STEM理念下“LPL”模式的教学设计与实施

邝素馨

【摘要】“LPL”模式是一种基于STEM理念的高中课堂“小项目引领”教学模式。基于该教学模式，本文通过设置“发现守恒观”“形成守恒观”“体会守恒观”“理解守恒观”“应用守恒观”五个小项目，对机械能守恒定律教学进行设计与实施。LPL教学模式，通过有效的项目设置，能够很好地引导并帮助学生形成物理观念，开拓科学思维，进行科学探究，培养科学态度与责任，使得物理核心素养在课堂上得到有效的落实。

【关键词】STEM理念;高中物理教学;“LPL”模式

一、“LPL”模式

“LPL”（Little Project Lead）模式，意为小项目引领模式，是在高中分科教学背景下提出的一种基于STEM理念的高中课堂教学模式。美国教育家威廉·赫德·克伯屈（Willam Heard Kilpatrick）曾经把项目（Project）定义为“热情且有目的的行为”。因此，学生有目的地学习的行为就是一个项目。根据“LPL”模式的要求，首先依据《普通高中物理课程标准（2017年版）》确定总目标，然后根据学生认知规律把课程目标分解为一系列子目标，并以“小项目”形式展现给学生，形成一个完整的项目结构。

现以《机械能守恒定律》为例，谈谈“LPL”模式下的教学设计与实施。新课标明确指出：“理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。”从初中到高中的教材中，都花了不少篇幅来阐述该部分内容。学生对机械能守恒定律并不陌生，可是，对于学生守恒观念的形成，则是这节课的重点和难点。学生一旦形成守恒观念，那么，对于机械能守恒定律的理解和应用就迎刃而解。

1.以《课程标准》为依据：《新课标》要求学生体会守恒观念，我们应该如何让学生体会守恒观念呢？由于守恒观念一直在支配着人们的生产与生活，为此，我们可以比较容易调用学生的原有知识。例如，零花钱的分配过程就会用到守恒思想，地理学科的水循环过程，化学领域的电子数守恒等都蕴藏着守恒的思想。由此来引导学生“发现守恒观”。通过对守恒观念的发现，引导学生找到守恒与变化之间的关系，把守恒的思想从生活中迁移到运动中来，学生的守恒观开始形成。接下来，我们就不难提炼出整节课的五个课堂子目标：发现守恒观、形成守恒观念、体会守恒观念、理解守恒观念和应用守恒观念。

2.从学生认知入手：结合建构主义理论，由课标确立的五个子目标，可以分别以知识同化、顺应、创新、质疑和迁移的不同认知层次为基础，结合STEM理念，利用科学、技术、工程以及数学等知识，设计特定的教学情景。

3.用小项目去引领：小项目引领是“LPL”模式不同于其它教学模式的重要原则。“STEM”理念是一种基于项目的学习，鉴于项目内容与时间的限制，在高中课堂渗透STEM教育理念，必须把“大项目”拆分成“小项目”来进行。笔者根据物理建模教学中的建模步骤，结合课标要求和学生认知，把五个子目标以小项目的形式展现在学生面前。同时也通过这一系列的小项目引领课堂，实现课堂目标，落实学生的物理学科核心素养。具体设计如教学流程图1所示。

二、基于STEM理念的“LPL”模式的教学实施

项目1：寻找生活中的守恒量

情景1：了解我国在水循环卫星方面作出的重要贡献。根据情境思考，寻找水循环过程中的变化。

设计思路：学生对全球水循环并不陌生，该情景的设置关键是希望学生能够调用原有知识，学会寻找生活中的“变化”，从变化中找到“守恒量”。学生不难发现，该过程存在水的物态变化，以及空间位置的变化。我们可以进一步引导学生分析“变化”。由于光照强烈，水受热蒸发，从液态变成气态，而且蒸发越厉害，液态的水变少，而气态的水就会增多。这是一种此消彼长的变化。我们可以进一步追问学生，为什么液态的水少了，气态的水就会增多呢？学生会脱口而出，因为水分子总量保持不变。同样道理，从空间位置上来看，水从陆地到海洋，如果陆地区域的水少了，海洋区域的水就会增多，因为在循环的过程中水分子的总量保持不变。引導学生发现守恒量的突破口是寻找此消彼长的变化。同时，守恒不是不变，而是一种动态的平衡——保持不变。

通过寻找水循环中“此消彼长”的变化，发现隐藏在变化中的守恒量，如图2所示。由此引出守恒隐藏在变化当中，而变化则可能预示着守恒的存在。

守恒的观念指导着我们的生产和生活。请学生思考，生产生活中还有哪些守恒的例子？学生列举：化学反应前后的电子数守恒、零花钱的使用和支配过程等生活中的数量守恒关系。学生基本形成守恒观念，知道表象的变化可能预示着守恒，守恒则隐藏于变化当中。

项目2：寻找运动中的守恒量

情景2：寻找简单运动中的守恒量。

设计思路：寻找运动中的守恒量要从简单运动开始，学生不难想到匀速直线运动。仍然从变化中来引导学生分析，匀速直线运动中有什么变化？学生不难找到随着时间的推移，物体的位移在增加。然后就没有找到其它变化了。这时，我们可以把匀速直线运动的情景画在黑板上，留着项目3完成后再回头分析，匀速直线运动属于机械能不变，而不是机械能守恒。

寻找运动中的守恒量，学生进一步提出从匀加速直线运动开始研究。最简单的匀加速直线运动就是自由落体运动（教师用网球演示自由落体过程）。学生通过观察网球的下落过程，不难发现，在自由落体运动中，小球的速度在增大，高度在减少，而速度和高度是不可以直接进行交换的，怎么处理呢？与速度和高度都有关系的，应该是什么物理量？学生很容易会想到能量。与速度有关的是动能，与高度有关的是势能，动能和势能之间通过力做功发生相互转化。通过动能定理和功能关系，学生可以得出增加的动能等于减少的势能。这就是自由落体运动中的守恒量——机械能守恒。

项目3：探究机械能守恒的条件

情景3：通过表格引导学生探究机械能守恒的条件。