指向深度学习的初中物理“长程项目活动”设计初探——以“阿基米德原理的应用”为例

李 果

（上海市闵行区莘松中学，上海 201100）

1 引言

“长程设计”指教师对每节课的教学内容置于整体知识体系之中，引导学生在知识生长过程中逐步达成学习目标、发展学习能力、提升学科素养.对学生而言，一些重要的学科内容、科学方法、物理思想、物理规律或者“核心知识”的学习不是一蹴而就的，教师需要依据前后知识之间存在的内在逻辑关系和不同阶段学生的认知发展水平，着眼一个长线的教学过程设计，可以是几个课时、一个单元，也可以是一个学期、一个年级、一个学段，甚至更长的阶段有目的、有计划地进行系统的教学，促进教与学活动的纵深发展，是联结着引导与探索的积累、培育进程，具有生发性、成长性.

深度学习是以培养学生核心素养为根本追求的.所谓深度学习，就是指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程.在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为极具独立性、批判性、创造性又有合作精神，基础扎实的优秀学习者，成为未来社会历史实践的主人.

由于纵深化的学习，要求较长的持续性，需要在积淀、酝酿中转化，所以要以更宽的视角和更深的审视来支持规划设计；长程项目活动，是长程设计结合项目化学习设计的一系列活动，突出了活动的序列性和可操作性，在不同层次的任务对象、内容和环境间转换的过程，使教学具有了环节和结构化的特征.在长程设计理念下，通过问题的引领，使活动目标更加明确；问题通过活动的进行不仅得以解决，还促进了思考问题思维的可视化.指向深度学习的长程项目活动的设计是有梯度的，对学生的思维要求是不断上升的.本文作者以一节研讨课——上教版9年级物理第6章第4节第4课时“阿基米德原理的应用”为例，依据学科基本要求和长程设计理念，设计问题和活动，通过问题导出活动，活动中又产生新的问题，为解决新的问题设计新的活动，此交替序列性的问题串和活动链形成长程项目活动.图1 是长程项目活动的内涵.

图1 长程项目活动的内涵

2 指向深度学习的长程项目活动设计

2.1 确定教学目标

学生已经知道阿基米德原理，知道物体的浮沉条件，有受力分析的基础.但阿基米德原理的相关知识是新学内容，掌握得还不够熟练.初步知道阿基米德原理中浮力、物体排开液体的重力、物体排开液体的体积等基本概念及其各物理量之间的关系.教师在实际教学中发现，学生关于阿基米德原理在实际生活中的应用不清楚，在密度计中的应用也容易混淆，容易出现错误.

根据9年级物理第1学期物理教学参考中关于“阿基米德原理”的教学建议：“阿基米德原理的应用重点介绍船和液体密度计，”确定了本节课的教学重点：实验探究轮船的工作原理；结合学生实际特点确定了教学难点：解释液体密度计刻度的分布特点.

2.2 深度学习能力点设置

阿基米德原理的应用为“阿基米德原理”第4课时，本节课重点介绍船和液体密度计.结合国际航行载重线，通过实验探究，帮助学生理解轮船的排水量，知道轮船的吃水线，启发学生把满载的轮船看成一个巨大的液体密度计，总结出液体密度计的测密度原理.

为了突出重点和突破难点，直接进行学生实验课堂效率较低，依据学科基本要求，运用布鲁姆“ABCD”行为目标分类法，结合学生实际合理设置逐步上升的能力点，即指向深度学习，设计长程项目活动.

本节课设计长程项目活动：先让学生画出轮船的受力示意图，通过分析这些力之间的大小关系，知道轮船漂浮的原理；然后让学生用一张锡箔纸装螺钉，比一比哪个组装得最多，初步感受轮船的制作原理；通过对辽宁号航空母舰的了解，初步知道排水量和吃水线；然后通过制作牙膏管小船，设计长程项目活动让学生通过比较两液体的密度大小关系，进而体验并总结出液体密度计的刻度分布特点.此长程项目活动设计让学生逐渐从浅层学习过渡到深度学习，自然地从被动接受知识过渡到自主学习.在此过程中逐渐从形成知识点间的相互联系，将零散的知识点内化为自身的知识网.结合教学目标将指向深度学习的长程项目活动设计及对应能力点设置如图2所示.

图2 长程项目活动对应的能力点设置

3 主要活动过程

3.1 根据能力点Ⅰ设计项目活动，引入新课

问题1：阿基米德原理在我们的生产生活中有广泛的应用，请大家思考有哪些应用，并讨论.

活动1：小组合作讨论并组间交流答：轮船、潜水艇、热气球、游泳等.

评析：运用问题1和活动1让学生的思维“走出去”，初步了解阿基米德原理的相关应用后，教师告知学生本节课主要学习阿基米德原理与船相关方面的应用.

3.2 根据能力点Ⅱ设计项目活动

问题2：通过受力分析，漂浮在海面上的轮船受几个力的作用？这些力之间有什么关系？

活动2作图：在学案上画出轮船示意图（图3），并回答以上问题.

图3 轮船受力分析示意图

问题3：播放辽宁号航空母舰图片，提问：同学们，这是什么？它主要是用什么制造的？观察你桌子上的铁球在水里处于什么状态？并思考，为什么他们在水中的状态不一样？航空母舰为什么没有沉在水底呢？

活动3学生实验：用一张铝箔纸装载螺钉.

要求：

①能装载更多的螺钉.我们小组利用铝箔纸最多装载了________个螺钉.

②观察小船中螺钉的数量________时，小船浸入水中的体积 ________（均选填“增大”或“减小”）.

思考并概述：小船在此过程中所受浮力的变化________________.并用阿基米德原理解释.

评析：学生通过对漂浮在海面上的船进行受力分析可知，在竖直方向，船只受2 个力的作用：重力和浮力，根据二力平衡条件，船在竖直方向保持静止，所以两力平衡：船所受的浮力等于自身重力.接着让学生对辽宁号航空母舰进行简介，深切感受到祖国航海事业的伟大，激发学生的爱国热情.学生很容易知道航空母舰主要由钢铁制造的，为什么航空母舰没有像铁球一样沉在水底呢？这个问题激发学生思考船的制作原理，然后进行活动3学生实验.为了满足活动3的要求：装载更多的螺钉，学生刚开始会把铝箔纸平铺在水面上，装20个左右螺钉后，铝箔纸下沉了.学生看到这个现象后，不难想到改变铝箔纸的形状进行实验.最终学生发现铝箔纸做得越深，装的螺钉越多，其中有一个小组最多装了93 个螺钉后铝箔纸小船下沉了.根据这个临界条件结合活动1，小船处于漂浮状态，浮力等于小船的总重力.学生也能顺利地知道铝箔纸小船装的螺钉数量增大时，小船的重力增大了，小船浸入水中的体积也增大了，所以浮力增大了.然后请学生用阿基米德原理解释：当液体密度相同时，物体排开液体的体积越大，浮力越大.此项目活动的设计，由浅入深，层层递进，把学生的思维逐渐引入深处.让学生对轮船的制作原理有了初步理解和感受.

3.3 根据能力点Ⅲ设计项目活动

问题4：装了93个的小船为什么不能再装了？引入载重量m载和排水量m排，即轮船满载时排开水的质量.

活动4观看视频：从辽宁号航空母舰了解什么是排水量m排？轮船的排水量m排与载重量m载什么关系？

问题5：能驶入长江的最大邮轮叫“海上世界号”船身上的刻线叫吃水线.提问：为什么同一艘轮船驶入不同的水域会有不同的吃水线？

活动5小组讨论：同一艘轮船驶入不同水域，①船受到的浮力怎么变化？②船排开水的体积如何变化？

评析：问题4 很容易回答，不能再装了，因为船要沉了.进而引入载重量和排水量的概念.根据阿基米德原理F浮=G排，又由于轮船漂浮F浮=G总，所以G排=G总，又可以得出m排=m总=m船+m载，可以得出排水量和载重量的关系.根据问题1和活动1 可以得出因为船始终漂浮浮力等于重力，同一艘船引入不同海域，重力不变，所以浮力不变.根据阿基米德原理F浮=ρ液g V排，当浮力不变时，ρ液越大，V排越小.我们能不能反过来思考：当浮力不变时，如果轮船排开液体的体积越小，是否可以代表液体的密度越大？引入问题6.

3.4 根据能力点Ⅳ和Ⅴ设计项目活动

问题6：当浮力不变时，如果轮船排开液体的体积越小，是否可以代表液体的密度越大？

活动6学生实验：用“牙膏管小船”比较两种液体密度的大小.

制作“牙膏管小船”并用记号笔在小船与液面处作出标记.

要求：小组合作，制作一艘“牙膏管小船”.

利用“牙膏管小船”，比较两种液体（水和蓝色液体——硫酸铜溶液）的密度大小.

（1）小组观察到的现象是______________.

（2）比较的结果：蓝色液体的密度 __________水的密 度（选 填“大 于”“等 于”“小 于”）原因是 __________________..

问题7：如果有第3种液体，它的密度大于蓝色液体的密度，请问它对应的刻线应画在哪里？如果有第4种液体它的密度比水小，又画在哪里？如果有很多种已知密度的液体，就可以在牙膏管小船上画很多刻线，每一个刻线都可以代表一种液体的密度，于是制成了密度计.

活动7观察思考：观察密度计并思考：①同一支密度计在不同液体中受到的浮力相同吗？②密度计上刻度值的分布有什么规律？

问题8：铝箔纸小船的吃水线、牙膏管小船的刻线和密度计上的线有什么特点？

评析：问题6的回答是肯定的.学生实验：当标出两种液体的液面在牙膏管上的位置时，可以明显地看出同一个牙膏管小船在不同液体中漂浮时，重力不变，浮力不变，排开液体的体积越大，液体密度越小，体积越大的刻度线越靠上.刻度线越在上方可以说明液体密度越小，刻度线越在下方的说明液体密度越大.可以顺利得出液体密度计的刻度分布特点为：上小下大.问题8把整节课贯穿起来，形成本节课的长程项目活动，通过长程项目活动，把学生的思维引向纵深处，实现深度学习.

4 教学启示

4.1 长程设计理念在课堂教学中的必然选择

教学是一种培养思维的过程，思维的培养不是一蹴而就的.我们总能发现一个有趣的现象，学生往往喜欢模仿教师.所以，当教师自己是墨守成规、割裂地、片面地看待世界时，这种隐性的思维方式会影响到学生的思维.教师进行长程设计的最终目的是促进学生的发展，进而提高教学质量.教师对于学生的影响并不仅仅停留在书面知识的传授，教师如果具备了长程设计的素质，在每天的教学互动中，也会使得学生的学习习惯和思维方式得到优化.长程设计，强调一种全面的、系统的、长远的思想倾向性，强调一种统筹兼顾的理念，设计内部具有逻辑的智慧.从教学来说，当学生体验到教师系统有序的基于长程设计的教学规划时，他们会感受到“有序、结构化”的魅力，才更有可能尝试自己对于自己的学习进行思考和规划，进而促进教师教学质量提高.

4.2 指向深度学习的长程项目活动设计的重要性和有效性

在信息高速发展的今天，学生接受知识的途径比较多元，教师不再是知识的掌握者和灌输者，而是学生学习的引导者，因此，教育方式的更新势在必行.设计指向深度学习的长程项目活动可以让学生更好地建构知识网络，自主全面地掌握知识联系，最终完成对知识的迁移与应用，达到深度学习的目的.而让学生深度学习的目的就是为了培养学生物理学科核心素养，形成学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，为其终身发展奠定坚实的基础.