基于项目学习的初中物理跨学科实践.pdf

.课程资源 年 月 第 期基于项目学习的初中物理跨学科实践贾晨旭 盛 洁 顾 杰(.无锡市东林中学 江苏 无锡.无锡市梁溪区教师发展中心 江苏 无锡)基金项目:江苏省教育科学“十四五”规划重点课题“素养导向下指向真实问题解决的初中物理课例研究”(项目编号:/)江苏省教育科学“十四五”规化课题“基于学业要求的初中物理跨学科实践任务群建设研究”(项目编号:/).作者简介:贾晨旭()硕士中小学一级教师研究方向:中学物理教学盛洁()本科中学高级教师研究方向:初中化学思维课堂顾杰()本科中小学一级教师研究方向:基于项目学习下的初中物理互动实践课堂.摘 要:初中物理跨学科实践以物理学科为视角以发展核心素养为导向以任务和议题为设计形式以综合性实践性和生成性为根本属性.项目学习的课堂组织形式可以为初中物理跨学科实践提供简单可行的操作路径.以综合实践活动课“让气体浮力的产生看得见”为例具体阐明基于项目学习的跨学科实践课堂操作模式在实践层面丰富初中物理跨学科实践课程资源以期为初中物理跨学科实践教学提供新的视角与思路.关键词:跨学科实践项目学习初中物理中图分类号:文献标识码:文章编号:()义务教育物理课程标准(年版)新增跨学科实践这一一级主题此部分内容的设置旨在发展学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力和动手操作的实践能力促进核心素养落成.跨学科实践主题教学所具有的跨学科性与实践性等特征是发展学生核心素养的有效路径目前对跨学科实践主题在义务教育物理课程教学中的内涵外延与实施路径的研究尚存空白.项目学习是一种“综合实践活动”式的学习方式它打破了学科壁垒跨越了知识本位使学生在任务驱动下寻求新知识整合旧知识建立新认知这与“跨学科实践”主题是高度吻合的都是基于提升学生核心素养的目的而进行的实践活动.初中物理跨学科实践项目化的优势探究型跨学科实践以探究物理学为目的“还原”生活情境或生产情境将人类物理探究中原本有的跨学科环节以学生观察实验、动手制作与科学推理等跨学科探究任务嵌入学习过程让学生“重演”人类探究物理世界的真实过程理解提出物理概念、建构物理模型与概括物理规律的跨学科背景与推理过程发展科学思维与科学探究能力.基于此把探究“气体浮力的产生”设计成一个可操作的项目让学生共同参与在项目推进的过程中自主创设真实问题情境在问题解决中培养物理观念经历科学探究的全过程.随着科学探究的推进跨学科知识及思维方式的必要性得以体现跨学科实践既提高学生的动手能力又培育科学态度与责任.教学流程基于“项目学习”的初中物理跨学科实践包括项目导入、项目设计、项目实施和项目优化 个组成部分.在真实问题的情境下用任务来驱动通过学生自主的小组合作在探究物理问题的大框架下像科学家一样思考综合运用多学科的知识体验科学探究的全过程运用的教学流程如图 所示.图 教学流程 项目导入真实问题:小鸭子掉入大坑怎么把它救出来?学生会想到各种各样的方案其中包含往大坑里加水这一方法.追问学生:为什么这样做?因为鸭子会受到浮力.对比没有加水时鸭子不受浮力加水后鸭子受到浮力在浮力和重力的共同作用下上浮可以轻松得到此问题中液体浮力的施力物体是水这一结论.再问学生:飘在空中的氢气球受到的浮力是谁给的?你又如何证明?于是共同确定“证明氢气球受到的浮基于项目学习的初中物理跨学科实践:/.力的施力物体是空气”这一综合实践活动项目.分析:本节课安排在苏科版物理教材的综合实践活动环节实施项目的导入从真实的问题情境出发由显而易见的液体浮力顺利过渡到气体浮力.虽然这部分内容既不是教学的重点也不是考查的“评价点”但却是学生认知的“敏感点”能够触及学生的学习心灵发展学生的核心素养.兴趣是最好的老师在兴趣的推动下师生共同选取合适的任务.小鸭子的例子为项目的开展做好铺垫也为学生后续的探究过程提供思路与方法上的借鉴.项目设计 实验原理设计由“拯救小鸭子”的模拟实验出发学生很容易想到需要创造一个没有空气的环境经历过探究声音传播条件的同学会很自然地想到真空罩.将氢气球放入真空罩逐渐向外抽气氢气球沉在真空罩的底部.逐渐打开真空罩的阀门会看到氢气球逐渐上浮.由此可以证明为氢气球提供浮力的施力物体是逐渐进入真空罩的空气.根据学生自主设计的实验原理本实验需要使用氢气球.教师提出问题:我们怎样在实验室中获得一个本实验用的氢气球呢?学生提出了以下方案:方案.直接购买罐装氢气方案.使用老师带来的大氢气球给小氢气球充气方案.利用实验室制氢气的装置自制氢气.从经济和操作方便的角度来看方案 为最佳方案.图 初始装置图 实验装置设计在对浮力这一物理概念剖析的过程中嵌入与生活相关的跨学科探究任务本项目的推进需要学生调取化学中氢气制取的发生和收集装置的相关知识.学生能够想到使用锌粒和稀盐酸制取氢气反应的化学方程式为:实验装置如图 所示.将小气球安装在氢气制取装置的导管末端利用实验室制取的氢气来制作实验需要的氢气球.此处学科的边界不再清晰化学知识成为解决这一物理问题的工具知识只有被学生在真实情境下灵活地运用才能真正实现它的价值.项目的实施与优化项目实施的过程实际上是学生在操作中不断试错及优化方案的过程.很多问题暴露在项目推进的进程中这些问题的解决需要学生综合运用所学的知识情境是真实的问题也是真实的学生在跨越学科边界的自我探索与实践中发展核心素养.试一试:发现气球鼓不起来稀盐酸被反向压回长颈漏斗甚至喷出.分析:锌粒和盐酸接触后瞬间反应产生大量氢气锥形瓶内液面上方气压瞬间增大而导管末端套上了气球与液面上方相通稀盐酸会被压入长颈漏斗但气球体积没有明显变化.优化:在长颈漏斗上方塞上一个木塞即将氢气的发生装置密封瞬间增大的气压仅用来充氢气球而不会将稀盐酸压上长颈漏斗(如图、图 所示).图 改进装置图图 漏斗安装木塞试一试:发现氢气球可以被充满但是氢气球在空气中不能漂浮.分析:使用稀盐酸和锌粒制备的氢气中存在杂 年 月 .质主要包括:挥发出来的 气体及水蒸气这些气体的密度都大于氢气充入气球后平均密度大于空气气球则无法在空气中漂浮.优化:在导管末端增加一个生石灰干燥管能够有效吸收和过滤 气体及水蒸气(如图、图 所示).图 最终装置图图 导管末端干燥管试一试:抽气机抽气气球体积增大慢慢下沉(如图 所示).图 氢气球沉底注意:抽气机不能一直抽气否则气球很容易炸裂.问题:气球体积为什么会增大?答:随着抽气机将真空罩内气体抽出真空罩内气压不断减小气球内气压大于周围环境的气压气球的体积增大.试一试:将真空罩的阀门打开空气逐渐放回真空罩中氢气球的体积逐渐减小同时氢气球上浮最终漂浮在真空罩的顶端(如图 所示).图 氢气球漂浮说明:氢气球受到的浮力是由逐渐放回罩内的空气提供的空气中气体浮力的施力物体是物体周围的空气.试一试:在将空气放回真空罩的过程中如果空气的量合适可以获得气球美丽的“悬浮”状态(如图 所示).图 氢气球悬浮.项目评价.氢气发生装置改进过程的评价评价:气体压强与大气压强.学生按照如图 所示的实验装置尝试充氢气球时发生稀盐酸反向压回长颈漏斗的现象.学生在分析与改进装置过程中需要运用气体压强的知识锥形瓶内液体上方气压增大大于大气压强使反应装置内固液分离充气失败.加一个软木塞塞紧长颈漏斗后整个制取氢气的发生装置将不再与大气相通大量氢气产生后增大的气压将用于改变导管口气球的体积.评价:气体密度、气体的提纯(跨学科 化学)与物体的浮沉条件.学生再次按照改进后如图 所示的实验装置充气如愿获得一个气球但是发现该“氢气球”并不能在空气中漂浮.此处要求学生再次检视设计的实验装置由气球不能漂浮得到气球浮力小于重力(物体的浮沉条件)产生的氢气存在杂质需要提纯(气体的提纯)在导管末端增加干燥基于项目学习的初中物理跨学科实践:/.管(碱石灰与水和 气体的反应).在氢气发生装置改进的过程中学生获得常规概念教学中难以遇见的真实情境学生经历了“科学家”一样的科学探究过程.他们用亲身经历获得感性认识:每一个项目的推进都不会是一帆风顺实验的进程也不太可能一蹴而就.学生在此过程中运用已掌握的各学科知识将问题逐一解决收获成就感的同时将科学态度与责任孕育其中物理观念在实践中得以养成.实验探究过程的评价评价:气体压强与体积的关系.在真空罩抽气和放气的过程中学生会明显观察到并惊叹氢气球体积的明显变化.教师提出问题:氢气球体积为什么会发生明显变化?学生能够调取气体压强的知识回答:抽气时真空罩内气压减小当温度一定时气体的体积越大压强越小放气时真空罩内气压增大当温度一定时气体的体积越小压强越大.评价:静电现象的产生与消除.氢气球完成后抽气机不断抽气会发生氢气球体积不断变大甚至炸裂但是依旧不下沉的情况.回顾整个实验操作的过程该问题产生于气球封口打结的环节氢气球与手不断摩擦产生静电放入真空罩后氢气球会吸附在罩子顶部或侧壁上无法下沉.解决方案:喷洒防静电喷雾或使用防静电手套操作.评价:物体的浮沉条件与受力分析.抽气时氢气球浮力减小重力不变浮力小于重力时氢气球下沉放气时氢气球浮力增大重力不变浮力大于重力时氢气球上浮中间某一过程抽放气的量比较合适时气球会悬浮在真空罩内.教学评一致性:项目后测对成果的呈现与交流是开展评价和优化解决方案的重要载体借助成果的呈现和交流学生可以接触来自不同角度、不同立场的观点并对这些观点进行批判性思考同时还可以反思和改进自己的看法和观点为评价自己和他人的成果创造条件.在完成本项目的实验探究后本节课安排了一个问题作为项目的后测以实现“教、学、评”一致性:红磷燃烧实验前所有药品和实验装置的总质量为.燃烧反应后锥形瓶顶端气球体积变大所有药品和实验装置的总质量变为.那么质量守恒定律是否还成立(如图 所示)?课堂教学的最后阶段学生回答这一问题的难度大大降低:质量守恒定律依旧成立所有药品和实验装置的质量总和并没有发生变化.缘于锥形瓶上方气球的体积增大其受到的浮力增大鉴于电子天平的精度较高最终总质量的示数会有所减小.图 解释燃烧前后的质量变化 总结与思考初中物理课堂的跨学科实践应当基于学生物理学习的需要立足物理学科本身师生共同确认研究任务及主题.以苏科版物理教材为例跨学科实践的内容最适合安排在教材中的“综合实践”环节确保跨学科实践综合性、实践性和生成性的根本属性.在研究路径上项目式学习为学生提供了自我生长的舞台问题的提出与解决都由学生自主完成.这样的跨学科实践不再是为了“跨”而“跨”而是有需要地“跨”学生主动地“跨”.这样的跨学科实践以学情现状和学业要求为准绳挖掘了物理学科实践的内涵体现了跨学科实践的价值.参考文献:母小勇.“还原”物理课程的跨学科实践逻辑.物理教师():.李亚子.基于项目学习的“跨学科实践”主题教学.中学物理():.荆鹏侯恕.初中物理跨学科实践教学的内涵、价值与路径.物理教师():.蒋炜波居重艳.单元重构视域下基于项目学习的跨学科实践 以“简单电路和欧姆定律”为例.中学物理():.鲁佩用夏文彬.基于项目学习开展初中物理综合实践活动 以“设计和制作一个模拟的调光灯”教学为例.物理教师():.贾晨旭王雪梅.自制“气体浮力的产生演示装置”.实验教学与仪器():.魏昕.在物理课程中基于社会性科学议题开展跨学科实践活动.中学物理():.(收稿日期:)