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一起学习吧 | 指向核心素养发展的初中物理项目化学习——以“电路连接的基本方式”教学为例
一起学习吧 | 指向核心素养发展的初中物理项目化学习——以“电路连接的基本方式”教学为例
摘 要:《义务教育课标》背景下,教学活动应以促进学生核心素养发展为根本任务。本文以“电路连接的基本方式”教学为例,创设了“‘老师家’中的电路连接”这一情境,合理设置阶梯式任务活动,引导学生在项目化学习中锻炼学科关键能力。本文介绍了“项目化学习”在初中物理教学中实施的基本步骤和方式,旨在积极探索“项目化学习”的课堂教学策略对促进学生核心素养发展的实践意义。 关键词:初中物理;项目化学习;问题驱动;核心素养 以课程标准为核心的“项目化学习”(Standards-Focused PBL)是对复杂、真实的问题的探究过程,也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程,在这个过程中,学生能够掌握所需的知识和技能。[1]在初中物理课堂教学过程中,以“项目化学习”为教学策略,以学生现有能力水平和最近发展区为出发点,设计教学的各个环节。学生以小组合作的形式围绕一个或多个学习项目,选择并利用最优质的学习资源,进行项目规划和问题解决。通过实践体验、探索创新、交流讨论等环节,构建知识体系、锻炼学科能力。 为了探索“项目化学习”在初中物理教学中对促进学生核心素养发展的实践性意义。笔者设计并执教了“电路连接的基本方式”一课。课程中创造了一个贴近生活的情境———“‘老师家’中的电路连接”,以“弄清楚客厅灯和卧室灯的电路连接情况”为活动主线,设计了三个阶梯式的任务,串联起整堂课的教学。课程旨在引导学生在解决问题的过程中,展开探究学习,掌握知识与技能。 项目化学习是让学生基于一个真实的情境,围绕一个有意义的驱动问题展开一系列探究活动,其中驱动问题是基于项目主题和课程标准设计的关键性问题,一般具有情境性、可行性、可持续性等特征,能够激发学生的好奇心。本堂课笔者利用一个自制的模型,设计了“‘老师家’中的客厅灯和卧室灯电路连接”的生活情境。如图1 所示,客厅和卧室各有一盏灯,在“家”的上方有一个总开关A ,在两个房间的墙壁上各安装一个开关B 和C (在本堂课的前半部分,开关B 和C 始终用盒子加以隐藏)。用两节干电池(3 V)给家中的两盏灯供电,导线全部隐藏在墙壁内,形成一个“暗箱模型”。 
图1 “‘老师家’的客厅和卧室”模型 本环节需要解决的任务:设计一个电路———用一个开关控制两盏小灯同时亮起来。采用小组合作探究的学习模式,给每个小组提供两份相同的实验器材:两节新的干电池(3 V)、一个开关、两盏小灯、导线若干。要求各小组先使用一套实验器材,在不改接电路的情况下,设计并连接符合要求的电路。成功后,根据所连接的电路画出对应的电路图。然后组内讨论是否有其他的连接方式,再使用另一套实验器材进行尝试。在各小组已经能成功连接出其中一种电路的时候,邀请小组代表上台将展板上的电路元件用导线连接起来,并画出所对应的电路图,以供同学们参考。 在接下来的讨论环节,笔者引导学生对两种连接方式的特点进行描述,归纳出串联电路和并联电路的概念。为了加深学生对这两个概念的区别的认识,教师引导学生在电路图上用箭头来标注电流在串联电路和并联电路中的流动路径,进一步明晰串联电路和并联电路的区别,并向学生介绍并联电路中“分支点”“干路”“支路”等概念。学生在探究、对比、归纳以及教师讲授的过程中,建构起对串联电路和并联电路的基本认知。 在各个小组都完成两种电路连接方式后,笔者第二次带领学生来到“老师家”。提出问题:“老师家”中的开关能同时控制客厅灯和卧室灯,如何判断这两盏灯是串联的,还是并联的? 为了解决这个问题,需要进一步探究串、并联电路中用电器的工作特点。笔者设计了一个活动:让各小组尝试在连接好的串联电路和并联电路工作时,各拧下一盏小灯,观察另一盏小灯的工作情况。 学生发现:在两盏小灯串联且都发光时,拧下其中一盏小灯,另一盏小灯同时熄灭;但是在并联电路中,拧下其中一盏小灯,另一盏小灯仍然亮着。紧接着,笔者向学生演示:在串联电路和并联电路中再接入一盏小灯,会观察到串联电路中原来的两盏灯亮度明显变暗了,但是并联电路中原来两盏灯的亮度几乎不变。实验探究至此,学生可以初步得到串联电路和并联电路中用电器的工作特点:串联电路中各个用电器相互影响,并联电路中各个用电器独立工作。 回到活动2的问题上,学生很容易想到判断方法:将“家”中一盏灯拧下,发现另一盏灯仍然正常发光(见图2),判断出客厅灯和卧室灯是并联的。此处,笔者进行一个追问:为什么串联电路和并联电路的用电器会有这样不同的工作特点? 笔者引导学生借助“通路”“断路”的知识以及电流路径特点进行分析。通过推理,学生得出串联电路和并联电路中用电器工作特点的原理,并确立用拧下一盏灯的方式，在“暗箱”情境下判断串联电路和并联电路的方法。 
图2 拧下一盏灯,另一盏灯仍然正常发光 学生先通过小组讨论认为客厅灯和卧室灯要实现相互独立工作,需要有专门控制每盏灯的开关串联在灯所在的支路上,接着改进电路图并连接电路(见图3)。笔者请代表上台改进电路连接,并按照表1 的要求进行实验演示。 
图3 改进并联电路图 
学生在实验演示的基础上,归纳出结论:并联电路中干路开关能够控制整个电路;支路开关仅能控制其所在支路。紧接着笔者向学生揭秘“老师家”中的隐藏设计———客厅和卧室墙壁上的开关,并展示两个开关对两盏灯的控制情况(见图4)。 
图4 开关对客厅灯和卧室灯的控制作用 有了并联电路改进的经验,学生可以轻松地完成“探究串联电路中开关的控制作用”实验。通过实验可以发现:串联电路中的开关始终能控制整个电路中用电器的工作,与开关所处的位置是无关的。 学生在一系列问题的驱动下,通过实验探究、分析推理,总结出了串联电路和并联电路的不同特点,这些特点也可作为判断电路类型的依据。在本节课的最后,笔者拿出准备好的一条节日小彩灯串,通电后可以发出多彩的灯光。笔者向学生提问:如何判断这串小彩灯的连接方式? 学生提出可以观察小灯之间的连接形式———看上去是逐个顺次连接的,应该是串联。也有学生提出,可以用拧下一盏灯的方法来确定。笔者演示拧下一盏灯后,出现一个现象:一半的小彩灯同时熄灭了,而另外一半的小彩灯仍然正常发光。学生没有看到预想中的整串小彩灯全部熄灭的现象,产生了较强的认知冲突。笔者紧接着在亮着的那一半小彩灯中也拧下一盏灯,发现原来亮的那一半也熄灭了;又把第一盏拧下的灯装回去,一开始熄灭的那一半小彩灯重新亮起来。观察到这一系列操作后,学生分析讨论出结果:这串小彩灯是两半各自串联,再并联起来的。 笔者接着演示:如果将其中一盏灯的玻璃外壳打碎,将灯丝剪断,再接入电路,发现除了损坏的一盏灯不亮,其他小彩灯居然都能正常发光。这与学生刚建立起来的串联时用电器相互影响的认知又一次产生了冲突。笔者不急于揭晓答案,而是先播放了一个提前录制好的视频:展示完好灯泡和破碎灯泡的近景特写,以便让学生观察其结构(见图5),并将这个问题作为课后拓展,让学生自行阅读课本“生活 物理 社会”相关内容去寻找答案。 
图5 完好灯泡和破碎灯泡的结构特写 “项目化学习”以问题驱动学生持续探索,在问题解决中引导学生像科学家一样思考、实践、反思,旨在培养学生学科关键能力,最终促进学生物理学科核心素养的发展。 创设贴近生活的情境,设置真实且有意义的问题是“项目化学习”的关键。本堂课的核心问题是“‘老师家’中的电路的连接”。这个话题的出现配合模型的使用,与生活情境较贴近,让学生眼前一亮,能有效激活学生的问题意识,激发学生的求知欲。采用“项目化学习”,设计了基于解决问题的一系列学习活动,搭建新问题与学生原有认知之间的联系,用已有经验去“同化”新知识,最终实现了认知结构的整合与重建。[2] 本节课“‘老师家’中的电路的连接”既是核心又是一条主线(见图6),将各个活动主题串联起来。主题内分级呈现,层层递进;主题间相互关联,各有侧重。在项目化学习的过程中,学生深度参与解决一系列问题,在获取知识的同时注重“知行合一、学以致用”,实现了“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”等核心素养的提升。[3] 
图6 问题驱动的流程图 学生在解决了活动1“怎样让两盏小灯同时亮起来”这个问题之后形成了串联和并联的概念,在此基础上,教师让学生尝试分析串、并联电路中电流路径的特点,为后续物理概念的学习奠定了理论基础。 学生完成活动2“解决‘老师家’中两盏灯的连接问题”,在探究过程中明确了串、并联电路中用电器的工作特点,并利用“电流路径”这一知识解释了其工作特点的原理,最终确定了判断电路串、并联的方法,提升了学生的知识迁移能力和科学探究能力。 在活动3“解决‘老师家’中开关对两盏灯的控制问题”中,学生对现有并联电路进行改进,有的小组提出将开关两次改接到某盏灯旁边;有的小组只在两盏灯旁边各串联一个开关;有的小组采用三个开关分别控制干路和各支路的通断,体现出创造性思维的发散性。在不断改进中,学生经历了直观经验、迁移应用、重构模型三个过程,实现了科学思维中质疑创新能力的培养和锻炼。 在活动4 中,学生运用新知识解决节日小彩灯的连接问题,其中一次又一次出现的认知冲突,让学生对获得的新知识质疑和批判,在慢慢修正完善的过程中,得到更加全面而立体的知识结构网络,这有效地激活了学生探索自然的内在动力,形成了严谨求实、持之以恒的科学态度。 项目化学习进入初中物理课堂,是对教学模式的尝试与创新,是围绕《义务教育课标》进行的实践与思考,充分体现了物理学科的实践性、科学性、综合性。项目化学习立足学生的全面发展,体现物理课程独特的育人价值,促进学生核心素养的发展。 参考文献 [1]美国巴克教育研究所.项目学习教师指南———21世纪的中学教学法(第2版)[M].任伟,译.北京:教育科学出版社,2008:4. [2]朱柏树.“项目学习(PBL)”在初中物理教学中的实践意义———以“电路连接的基本方式”教学为例[J].中学物理,2019(6):20-22. [3]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2022年版)[M].北京:北京师范大学出版社,2022:4-5.
1 引言
2 教学过程设计
2.1 活动1:怎样让两盏小灯同时亮起来
通过上一节课的学习,学生已经掌握了一个开关控制一盏灯工作的简单电路。这节课一开始,笔者先向学生介绍了客厅灯、卧室灯以及开关A ,并演示:闭合开关A ,两灯同时亮;断开开关A ,两灯同时熄灭。紧接着提出问题:怎样设计电路可以实现用一个开关同时控制两盏灯工作?
2.2 活动2:解决“老师家”中两盏灯的连接问题
2.3 活动3:解决“老师家”中开关对两盏灯的控制问题
在了解了串、并联电路中用电器的工作特点后,笔者第三次带领学生走进“老师家”:开关的使用总是让客厅灯和卧室灯同时亮或者同时熄灭。向学生提问:这样的设计,在日常使用中是否方便? 在实际家庭中,客厅灯和卧室灯工作时有什么特点? 在已有并联电路基础上还需要添加什么器材,如何改进电路?
表1 L1 和L2 的工作情况
2.4 活动4:解决节日小彩灯的连接问题
3 项目化学习在初中物理教学中的实践意义
3.1 创设情境,在真实问题中激发求知欲
3.2 深度参与,在解决问题中培养学科关键能力