项目学习走入高中物理常规课堂探讨

李振文 鹿英妮

摘   要

项目学习是促进学生核心素养发展的一条有效途径，但在应用于常规课堂时遇到挑战，其关键在于如何同时满足基于课标原则和情境原则，保证项目内容与课标之间的一致。文章从驱动问题与项目任务两个重点环节的设计入手，提出驱动问题须聚焦于核心概念，项目任务要兼顾情境连贯性和课标一致性，从而解决挑战。

关键词

项目学习  常规课堂  基于课标

我国2017版物理课程标准倡导促进学生物理学科核心素养的全面发展[1]。项目学习通过驱动问题引导，让学生经历科学探究过程完成项目成果，可以有效促进学生概念和能力的发展[2]，是促进核心素养发展的重要教学模式。但项目学习应用于常规课堂时面临挑战，如何设计项目学习以将其应用于常规课堂，是当前研究者努力的方向[3]。

一、项目学习应用于常规课堂的挑战、原则和路径

1.挑战：项目内容与课标要求之间的矛盾

研究者在将项目学习应用于常规课堂时遇到挑战，约瑟夫·科瑞柴克（Joseph S.Krajcik）等研究者指出其中两个比较关键的挑战[4][5]：一方面，项目背景所包含的知识在广度上可能超出了课标的要求;另一方面，项目学习对知识的深度处理可能超出了课标的要求。前者指学生需要学习一些并非本次课堂所聚焦的科学内容，才能解决驱动问题。后者指为了解决驱动问题，学生可能会对某些科学内容进行深度挖掘，但课标对相关知识的要求却并未达到该水平，而超出课标的深度挖掘可能会带来额外的认知负荷。总体上，这两个挑战表现为项目情境所包含内容在广度和深度上与课标要求之间存在难以吻合的矛盾。

2.原则：基于课标原则和情境原则

本研究试图从项目学习所应符合的基本原则中，寻找解决挑战的途径。乔恩·辛格（Jon Singer）等研究者提出项目学习应用于常规课堂时所需遵循的原则，其中包含基于课标原则和情境原则[6]。基于课标原则是指，应该让学生学习符合课标要求的知识，要突出课标对本节课的核心要求。情境原则是指，通过使用基于真实生活经验的驱动问题来创建情境，让学生在连贯的项目情境中经历科学活动。基于课标原则是项目学习应用于常规课堂的必备要求，情境原则是项目学习重要特征的体现。项目学习应用于常规课堂所遇到的挑战，即项目情境所包含的科学内容与课标要求之间难以吻合的矛盾，本质上就是项目学习需要同时符合基于课标原则和情境原则而遇到的困难。

3.路径：从驱动问题与项目任务的设计入手

项目学习教学设计的環节主要包括教学目标、驱动问题、项目任务、项目成果的设计[2][7]。其中，驱动问题和项目任务两个环节的设计尤为重要。如侯肖与胡久华等研究者所述：“实施项目学习主要包括确立项目和规划项目两步。”[3]确立项目的核心即驱动问题的设计，驱动问题为整个项目提供了背景。规划项目的核心即项目任务的设计，各个任务构成整个项目的主体。本文从这两个主要环节入手，探寻同时符合基于课标原则和情境原则的项目学习教学设计，从而使其能够应用于常规课堂。

二、驱动问题须聚焦核心概念

驱动问题引领学生在整个项目中经历科学实践过程完成项目成果[2]。对于驱动问题的设计，首先，依据基于课标原则，驱动问题所设定的情境需要覆盖课标中的要求，同时又不能超出课标的要求。其次，根据情境原则，驱动问题需要来源于真实的生活情境，能够激发学生的学习动机，促进学生建构相关知识。考虑到驱动问题直接影响到整个项目的设计，影响到学生如何借助于项目活动建构知识，所以驱动问题所设定的情境是否能聚焦于课标中所要求的核心概念将非常关键。

对于牛顿第三定律，根据2017版高中物理课程标准[1]，其学习目标包含：（1）知道物体间的作用总是相互的;（2）能正确表达牛顿第三定律，运用牛顿第三定律分析具体实例;（3）可以区分相互作用力和平衡力;（4）提升学生受力分析的能力。可见，课标所包含的学习目标聚焦于探究作用力与反作用力之间的关系。这意味着牛顿第三定律项目，可以涉及到部分其他知识点，但不能过深，须聚焦于“作用力与反作用力”的核心概念。

项目初期设计时，研究者结合学生的生活经验，设计的驱动问题是“拔河比赛中的制胜本质是什么？”但是经过试讲之后发现，拔河的情境比较复杂。它虽然能够引起学生学习的兴趣，也可以通过对双方作用力的测量与分析涵盖牛顿第三定律的内容，但是学生很好奇双方队员的姿势会如何影响拔河的胜负。这需要对力的合成与分解、牛顿第二定律等知识有比较深刻的理解，甚至需要涉及力矩，但是这些内容并不在课标对本节课的要求范围内。所以，拔河比赛虽然能够满足情境原则，却不能很好地满足基于课标原则。

此后对驱动问题进行了改进，为了能够聚焦于本节课的核心概念牛顿第三定律，本研究采用押加比赛作为项目的情境，来替换拔河比赛。押加比赛进行时，两个同学将绳子系在身上，背对着趴在地上彼此用力竞争（如图1）。押加比赛的规则与拔河比赛类似，优点在于两边队员对绳子的拉力基本处于同一水平面内，避免了拔河时双方姿势不同而引起的复杂受力分析问题，可以集中研究作用力和反作用力之间的关系。当然，此模型也需要进行理想化处理，即认为绳子是没有质量的轻绳，这样双方的力才是等大反向的。所以，最终的驱动问题设计为“押加比赛中的制胜本质是什么？”这样的驱动问题既来源于生活情境，符合情境原则，又能体现课标中对本节课核心概念的要求，符合基于课标的原则。对应驱动问题，本次的项目成果为“设计押加比赛制胜策略的展板”。

三、项目任务须兼顾情境连贯性与课标一致性

在驱动问题设计完成后是项目任务的设计。项目任务是对学生完成驱动问题和项目成果过程的分解。学生通过完成多个任务，逐步实现课标要求[4]。对于项目任务的设计，首先，依据基于课标原则，项目任务要覆盖课标要求的所有内容，并要突出核心概念。其次，依据情境原则，项目任务要贯穿于整个驱动问题所设定的情境中，尽可能不脱离情境。总体上，项目任务需要兼顾情境连贯性与课标一致性。

依据课标要求，初期将本节课的驱动问题分解为四个项目任务。任务1是让学生探究有作用力是否一定会有反作用力。任务2是让学生探究作用力和反作用力在大小、方向上的关系是什么。任务3让学生探究相互作用力与平衡力的相同点和不同点。任务4让学生分析押加比赛中的制胜本质是什么。在四个任务后，学生完成项目成果。但在设计这四个项目任务时，与约瑟夫·科瑞柴克（Joseph S.Krajcik）等研究者所遇到的困难类似[4[[5]，项目任务总是很难较好地同时满足基于课标原则和情境原则。针对此问题，本研究提出两种方法，来解决项目情境与课标要求之间的矛盾。

1.符合情境原则：变离散型教学任务为连续型项目任务

设计项目任务遇到的第一个困难是：在符合基于课标原则基础上，难以符合情境原则。在项目任务1、2、3的设计中，都是利用多种独立情境让学生理解对应内容，而这些情境却与押加比赛脱离。其本质为离散型教学任务。但情境原则要求，每个项目任务需与驱动问题所设定的情境保持一致，以引导学生连贯地建构知识，从而形成连续型项目任务。故需要对任务1、2、3进行修改，由离散型的教学任务转变为连续型的项目任务。

以任务2的改进过程为例进行详细说明。初期，研究者在设计项目任务2时，试图通过弹簧测力计、力传感器等实验仪器，让学生在实验中观察作用力和反作用力在大小、方向上的关系，以及这些关系是否会因为物体运动状态的变化而发生变化，从而使学生较为深刻地理解牛顿第三定律。但这样的设计和押加比赛的情境没有建立承接关系，未能体现情境原则。

后期，研究者对任务2进行了改进。改进的任务2中，让学生用两个近似相同的拉力计或者弹性绳，通过相互对拉来模拟押加比赛，依据拉力计或弹性绳的形变方向、形变量来判断相互作用力的方向和大小之间的关系。由于双方拉力较大，实验室的仪器不足以承受如此大的力，故可以借助于健身用的拉力器来实现。完成此任务的关键在于测量拉力器的形变量。研究者预期学生可能会采用多种方法，如米尺测量、录像机录像、频闪照相等。另外，学生可以在比赛双方僵持不下、双方开始出现胜负等多种情况下，观察两个拉力器的形变量是否相等，从而探究相互作用力之间的关系与物体的运动状态是否有关。

由此，研究者将任务2设计为两个同学模拟押加比赛，用拉力器的形变量来表征力的大小，从而理解牛顿第三定律。而将弹簧测力计、力传感器等实验放在了任务2的分析与讨论部分。因此，任务2不仅满足基于课标原则，也满足情境原则。任务1、3与此同理。与传统教学相比，这样的项目任务，其情境是连贯一致的，可以促进学生在同一个项目情境中由浅入深逐步建构知识。

2.符合基于课标原则：聚焦核心概念进行取舍

设计项目任务时遇到的第二个困难是，在符合情境原则的前提下包含的知识内容过多，导致学生对核心概念的讨论不够深入，不能充分体现基于课标原则。为了在有限时间内突出本节课的核心概念，需要对项目任务进行一定取舍，其中关键在任务3的取舍。

初期设计任务3时，将教学目标中“对相互作用力和平衡力的区分”单独作为任务3的内容。但是在试讲后发现，四个项目任务内容过多，导致学生在有限时间内不能对作用力和反作用力大小、方向之间的关系进行深入的讨论和交流。

后期，对任务3的地位重新进行斟酌。经过对课标的认真分析，确认本节课的重点教学内容是牛顿第三定律，而区分相互作用力和平衡力是其扩展内容。只要学生对作用力和反作用力的关系有了深入理解，那么理解相互作用力和平衡力之间的差异将水到渠成。所以，可以将此内容放在课后的分析与讨论中，让学生课下讨论。这样就能使本节课更加聚焦于核心概念，从而符合基于课标的原则。

“押加比赛”项目由实验教师在高一年级辅以学案完成教学，学案包含驱动问题、项目任务等主要内容。具体教学流程为：课前为学生提供学案;课下学生小组合作探究，完成项目任务，并完成成果;在课堂上，各个小组进行充分地展示与交流。在完成项目过程中，学生采用了多种方法来测量押加比赛时拉力器的形变量，包括米尺直接测量、摄像与照相、频闪照相等。其中摄像的误差最大，清晰度不高，而利用单反相机进行照相的清晰度很高，误差很小。学生制作的项目成果中，包含了对甲乙双方的受力分析;结合牛顿第三定律，通过推理得出押加比赛中最大静摩擦力更大的一方获胜;提出押加比赛的制胜策略，包括“派体重更大的同学、穿摩擦力更大的鞋”等，从而增加胜利的概率。

根据对教学过程的观察和课后访谈发现，首先，学生对驱动问题非常感兴趣，积极主动参与本次项目探究;其次，学生认真完成各个任务，实现了对作用力和反作用力的深度理解;再次，学生经历了受力分析、平衡与非平衡状态的分析、频闪照相等过程，促进了学生对力与运动知识的整合。特别地，在此次项目学习过程中，学生对押加比赛的建模、对科学探究过程的设计、对数据的处理、对项目结果的展示交流等过程，促进了学生科学思维的发展与科学探究能力的提升，从而促进了学生核心素养的全面发展。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].人民教育出版社，2018.

[2] Thomas，J.W.A review of research on project-based learning[R].San Rafael，CA：The Autodesk Foundation， 2000.

[3] 侯肖，胡久华.在常规课堂教学中实施项目式学习——以化学教学为例[J].教育学报，2016（04）.

[4] Krajcik，J.，Mcneill，K.L.，&Reiser，B.J.Learning-goals-driven design model：Developing curriculum materials that align with national standards and incorporate project-based pedagogy[J].Science education，2008（01）.

[5] Reiser，B.J.，Krajcik，J.，Moje，E.，et al.Design Strategies for Develo-

ping Science Instructional Materials[C].The annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching. Philadelphia，PA：2003.

[6] Singer，J.，Marx，R.W.，Krajcik，J.，et al.Constructing Extended In-

quiry Projects：Curriculum Materials for Science Education Reform[J].Educational Psychologist，2000（03）.

[7] 蔣玉中.英语项目式学习的要素与实践[J].教学与管理，2020（04）.

【责任编辑  孙晓雯】