基于学科项目化学习的初中物理常规教学探究——以“电功率”一课为例

周 洁

江阴初级中学，江苏 江阴 214400

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的，是适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。实施学科项目化学习，让日常教学融入项目化学习的理念是渗透核心素养培养的一个理想选择。只有当物理观念建立和综合能力培养成为学生学习的常态时，物理核心素养才会真正成为学生生命中的一部分。

1 认识学科项目化学习

1.1 什么是学科项目化学习

学科项目化学习是基于学科中的关键概念和能力的项目化学习，将项目化学习的设计要素融入学科教学。按照项目化学习所覆盖知识范围的大小，可以将项目化学习划分为不同的课程样态，从小到大分别为学科项目化学习、跨学科项目化学习、超学科项目化学习。学科项目化学习既可以理解为一种学习的方式，也可以作为一种学科课程的单元重构方式，主要是以学科内的关键概念和能力为载体，指向学科的本质。

1.2 学科项目化学习现有的矛盾

素养的核心是让学生学会物理知识的融会贯通，并能够迁移以往知识来解决实际问题。为了落实核心素养，很多学校纷纷试行课程改革。在拓展型课程和探究型课程中，采用比较新颖的以学生为中心的项目化学习方式；但在基础型课程中，依然采用传统的讲授课方式。这种普遍的现象虽有教学变革的意味，但有两个问题无法解决：第一，分派到物理学科的拓展型和探究型课程的项目化学习，一学期可能就是1～2个课题，给学生锻炼的机会并不多，而学生在主要学习领域的学习方式又没有产生实质性的变化，所以学习能力很难提升。第二，学生一方面在需要考试的课程中分秒必争地进行重复性训练，一方面又想深入探究自己喜欢的领域。时间很难分配，导致学科项目化学习也只能是以表面的热闹收尾，没有起到该有的效果，物理核心素养并未得到真正提升。

1.3 学科项目化学习实施的必要性

只有当物理观念建立和综合能力培养成为学生学习的常态时，物理核心素养才会真正成为学生生命中的一部分。但在以往的常规教学中，教师更多关注琐碎知识点的讲授，学生学到的也是零碎知识的叠加，属于低阶认知的范畴。课程标准明确提出大概念、单元教学、深度学习这些关键词，这就意味着我们不再是传统知识碎片化的教学，教师必须改变教学方式，从课程的角度引领教学，进而改变学生的学习方式。学科项目化学习可以实现将低阶认知包裹入高阶认知，在不降低学科学业成绩和保证基础类知识与技能不损失的情况下，通过项目化学习的设计，培育学生问题解决、元认知、批判性思维、沟通与合作等重要能力，真正意义上将培养学生物理核心素养落到实处。

2 如何实施学科项目化学习

常规物理教学如何融入学科项目化学习的理念，可以从三个方面宏观把握，以苏科版初中物理第十五章第二节“电功率”一课为例。

2.1 寻找知识脉络，确定核心概念

学科项目化学习要求设计者用课程的视角重新关注自己的教学，需要设计者寻找从物理观念到核心概念再到具体知识点的一整套知识体系（图1），用宏观的体系引领教学环节的实施。

图1 知识体系图

根据对课标要求和教参建议的理解，本节课的教学将围绕三个层次展开。一是理解，本章电功和电热属于电磁能，本节的核心概念是电功率。因此，需要学生从能量的角度理解电功率，有节约用电和可持续发展的意识，并建立P=UI的物理模型。二是认识，能认识额定功率和实际功率。因此，需要创设一个真实的情境，让学生区分实际功率和额定功率，并找到两者之间的联系。三是会测量，让学生通过实验体验，学会测量小灯泡的电功率，进一步促进对电功率的理解。

2.2 融入生活情景，设计驱动性任务

学科项目化学习是在学科教学中，以项目为主线、以任务为依托、以教师为主导、以学生为主体，实现学生主动参与的学习方式。如何引发学生对核心概念的思考和探索，必须依靠驱动性任务的完成，而这个驱动性任务必须有真实情境的代入感，同时还得有一定的挑战性，才能引发学生的高阶思考，所以要求教师能从生活情景中提取出与课堂匹配的驱动性任务。双减政策落地后，我校学生参加在校晚自习，保护学生的视力势在必行，而灯的亮度恰恰与灯的实际功率有关，于是本节课将围绕“教室的灯太暗了，你如何选择合适的灯替换”这个驱动性任务展开。

2.3 借助驱动性问题，推进驱动性任务

教师常按照知识点的教学功能和内在联系，将教学知识点转化为一系列的问题，这些问题环环相扣，形成问题链。在学科项目化学习的过程中，虽然从逻辑推理的层面也像问题链的教学模式，但不同的是学科项目化学习中的问题不是教师事先预设好的，而是学生在探索过程中自然生成的，我们称其为“驱动性问题”。随着研究的深入，将不断出现新的驱动性问题，于是形成了项目化学习独有的问题链（图2），也正是这些驱动性问题推进学生最终完成驱动性任务。同时在探究的过程中，学生自己发现问题，独立思考问题，思考过程中又学会如何解决问题，创新意识和综合能力得以培养。

图2 问题链示意图

2.4 依托探究性实践，落实核心素养

物理核心素养的最终目的是将学生培养成心智自由的人。如何让学生从被动接受知识向主动获取知识转化？如何培养学生科学探究的能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神？通过学科项目化学习、小组合作的探究性实践，可以让学生实际的知、行、思合一。

2.4.1 借助专业工具，寻找科学证据

围绕本节课的驱动性问题任务，各小组经过商讨一致认为“找更亮的灯泡替换”。仅凭肉眼判断灯泡的亮暗，不够严谨和科学，于是给学生提供专业的光照度测量仪观察灯泡的亮度（图3），有证据使结果更有说服力。测量结果是：55 W的白炽灯亮度较暗直接剔除，90 W的白炽灯和18 W的LED灯都较亮，但亮度相当。

图3 测量实验图

2.4.2 化抽象为具体，形成物理观念

物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华。在“简单机械和功”这一章，学生已经接触过功率这一物理概念，之前我们通常会引导学生回忆功率，直接告知用类比法得出电功率是表示电流做功快慢的物理量。但是，这样的设计忽略了学生，学生思维的难点不是用类比法找不出二者的联系，而是不知道何时可以采用类比法研究问题。所以，放手让学生自行发现二者单位相同，从而找到二者的联系，就是引导学生学会类比的过程。这一环节非常开放，有的小组是讨论获得的，有的小组是查阅书本获得的……

电功与时间的比值，这一概念相对机械功率还是较抽象，很难形成较稳定的物理观念，将抽象问题具体化更利于学生理解。于是自制带有电能表的电路板（图4），学生从不同的视角观察，看到的现象有：①90 W的白炽灯所在的电路中，电能表指示灯闪烁的次数快；②在相同时间内，90 W的白炽灯所在的电路中，电能表指示灯闪烁的次数多。在直观的现象面前，学生不仅知道电功率是电功和时间的比值，还能深刻理解：电功率大的用电器做功快，电功率大的用电器在相同时间内消耗的电能多。

图4 自制电路板示意图

2.4.3 重实验设计，发展高阶思维

“测量小灯泡的功率”属于学生实验，如果直接放手让学生按照书本的顺序，按部就班地操作，学生完全可以顺利得出相应的结论。但是，我们更希望学生具有“会学习”的本领，具有解决复杂问题的能力。所以，在这个实验探究环节中，如何让学生在实验中长能力、有获得感，让实验探究真正成为一个学科项目化学习，是教学考虑的重点。突破口依然是从学生主体出发，从高阶思维提升的角度出发，让学生参与实验设计，遵循做什么、突出具体怎么做、重视为什么这样做的思维路径，引导学生深度思考实验的本质，同时落实学生核心素养的培养。

（1）构建P=UI模型：在实验原理P=UI的教学环节中，最终目的是帮助学生建立P=UI的模型，这个模型的建立有助于学生今后解决复杂单表测电功率或单表测电阻问题。例如，单电压表测电功率，依据P=UI，若缺电流表我们就创设串联电路，利用电压表示数间接算出已知电阻的电流，从而解决无法直接测量电流的问题；如果是单电压表测量电阻，也只需按照这个思路，变换一下计算公式R=U/I就可以了。

（2）严肃认真的科学态度：在电路设计的教学环节中，重点突出滑动变阻器的作用，最终目的是让学生明白，多次实验不能仅从次数的多少来判断，而是数据要有一定的代表性和普遍性。例如，本实验中选取的大于、等于和小于额定电压的三组数据，这样归纳推理的规律才更有普遍意义。这与电流与电压关系的实验类似，我们选择10 Ω的定值电阻进行多次实验，并不能得出电流与电压成正比的普遍结论，还应该再更换5 Ω、15 Ω、20 Ω 的定值电阻进行多次实验，这样的结果才有一定的普遍意义。

（3）分析归纳的科学探究：实验数据的处理是学生学会解决问题的关键环节。本实验学生常误认为灯的亮度跟实际电压或跟实际电流有关，但是这样的结论不够全面，电压改变的同时电流也在改变，它们共同影响灯的亮暗，因此灯的亮度取决于实际功率。

2.5 成果即评价，回归核心概念

学生能解决问题，有一定的学习成果，就是对学生完成任务最好的评价。所以，本节学科项目化学习的评价，最终指向学生能否选出合适的灯泡替换，正确的选择也就是对电功率核心概念的深刻理解。

学生通过实验探究归纳得出，灯的亮度取决于实际功率。既然灯的亮度取决于实际功率，90 W的白炽灯实际功率大，亮度为什么与18 W的LED灯亮度相当？学生再次借助小组的力量，相互讨论、思辨推理，最后从能量转化的角度找到了答案：两盏灯亮度相当，说明18 W的LED灯的发光功率与90 W的白炽灯的发光功率相近。而白炽灯的实际功率比LED灯大很多，说明在相同的时间内，90 W的白炽灯消耗的电能只有少部分转化为光能，大部分转化为内能，而LED灯的发光效率则较高，这就是为什么现代生活中白炽灯逐渐被LED灯取代。最终我们选择18 W的LED灯替换，更节能。解决实际问题，学生对自己的认可度上升，这就是对学生最好的评价。

3 实施学科项目化学习的思考

学科项目化学习强调让学生关注真实的世界，不仅可以让学生深度理解和掌握概念，而且可以锻炼思维能力，同时还能引导学生理解何为社会责任。学科项目化学习是学生能力和责任培养与学科知识获得兼容的一种学习方式。在今后的教学中，将继续努力让学科项目化学习成为常规教学中的常态，让学生在做中学、在学中思、在思中会，切实提升学生的物理学科核心素养。