从纷繁的科学史中精选真人真事，设计项目式课程

赵雅萍

液晶材料广泛应用于显示领域，极大地便利了人们的生活。液晶作为新型材料的代表出现在高中《化学》（选择性必修2）“物质结构与性质”、《义务教育物理课程标准（2011年版）》和《普通高中物理课程标准（2017 年版）》中，完善学生对物质的认识，了解物质结构研究的现代技术和先进成果。学生熟悉液晶的用途，初步了解液晶的聚集状态，但对其分子结构和显示原理比较陌生，其中蕴含着丰富的科学知识和方法待挖掘，是良好的驱动性素材。

通过挖掘真人真事和外显问题解决思路，有助于设计出高品质的项目式课程。对真人真事的挖掘、筛选和组织的方式丰富多样，本案例从纷繁的科学史中对真人真事进行精选和思路外显，由此设计项目式课程。

挖掘真人真事，外显问题解决思路

学生如何才能像科学家一样“设计制作液晶显示屏幕”呢？需要挖掘科学家解决问题的过程和思路，再将这些內容转化成课程，从而培养学生像科学家一样思考的能力。

为了拼接出一段科学家设计制作液晶显示屏幕的历史，先进行初步查找。液晶发现至今已经历了130 多年，涉及到许多重要事件，但许多资料没有描述具体的人和具体的事。深入查找国内外书籍和文献中关于液晶显示的历史，将不同资料相互补充，按“里程碑事件”筛选，初步罗列出20 余条真人真事。这些真人真事中涉及材料、物理、电子等专业内容，有的内容容易理解，有的内容很深，非专业人员很难读懂，较难转化成学生活动。因此，根据“内容深度”最终筛选出12 条真人真事，其后通过追踪科学家的原文文献，查清楚了真人真事。

本课程希望将科学家解决的问题转化成学生要解决的问题，这些事件中，每位科学家都在解决1 个问题，让学生解决12 件事过于零碎。因此，笔者采用组合策略，把科学家解决的问题归类，形成了3 个核心问题（如表1 所示）。这3 个核心问题是不同类型的任务，科学家在解决时也有不同的解决思路。

● 在“发现液晶并探究其性质”时，科学家的思路是：

xz-1 科学家从异常现象出发，提出可能与其聚集状态有关的猜想;

xz-2 通过偏光显微镜观察液晶获取证据;

xz-3 发现具有新性质的材料，命名为液晶;

xz-4 归纳分子结构特点获取证据;

xz-5建构分子结构与其性质的解释模型。

● 在“设计制作黑白液晶屏”时，科学家的思路是：

hb-1 概念设计，利用液晶、杂质、偏光片等设计明暗变化的原理;

hb-2 精细设计，设计实体结构，用多个液晶盒组合显示数字，进而形成产品。

● 在“优化制作彩色液晶屏”时，科学家的思路是：

cs-1 拆解产品要素，形成若干需要改进的子目标，比如拆分的子目标有改进液晶材料、设计彩色显示方案等;

cs-2 针对子目标进行设计;

cs-3 组合优化，最终组合其他部件形成液晶屏幕。

项目拆解与任务活动规划

按历史发展线，将科学家解决的问题转化为学生解决的问题，将组合后的3 个核心问题转化为项目下的3 个任务，根据真人真事和科学家的问题解决思路拆解成7 个活动，形成项目框架（表2）。

项目展开的具体设计

项目导引

学生先调查汇报显示屏幕的种类，再阅读液晶显示历史中的大事记，汇报液晶显示的科学发展阶段。然后进行项目策划，明确本项目可以循着科学家的科研之路，从探秘液晶出发，经过制作黑白液晶屏和优化制作彩色液晶屏形成最终产品。

设计意图：项目导引的目标是让学生了解项目背景，并且明确后续的任务拆解。因此，设计了学生调查、阅读、汇报和项目策划等任务。着重让学生体会一个产品不是一蹴而就的，而是在科学发现的基础上，由简单到复杂的优化迭代的过程。

任务 1：探秘液晶

任务1 分为2 个活动。活动1 中，学生先感受液晶的流动性，再通过偏光显微镜观察液晶的双折射现象，从而猜想其聚集状态（图1）。其后，学生归纳液晶分子的共同特点，形成“结构- 性质”的完整解释。

活动2 中，学生重复历史上科学家的实验，观察液晶在电场中的变化（图2），并根据液晶分子极性作出解释。

设计意图：本任务希望让学生认识液晶这种特殊聚集状态的物质，并了解其在电场中的变化，为后续的显示用途作铺垫。学生面临和科学家类似的问题，通过提出猜想，获取证据，形成结论。学生在探究液晶的结构和性质过程中，培养学生科学探究的能力，培养学生探索未知、崇尚真理的意识。

任务 2：设计制作黑白液晶显示屏

该任务中，学生先评价历史上科学家设计的显示方案，并利用偏光片、导电玻璃、向列型液晶等实验器材动手制作扭曲向列型液晶盒。然后7 位同学一组，将各自的液晶盒按照图4 所示摆放，控制液晶盒明暗显示不同的数字。

设计意图：本任务中，学生像科学家一样直面产品设计问题，液晶的原理设计对学生来说比较困难，因此采用评价方案、模仿制作的开放度。学生切身体会问题的困难，体会科学家的思路和方法，培养勇于创新的科学精神。

任务 3：优化制作彩色液晶屏幕

本任务中，学生通过有机化学知识改进液晶分子结构，研发更适合显示的液晶材料。其后，学生利用光的三原色原理，创造性解决问题，并利用彩色色膜和液晶盒制成一组模拟彩色液晶像素点。最后，观察拆解好的“液晶显示器”教具，了解液晶显示器的结构，进而进行宣讲。

设计意图：学生在前面设计的基础上，优化液晶材料和彩色显示，了解真实电视屏幕的复杂和精巧。至此，完整地设计出彩色液晶屏幕，并形成液晶像素点的项目成果。培养学生灵活运用化学、物理和工程的跨学科知识的能力及善于合作、勤于实践的科学精神，深刻认识科学对满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献。

成果交流

本环节设计了项目研究报告、产品发布会，科学史会和公众号系列文章发布等多种成果交流形式。产品发布会上，各组学生介绍本组的概念产品，并现场演示。科学史会上，各组学生介绍液晶显示史上典型科学家的研究之路，以PPT 汇报或科普剧的形式展现。以上学生的各类成果均可以在公众号传播。

设计意图：本项目的成果既有动手做出的实体作品，也有体现思维成长的作品。因此，设计了多种成果交流方式，综合评价学生的学习效果。学生的思维成长在此环节要充分梳理，并以研究报告、思维导图、PPT 等方式固化下来。实体产品以召开产品发布会的方式展示，学生还可以做一些创意设计，比如用液晶盒拼成有意义的图形等。总之，在成果交流环节，让学生充分收获项目研究成功的喜悦。

反思与讨论

根据科学史设计课程和教学实施的策略

将科学家解决的问题转化为学生解决的问题，形成课程框架。历史上科学家解决了许多问题，通过聚焦关键事件，组合几个核心问题，从而转化成项目的任务和活动，形成课程框架。

丰富的真人真事资料转化为课程内容材料。科学史中的真人真事资料可以充分运用到课程内容中，转化为学生的动手活动、资料卡片、正文内容等。总之，学生沿着科学家的探知之路，在教学资料的支持下，解决一系列问题，从而实现与历史上科学家的共鸣。

教学实施时增强历史场景感。可以在教学中适时给学生提供当时科学家的照片、方案等素材，让历史和课堂碰撞，学生更易体会问题的真实感和科学家的智慧。

促进学生价值观教育的活动设计

学生在学习中鲜少有机会深入体会国际合作、科学事业共同体、技术革新等，液晶显示是一个颠覆性、全球性的科研项目，恰好能承载这样的价值观教育。价值观教育目标同样可以设计对应活动，可以让学生绘制国际合作网络图，落实学生对国际合作的理解;让学生绘制液晶显示三阶段时间轴，落实对科技发展迭代的理解，增强学生的社会责任感。