基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的初中物理跨學(xué)科實(shí)踐

【摘要】隨著教育改革的深入，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要途徑。通過設(shè)計(jì)并制作一個(gè)混凝土發(fā)電儲能裝置的具體案例，系統(tǒng)闡述涵蓋驅(qū)動(dòng)問題明確、驅(qū)動(dòng)目標(biāo)設(shè)定、項(xiàng)目實(shí)施、展示評價(jià)以及項(xiàng)目反思環(huán)節(jié)的基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)流程，以期為類似的初中物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】初中物理；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科實(shí)踐

作者簡介：方圓（1983—），女，浙江省衢州市龍游縣第三中學(xué)。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心、注重實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)問題解決的學(xué)習(xí)方式。其核心要求在于引導(dǎo)學(xué)生參與真實(shí)或模擬的項(xiàng)目，圍繞具有現(xiàn)實(shí)意義的主題或任務(wù)，在一段時(shí)間內(nèi)通過合作探究、動(dòng)手操作來解決實(shí)際問題?！读x務(wù)教育課程方案（2022年版）》強(qiáng)調(diào)：“突出課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，探索主題、項(xiàng)目、任務(wù)等內(nèi)容組織方式。”《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》也要求“以主題為線索，構(gòu)建課程結(jié)構(gòu)”“注重科學(xué)探究，倡導(dǎo)教學(xué)方式多樣化”。由此可見，新課標(biāo)的要求與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理念高度契合。在新課標(biāo)的指導(dǎo)下，物理教學(xué)不能僅僅局限于知識的傳授，而應(yīng)更加注重提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維［1］。

另外，“跨學(xué)科實(shí)踐”是義務(wù)教育物理課程內(nèi)容的一個(gè)一級主題，該主題的內(nèi)容具有跨學(xué)科性和實(shí)踐性特點(diǎn)，與日常生活、工程實(shí)踐及社會熱點(diǎn)問題密切相關(guān)。這有利于學(xué)生學(xué)會跨學(xué)科運(yùn)用知識，分析和解決問題，進(jìn)行動(dòng)手操作的實(shí)踐［2］。因?yàn)閷τ谛抡n標(biāo)增加的“跨學(xué)科實(shí)踐”的相關(guān)內(nèi)容，一些物理教師尚處在探索如何將其有效融入物理教學(xué)的階段，所以筆者聚焦項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，圍繞“跨學(xué)科實(shí)踐”的二級主題“物理學(xué)與社會發(fā)展”以及有關(guān)氣候變暖的社會熱點(diǎn)問題，開發(fā)了“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計(jì)和制作”項(xiàng)目，旨在探索初中物理跨學(xué)科實(shí)踐路徑。

一、基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)流程

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)流程（見圖1）以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和實(shí)用主義教育理念為依據(jù)，采用逆向設(shè)計(jì)方法，從問題出發(fā)，反向規(guī)劃整個(gè)學(xué)習(xí)過程。該流程強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，并涉及五個(gè)相互關(guān)聯(lián)的要素，即驅(qū)動(dòng)問題、驅(qū)動(dòng)目標(biāo)、項(xiàng)目實(shí)施、展示評價(jià)及項(xiàng)目反思。盡管具體的教學(xué)設(shè)計(jì)步驟可能因教師教學(xué)情境和目標(biāo)的差異而有所不同，但此流程仍具有較強(qiáng)的靈活性和適用性。教師可以根據(jù)不同的教學(xué)需求，對流程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求，確保項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效實(shí)施。

在這五個(gè)要素中，驅(qū)動(dòng)問題作為實(shí)踐設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，需明確項(xiàng)目背景，體現(xiàn)學(xué)科融合，以情境問題激發(fā)學(xué)生探究欲望。驅(qū)動(dòng)目標(biāo)包括總體目標(biāo)與分級目標(biāo)?？傮w目標(biāo)明確了需培養(yǎng)的核心能力和素養(yǎng)，如跨學(xué)科思維、問題解決能力等；分級目標(biāo)是由總體目標(biāo)細(xì)化成的具體的小目標(biāo)，與學(xué)科素養(yǎng)緊密結(jié)合，能確保學(xué)生逐步取得預(yù)期成果。項(xiàng)目實(shí)施需要教師通過情境創(chuàng)設(shè)引出主題；也需要學(xué)習(xí)小組按興趣明確分工、合作探究、動(dòng)手實(shí)踐。展示評價(jià)需要學(xué)習(xí)小組展示成果，交流經(jīng)驗(yàn)；也需要教師在過程評價(jià)中關(guān)注學(xué)生參與度、努力程度、合作精神等，在成果評價(jià)中評估學(xué)生學(xué)習(xí)成果的創(chuàng)新性、實(shí)用性、完整性，檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和實(shí)踐能力。項(xiàng)目反思需要教師分析設(shè)計(jì)、實(shí)施和評價(jià)過程，發(fā)現(xiàn)不足，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，明確改進(jìn)方向。

二、“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計(jì)和制作”項(xiàng)目教學(xué)案例

（一）驅(qū)動(dòng)問題

1.項(xiàng)目背景

燃燒化石能源產(chǎn)生的溫室氣體的排放加劇了全球氣溫的上升，造成極端天氣氣候事件頻發(fā)，對人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成威脅。開發(fā)新能源，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，成為當(dāng)務(wù)之急。應(yīng)用儲能技術(shù)是能源生產(chǎn)和消費(fèi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重要性日益突出?；炷磷鳛橐环N被廣泛使用的建筑材料，具有成本低、原料豐富、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，將混凝土與發(fā)電、儲能技術(shù)結(jié)合并設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的裝置的方法值得探討。

2.學(xué)科融合

“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計(jì)和制作”項(xiàng)目融合了物理、數(shù)學(xué)、工程等多門學(xué)科的知識（具體內(nèi)容見表1），要求學(xué)生具備跨學(xué)科的學(xué)習(xí)能力和思維方式。學(xué)生將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，有利于實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化與遷移。本項(xiàng)目融合的學(xué)科中，物理學(xué)科提供了能量轉(zhuǎn)換與守恒等基礎(chǔ)理論支持；數(shù)學(xué)學(xué)科通過測量、計(jì)算、概率統(tǒng)計(jì)和代數(shù)方程的相關(guān)工具，為優(yōu)化儲能裝置設(shè)計(jì)提供了精確的數(shù)據(jù)；工程學(xué)科以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和項(xiàng)目管理的任務(wù)，確保儲能裝置的可行性和穩(wěn)定性；美術(shù)學(xué)科在儲能裝置中融入了美學(xué)，使其更具吸引力；語文學(xué)科幫助學(xué)生進(jìn)行報(bào)告撰寫和口頭表達(dá)，有效傳達(dá)設(shè)計(jì)理念；勞動(dòng)學(xué)科通過手工制作和工具使用，幫助學(xué)生鍛煉實(shí)踐能力和動(dòng)手能力，使知識得以跨學(xué)科融合并應(yīng)用于實(shí)際制作中。

3.情境問題

如何設(shè)計(jì)并制作一個(gè)既穩(wěn)定又高效的混凝土發(fā)電儲能裝置？在設(shè)計(jì)、制作過程中需要考慮哪些因素？如何通過團(tuán)隊(duì)合作完成這一任務(wù)？

（二）驅(qū)動(dòng)目標(biāo)

驅(qū)動(dòng)目標(biāo)在項(xiàng)目教學(xué)中起著導(dǎo)向作用。設(shè)定具體、可衡量的驅(qū)動(dòng)目標(biāo)，能夠使學(xué)生清晰地認(rèn)識學(xué)習(xí)的目的和意義，也為教師提供了教學(xué)設(shè)計(jì)和評估的依據(jù)。本項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)目標(biāo)如表2所示。

（三）項(xiàng)目實(shí)施

1.情境創(chuàng)設(shè)

教師組織學(xué)生觀看氣候變暖對地球環(huán)境造成危害的相關(guān)視頻，講解關(guān)于太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電與儲能的前沿技術(shù)，使學(xué)生了解氣候變化的影響以及新能源技術(shù)在應(yīng)對氣候變化中的重要作用，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。教師適時(shí)地暫停播放視頻，提出“用太陽能、風(fēng)能發(fā)的電有什么限制？如何把發(fā)出來的電儲存起來？”等問題，引發(fā)學(xué)生的思考，組織學(xué)生分享自己對于相關(guān)裝置的看法，讓學(xué)生了解這些裝置對新能源發(fā)電的重要性，之后自然地引出本項(xiàng)目的主題—混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計(jì)和制作。

2.小組分工

在分工環(huán)節(jié)，學(xué)生依據(jù)個(gè)人的興趣和特長，自發(fā)組建了若干個(gè)學(xué)習(xí)小組。每組的組長和組員均承擔(dān)著不同的項(xiàng)目任務(wù)（具體內(nèi)容見表3），通過充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，相互協(xié)作，共同推進(jìn)項(xiàng)目的開展。

3.合作探究

各組經(jīng)過充分討論，得出可行的制作方法，并根據(jù)所畫的設(shè)計(jì)圖，運(yùn)用工程原理，針對結(jié)構(gòu)材料、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及滑輪組等進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算、測量、分割、捆扎和組裝。隨后，每個(gè)小組展開內(nèi)部交流，判斷儲能裝置是否滿足要求。

4.動(dòng)手實(shí)踐

（1）準(zhǔn)備工具與材料

在項(xiàng)目啟動(dòng)之初，師生精心準(zhǔn)備了如表4所示的各類工具和材料。工具的選擇充分考慮了其安全性、易操作性和適用性，確保學(xué)生在實(shí)際操作中能夠發(fā)揮其最大效用。材料則需要根據(jù)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)來選擇。

（2）穿戴好防護(hù)用品

安全是實(shí)踐的首要前提。在實(shí)踐開始之前，教師要求學(xué)生必須穿戴好各種防護(hù)用品，包括安全帽、手套、護(hù)目鏡等。這些防護(hù)用品能夠有效避免學(xué)生受到意外傷害，確保實(shí)踐的順利進(jìn)行。

（3）制作儲能裝置

首先，使用木質(zhì)材料搭建框架，確?？蚣芊€(wěn)固且能夠支撐混凝土塊（牛奶盒）。接著，將滑輪組或齒輪組安裝在預(yù)定位置，為能量轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。然后，有效連接發(fā)電機(jī)與滑輪組或齒輪組，以確保混凝土塊（牛奶盒）在升降過程中能夠有效驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能（這一步最重要）。隨后，在合適的位置安裝電池，讓電池儲存發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，以便在需要時(shí)進(jìn)行釋放、使用。最后，進(jìn)行調(diào)試工作，全面檢查儲能裝置各部分的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）記錄數(shù)據(jù)與測試

教師要求學(xué)生認(rèn)真記錄的數(shù)據(jù)包括但不限于材料的用量、制作過程中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、儲能裝置的運(yùn)行狀態(tài)以及儲能效率、混凝土塊（牛奶盒）升降的速度等。根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，學(xué)生需要對儲能裝置進(jìn)行性能測試，再對儲能裝置進(jìn)行改進(jìn)。制作完儲能裝置后，學(xué)生需要進(jìn)一步分析和處理關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并算出本組所制作的儲能裝置的功率，與市面上的其他儲能裝置的功率進(jìn)行比較，以評估本組所制作的儲能裝置的性能、成本等方面的優(yōu)勢和潛力。之后，學(xué)生需要根據(jù)整個(gè)制作過程和實(shí)踐結(jié)果撰寫項(xiàng)目報(bào)告。

（四）展示評價(jià)

1.小組展示

每個(gè)小組展示制作的過程和成果，交流制作情況和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。展示形式可以是視頻、PPT、實(shí)物。通過展示，學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)，拓寬視野，激發(fā)創(chuàng)新思維。

2.過程評價(jià)

教師根據(jù)小組在項(xiàng)目實(shí)施過程中包括團(tuán)隊(duì)協(xié)作、資料收集、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐等方面的表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)。過程評價(jià)需要教師鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、勇于嘗試、不斷創(chuàng)新。

3.成果評價(jià)

圍繞各組制作的儲能裝置進(jìn)行的成果評價(jià)，注重學(xué)生關(guān)于實(shí)踐的收獲和創(chuàng)新能力，有利于學(xué)生制作出更多優(yōu)秀的作品。

（五）項(xiàng)目反思

項(xiàng)目結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考遇到的問題及其解決方法，針對學(xué)生在項(xiàng)目中的不足提出具體的改進(jìn)意見。同時(shí)，教師對項(xiàng)目實(shí)施情況進(jìn)行總結(jié)，反思教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的過程，豐富項(xiàng)目教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，以優(yōu)化教學(xué)方法，提升教學(xué)效果。

結(jié)語

本文以“混凝土發(fā)電儲能裝置的設(shè)計(jì)和制作”為例，詳細(xì)闡述了基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的初中物理跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)流程。實(shí)踐證明，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能夠有效促進(jìn)學(xué)生的知識整合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的發(fā)展，也為初中物理教學(xué)提供了新的思路。

【參考文獻(xiàn)】

［1］馬云鵬.學(xué)科大觀念的提取及其教學(xué)意義：以小學(xué)數(shù)學(xué)為例［J］.課程·教材·教法，2024，44（10）：122-132.

［2］王峰，劉文慶.基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的學(xué)生高階思維能力培養(yǎng)：以水火箭為例［J］.中學(xué)物理，2021，39（11）：34-37.