基于以概念为导向的高中物理微项目式学习实践——以“全反射”教学为例

林乐鑫

（深圳市高级中学，广东 深圳 518000）

1 引言

教学实践中，现行中学物理知识主要以章节形式呈现，大多数章节如果要开展项目式学习，则需要对章节进行重组因而对常规课影响很大，在高中课堂很难开展.但是笔者注意到章节中大部分课程可以作为一个相对较小的项目进行探究，因此结合教学实际提出以概念为导向的微项目式学习课程（Concept Micro Project-Based Learning，简称CMPBL）.CMPBL作为一种独立的课程形态，可以普遍适应于学科或跨学科学习之中，可以作为中学生非常重要的学习方式.在一个独立的课时中运用项目设计完成课程内容，学生通过自主学习和合作探究来解决问题，从而学习隐含在问题背后的概念及科学知识，培养学生的概念思维能力、合作交流能力、动手操作能力、创造能力和批判性思维，实现核心素养的培养期望.

“全反射”是几何光学中重要的知识点，是对前一节书中反射和折射知识的深化理解，是光路传播问题的延伸应用.教材从生活现象引入，并且大篇幅地提供全反射现象在生活和现代科技中的应用素材，体现了新教材重视知识与生活科技相联系的特点.本文从驱动问题、概念初探、开展研究和评价反馈4个方面开展微项目式学习，如图1所示.以制作“隐形装置”作为微项目核心开展教学，希望通过对现象的观察和解释来实现学生对全反射概念的深层次理解，同时培养学生感受生活和探索知识的能力.

图1 微项目学习课堂流程图

2 基于以概念为导向的高中物理微项目式学习案例——以“全反射”教学为例

2.1 研读课标教材，精心设计驱动问题

驱动问题是微项目式学习的关键，教师必须在研究教材和课标的基础上，紧密联系学科知识，联系生活实际，选取具有真实性、趣味性和操作性，而且具有培养学生学科核心素养的问题作为驱动问题.驱动问题可以是教材知识的拓展延伸，也可以是具有学科意义的社会问题或现象，同时要考虑适宜在一节课中完成的问题.在“全反射”教学中，笔者首先演示科技馆中真实存在的隐身屋及隐身效果，如图2所示，给予学生极大的视觉冲击，紧接通过投屏技术展示自制的具有相同效果的隐身装置（订书机是模拟背景，玩偶是模拟被隐身物，当玩偶放在隐身装置中时，下半部分被隐身，只能看到后面的订书机，如图3、4所示），学生的学习热情再次得到激发.如何制作隐身装置？这个驱动问题取材于生活，虽然学生可能见过，但是很多学生对其中蕴含的知识是一知半解，问题的提出恰好在学生的最近发展区中，真实且有意义.

图2 “隐身屋”

图3

图4

2.2 融合线上线下，进行概念初探

线上线下融合教学，即教师通过教学平台发布数字化学习资源和测验，学生在网络教学平台上按照要求对基础知识进行自主学习，然后教师在线下课堂中进行面对面交流，以解决课程中的难点问题.这种教学模式结合了线上教育和线下教育的优点，把时间和空间两种学习途径融合为一体.该模式在一定程度上培养学生自主学习能力，并且大大提高课堂效率，用较少的时间完成概念初探.

（1）线上自学，挖掘盲区.

在本节课的设计中，笔者首先就全反射中涉及的基本概念：光密介质、光疏介质、全反射、临界角等以及全反射的应用进行微视频制作，继而设计预习检测题.

题① 下列说法正确的是

（A）因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质.

（B）因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质.

（C）在岸上能看见水中的鱼是因为全反射的原理.

（D）同一束光，在光密介质中的传播速度较大.

题② 关于全反射，下列说法中正确的是

（A）发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线.

（B）光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射.

（C）光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射.

（D）光的入射角必须小于临界角才可能发生全反射.

题③ 光线从折射率为（ ）的介质中射向空气，如果入射角为60°，下列光路可能的是

题④ 空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图5所示.方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜.图6给出了两棱镜的4种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是

图5

图6

统计并分析表1的数据得到学生对于基本知识已经掌握，再结合课标要求确定本节课还需重点讲解的知识有：① 全反射的条件；② 临界角的计算及灵活应用；③ 全反射应用实例的光路分析.

表1

（2）线下研讨，初探概念.

鉴于线上学习的前提下，笔者在线下教学中有针对性的设计了3个内容：① 通过投屏演示“全反射实验”，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直边上，在玻璃与空气的界面上会发生反射和折射，逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化，从而总结全反射的条件，如图7所示；② 结合板书，根据光路的可逆性，推导临界角的表达式；③ 介绍全反射在生活和生产中的应用，比如演示光导纤维（如图8），介绍光纤通信、内窥镜和全反射棱镜等.

图7 观察全反射现象

图8 光导纤维

经过该环节的学习，学生对全反射相关知识有了较全面的认识，基本实现了概念初探.在过程上依托线上平台将线上网络学习和线下课堂学习进行深度融合，既实现教学相长和教学评价多元化，同时也培养了学生的信息素养.

2.3 围绕驱动问题，开展深入研究

在微项目式学习课题的课堂研究中，教师精心设计的驱动性问题和课堂教学组织是完成项目研究的关键.笔者在课堂的最初就提出了本节课的驱动问题：制作“隐身装置”，课堂第二环节的概念初探，给学生提供了知识基础，降低项目探究的难度，为学生进行该项目的继发研究搭建了学习脚手架.此外，笔者进行分组探究时给每一小组提供制作“隐身装置”的导学案，为项目的完成提供进一步的保障.项目开展具体如下.

（1）分工合作，深入探究.

笔者将学生每6个人分成一个小组，明确每位学生的职责（组织者、操作者、观察者和记录者），并给学生提供了可供使用的器材：底板、背景物体、4个等腰直角三棱镜、固体胶棒（用于被隐身的物体）和双面胶（用于固定器材）等.首先引导学生在导学案绘制“隐身装置”中4个等腰直角三棱镜可能的摆放位置，继而按照绘制的摆放图动手实验，验证自己的想法（如果不能实现则及时调整方案），并且将装置固定好，如图9所示.此外还要求学生在解决驱动问题的基础上，填写“隐身”装置说明书，如图10所示，解决目前许多课堂教学和生活应用相脱节的实际问题.

图9 导学案

图10 “隐身装置”说明书

（2）上传作品，绩效评估.

通过投屏软件，教师在课堂巡视的过程中可以实时呈现各小组的探究进程以及过程中遇到的问题，实现生生、师生之间共同的研讨，评估方案的可行性和科学性，协助小组完善实验设计并最终通过平板电脑上传每个小组的项目成果，为接下来的评估做好准备.学生的学习内容和方式很大程度取决于评估，所以绩效评估对学习效果非常重要，项目式学习的评估方法一般采用小组自评、互评和教师评议相结合进行，小组成员的自评或小组间的互评需要建立在教师根据成员角色及分工情况拟定的评估依据上，本文采用的评估依据如表2.表2仅是制作评价软件的依据，实际授课中教师和每个小组都有一个平板电脑，可以上传或查阅各小组的项目成果的照片或者视频，并且直接在平板上进行评分，自动计算评分结果.

表2 项目成果评分表

（3）项目展示，心得汇报.

为了检测评价的客观性兼顾课堂的时效性，可以选择评分较高的1-2个小组进行展示汇报，其他小组可以补充、提问或者质疑.一方面培养学生的归纳、演讲和辩证批判的能力，另一方面也帮助没有完成项目学习的小组完成学习内容.笔者结合自评、互评和师评的结果，抽取分数最高的小组就“隐身装置”进行展示，并详细介绍“隐身装置”的说明书.该环节能有效培养学生合作交流、准确表达、评估和反思项目探究的过程与结果的能力，落实提高学生的核心素养的培养目的.

围绕驱动问题进行深入探究，不仅能深化对概念的理解，同时提高学生的实验技能，培养学生尊重事实证据的习惯，养成严谨的科学态度.分组开展研究的过程能充分激发每个组员的学习动机，培养学生合作学习能力、表达能力、团队意识和学习的主动性，变革传统的物理课堂教学方式.

2.4 实施多维检测，进行评价反馈

微项目式学习是一种教学手段或途径，经过项目式学习，学生的操作能力、交流能力等非智力因素能得到不同程度的提升.但教学评价是以教学目标为依据，为了检测学习的达成目标和项目式学习的效果，笔者认为课堂上除了诊断性评价，还可以结合形成性评价，实施多维评价，如果评价结果和预期的教学目标相符，则表明项目式学习是成功的.相反，教师则需要重新考虑教学目标的适当性或者该途径的有效性，进一步改进教学过程.在该案例中，笔者在课堂的最后进行了形成性评价，布置3道习题，具体如下.

题① （单选）已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，不可能发生全反射的是

（A）从玻璃射入水晶.

（B）从水射入二硫化碳.

（C）从二硫化碳射入水晶.

（D）从水晶射入水.

题② （单选）空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图11所示.方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜.图12给出了两棱镜的4种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是

图11

图12

题③ （单选）为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图13所示.已知水的折射率为，为了保证表演成功（在水面上看不到大头针），大头针末端离水面的最大距离h为

图13

笔者采用了反馈器实时收集诊断学生的答题情况，第1题正答率为95.2%，说明大部分学生对于基本概念的掌握是到位的.第2题与预习检测题第4题是同一个题目的二次测试（选项发生了变化），课前测试学生的正答率为69.0%，第2次的测试正答率为97.6%，学生基本掌握，说明学生对于全反射的应用有所提高，微项目式学习的实施是成功的.但第3题学生的正确率只有52.4%，说明学生的知识层面仍存在漏洞，笔者紧接着采用了同侪教学法，让学生进行分小组讨论，二次作答后正确率提升至90.5%，说明学生们基本掌握.紧接着从作答正确的学生中选出一人在讲台上进行课堂分析，进一步加深同学们的理解.

3 总结

CMPBL是一种新的教学模式，具有结构整体化、过程情景化、层次深度化和引导自主化等特点，在实际教学中仍处于尝试应用阶段，但其教学效果十分明显.通过建设开展CMPBL课程，让学生围绕驱动问题，进行概念初探，继而进行深层次研究，能使学生有效学习以及深度理解概念，培养学生像科学家一样发现、研究和解决问题，从而培养学生思维能力及提升学生物理核心素养.最后，通过建立形成性评价系统，保证微项目式学习的学习效果，实现自检和及时的自我调整.值得一提的是，信息技术的快速发展以及与学科的深度融合的不断成熟，比如本节课的所提到的线上线下融合教学、投屏技术、成果上传及评分系统和反馈器等技术手段，为开展和推进微项目式学习提供了可能和更好的实现效果.因此在新时代的背景下，为了落实学生核心素养的培养，CMPBL是值得物理教师们尝试和完善的.