初中科学微项目化学习的实践——以“物体沉浮条件”为例

■浙江省杭州市临安锦城第四初级中学 阮丽萍 ■浙江省杭州市杭知中学 葛元钟

本文以浮力的核心知识点“物体的沉浮条件”为例，创设真实情境，开展“制作潜水艇模型与竞赛”活动，尝试让学生在微项目化学习中理解知识背后的原理，设计“潜艇掉深”新情境，深入研究，引发知识的迁移应用，引导学生进行模型构建，以及迭代更新，理解工程设计是一个不断完善的过程，从而通过做中学、玩中学，培养学生的核心素养。

一、问题提出

在深化教育教学改革的背景下，提倡创设真实情境，开展有意义的学习活动，促进学生深度学习的发生，培养学生的核心素养。《义务教育科学课程标准（2022 年版）》强调“整合启发式、探究式、互动式、体验式和项目式等教学方式的基本要求，开展能够促进学生积极思维的思维型探究和实践”。项目化学习强调在真实的情境中，以问题为驱动，让学生开展自主探究及合作探究，完成项目任务。学生在项目化学习过程中掌握知识，更重要的是收获学习方法，认识到学习的价值。

（一）初中科学项目化学习面临的问题

在初中科学教学中会经常开展项目化学习研讨，但是在实际教学过程中，讲授方式“依然如故”，项目化学习在落地过程中仍面临着一些困难：

第一，受教学时间的限制。项目化学习需要较长的时间进行实践和探究，教师担心项目化学习过多占用课堂时间，不能按时完成授课内容。第二，受教师能力和经验的制约。部分教师设计能力不足，知识的学习与项目活动之间出现脱节，不能很好地达成教学目标，导致教师不敢尝试项目化教学。第三，受考试压力的影响。教师担心项目化学习影响学生的考试成绩，不愿意采取这种教学方法。

（二）实施微项目化学习突破重难点

依据课程标准，从学科的核心概念中遴选出学科知识重难点，根据学生的认知基础和微项目化学习要素，构建基于学科重难点突破的微项目化模型（如图1所示）。

图1 微项目化学习模型图

微项目化学习的基本模型是在课程标准的引领下确定核心概念，从中提取出重难点知识，建构微项目任务，通过实践活动聚焦重难点知识，最终贯彻课程标准。

二、微项目化突破难点的设计

以浙教版科学八年级上册教材为例，学生在学习过程中普遍存在以下难点，需要想办法突破：如《水的浮力》中有阿基米德原理、物体的浮沉条件、浮沉条件的实际应用；《物质的溶解》中有饱和溶液和不饱和溶液的联系与区别、溶解度的理解、溶液的稀释、浓缩、混合问题；《大气压强》中有大气压在实际生活中的计算；《电路分析与应用》中有串并联电路的规律、动态电路的分析、电路故障的判断。

（一）挖掘要突破的知识难点

以《水的浮力》为例，首先，学生在初学浮力时脑海中已经有许多“前概念”，如上浮的物体受到浮力，下沉的物体不受浮力；上浮物体受到的浮力比下沉物体受到的浮力大；漂浮时浮力大于重力；悬浮在液体中的物体所处深度越小，浮力越大……其次，受学生思维发展的限制，传统的教学方式无法为学生提供一系列的中介，使学生从抽象的逻辑思维转变成具象的理性思维，对浮力概念的理解停留在表面，如很多学生知道公式，但是不能理解公式的运用，更难以辨析如何实现潜水艇在水中的升降问题。

（二）设计微项目化学习流程

初中科学微项目化学习设计流程包含三个阶段，分别为微项目设计阶段、微项目实施阶段和微项目评价阶段。

微项目设计阶段涵盖设计微项目情境、设计微项目问题和规划微项目过程。

微项目实施阶段是整个微项目化学习中最核心的环节，包括微项目主题、实施微项目活动、微项目成果交流。学生是活动的主体，教师则作为引导者和帮助者。学生在解决问题的过程中完成各项任务，包括阅读资料、实验探究等。微项目活动结束后，教师安排各小组进行成果展示。

微项目评价贯穿于整个学习过程，包括学生自评和互评、教师总结，诊断学生核心素养水平及进阶情况，以实现教学评的一致性。

（三）基于微项目化突破难点

微项目化学习是基于真实情境创设驱动性问题，在问题解决过程中突出学习者的主体地位，以素养目标为导向，指向核心知识原理的再构建，让学生从“做中学”的一种学习模式。

相较于传统课堂，微项目化学习的价值主要表现在以下两点：一是对学生而言，体验式、探究式的学习方式可以促进全脑发育，激活多种联系，加深学生的联系性记忆、情感性记忆、生存性记忆。化抽象为具象、化结果为过程、化静态为动态的学习方式，极大地提高了学生主动学习的积极性。二是对教师而言，教师需要从传统的课堂主导者变为学习的设计者和支持者。在项目开展过程中，教师要掌握跨学科知识，多元化发展。同时，学生在项目实施过程中所展现出来的思考力和创造力也能给教师很大启发。

三、微项目化突破难点的实践

以浙教版科学教材八年级上册第一章第3 节中的“物体的沉浮条件”课时为例，教师应深挖教材中的教学难点，以“制作潜水艇模型与竞赛”这一微项目为载体，使学生了解沉浮条件这一核心知识，理解该知识背后蕴藏的价值，促使学生科学核心素养落地。

（一）设计情境，突出知识价值

情境与核心教学内容密切相关，精确指向教学过程的知识技能目标，能够促进学生知识和技能的掌握。情境载体可以有效激发学生的学习动力，体现“从生活走向科学，从科学走向社会，从科学回归生活”的理念，使学习知识过程更具有真实性，使获取知识的结果更具有成就感。

“物体的浮沉条件”这节内容在实际生活中具有很广泛的应用，如救生圈的设计、水上交通工具轮船的制造以及国防方面的潜水艇等。针对七年级学生对国家科技力量的崇拜与好奇，教师引入我国核潜水艇发展纪录片视频片段，让学生在观看后说说自己对潜水艇的了解，教师补充潜水艇建造科技史知识，更加激发了学生对潜水艇的兴趣，同时引出本堂课的核心问题：制作潜水艇模型。

（二）让难点成为项目的原理

项目化学习的核心在于“学习”，蕴于“项目”中的是学习活动的机制与特征。科学教育的难点在于知识在真实情境中的解释和应用，以及实践创新能力的培养。

对初中学生而言，潜水艇是神秘的军事装备，学生具有极强的探究欲望，如潜水艇是如何实现浮沉的？背后的原理又是什么？在不同密度的海域如何实现同一深度的悬停？借助制作潜水艇这一载体，教师将核心问题拆解，分别从制作原理、材料选择、实践应用等方面进行分析，聚焦“物体的浮沉条件”这一知识体系，构建潜水艇模型，并结合实际情况，帮助学生理解浮沉条件的原理（如图2所示）。

图2 “浮沉条件”微项目化学习结构图

（三）以微项目实施突破难点

微项目化学习的设计、实施、迭代都要考虑围绕教学难点突破展开。

1.设计并制作潜艇模型。

首先，教师展示悬浮在水中的密封矿泉水瓶，引导学生进行原理分析：由物体沉浮条件可知，要使漂浮的物体下沉，则重力大于浮力，浸没的物体浮力不变，可通过增加自身重力沉浮。教师画出潜水艇的受力分析图，加深学生对潜水艇实现浮沉原理的理解。其次，学生对任务进行分析，讨论设计图，拟定潜水艇制作方案。教师提供用于制作潜水艇的材料（塑料瓶、注射器、配重硬币、吊针软管、胶带、剪刀等）。在项目实施过程中，教师巡回指导，分析各小组存在的问题，并及时调整和修正。

某小组设计的潜水艇制作方案为：

①在矿泉水瓶体的中间部位，用美工刀开几个小孔，作为排水口。

②在瓶体的开口位置附近，用胶带固定几枚相同质量的硬币作为配重，起到调节瓶体稳定的作用，使其漂浮状态适中。

③将吊针头从橡胶瓶盖插入瓶内。

④将吊针软管的一端与注射器相连。最终成果如图3所示。

图3 简易潜水艇模型设计

活动驱动和成果展示激发了学生更大的参与积极性，各组制作完成后进行悬停竞赛，比较完成任务1和任务2所花时间。

任务1：潜水艇完成从水面A位置下潜到B位置并稳定停留。

任务2：能从水底C上浮到B位置并稳定停留。

2.设计新情境，深入研究。

项目化学习活动如同一座冰山，我们在学习场景中看到的往往是学生外显的手工操作，而项目化学习更具价值的部分是看不见的学生内隐的思维发展，因此，有必要引入新情境，进行深入研究。

潜艇“掉深”资料：2014 年的某一天，我国海军372潜艇在执行任务时不幸遭遇了海底断崖，当时只过去几秒钟时间，潜艇直接下沉了七十多米。几分钟的时间内，指挥官有条不紊地下达了几百个命令，而士兵也完美进行了同步操作。当潜艇遭遇海底断崖时，其“掉深”的过程需要一定的时间，要想自救，前提是指挥官有着强大的心理素质。

学生在为潜水艇官兵的勇敢喝彩的同时，对潜水艇“掉深”究竟是怎么回事产生了疑问。教师引导学生从“掉深”的危害和“掉深”发生的原因两个角度复习旧知、建构新知。

①“掉深”的危害。

复习回顾液体压强与深度的关系。

②“掉深”发生的原因。

教师根据物体浮沉条件的力的关系表达式，推导出物体浮沉条件的密度表达式。即当ρ物=ρ液时，物体悬浮；当ρ物＞ρ液时，物体下沉；当ρ物＜ρ液时，物体上浮。教师引导学生猜测“掉深”是由于海水密度变化引起的，推理得出潜水艇“掉深”是由于突然进入了低密度海水区，交流讨论“掉深”自救的困难和可能采取的方法。

3.对产品进行迭代改进。

真实生活中每一项产品的问世都是多领域知识的凝结，需要综合考虑实际情况。教师引导学生阅读核潜水艇资料，对自制的潜水艇进行改进。学生通过查阅资料、小组讨论等方式，从以下方面进行考虑，并提出解决方案：第一，潜艇的密封性，用胶水粘连，并用凡士林密封；第二，循环供氧，采用Na2O2与CO2反应，或者放绿植；第三，前进动力，安装马达；第四，抗压性能，艇身换用抗压性能更好的材料；第五，潜望能力，加装一个潜望镜；第六，探测，加装声呐或激光测距仪。

四、结语

在初中科学教学中融入“微项目化元素”是一个长期的过程，将教学难点有效融入有真实情境的项目化问题，能够较好地激发学生学习的主动性，发展学生工程设计与物化能力。在实践过程中，教师要从课堂的主导者转变为设计者和支持者，课堂需要从讲授式转变为探究式，使知识不再碎片化，而是以微项目为核心构建一个综合性的整体。