xí)慣和健康的生活意識。

四、結(jié)語

本研究借助UMU學(xué)習(xí)平臺輔助項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐探索，突出學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，最大限度調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，以可變焦距水透鏡模擬眼睛成像實(shí)驗(yàn)作品為載體，發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)在項(xiàng)目式教學(xué)中的優(yōu)勢。利用UMU學(xué)習(xí)平臺在課外和課中、線上和線下提供的輔助作用，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、合作學(xué)習(xí)能力、探究學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

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（責(zé)任編輯：邢西深）