迈向深度学习的物理主导的综合实践活动
时间：2021-02-06 06:01:15 来源：达达文档网 本文已影响 人 
周晓磊
[摘 要]物理主导的综合实践活动是将综合实践活动和物理学科教学融合的产物，能够促使学生深度学习的发生。文章以“设计简单机械”为例，阐述如何将生活问题转化成物理主导的综合实践活动主题，如何通过活动探究和理论分析解决综合实践活动中的物理核心问题，从而促使学生深度学习。
[关键词]深度学习;物理主导;综合实践活动
[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2020）26-0045-02
一、综合实践活动流程架构
《中国学生发展核心素养》在对“培养什么样的人”这个问题的进一步追问中，明确提出“学生应具备适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，突出强调个人修养、社会关爱、家国情怀，更加注重自主发展、合作参与、创新实践”。“综合实践活动是从学生的真实生活和发展需要出发，从生活情境中发现问题，并转化为活动主题，通过探究、服务、制作、体验等方式，培养学生综合素质的跨学科实践性课程。”而物理主导的综合实践活动是将综合实践活动和物理学科教学相融合的产物，它具有一定的深度学习特征，在指导学生开展实践活动的过程中，能够促进更具深度的学习发生。那么，究竟怎样指导物理主导的综合实践活动呢？笔者经过多年摸索构建了如图1所示的物理主导的综合实践活动流程。
“学习的一个重要目的是解决现实生活中的复杂问题，深度学习要求学习者必须面对并能够解决实际问题。”面对生活中丰富有趣的实际问题，教师应该先将它们的维度降低，找到核心问题。在综合探究过程中，学生容易生成很多问题，教师要甄选出有价值的问题，要确保学生有兴趣参与、有能力完成。
郭华教授认为，所谓深度学习就是在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心参与的有意义的学习过程。其中“‘活动与体验是深度学习的核心特征。”综合实践活动，如果能在某一门学科的主导下进行研究，让学生就某一门学科进行跨单元、跨年级、跨学段学习，这时，教师的学科知识更能发挥作用，学生接受的深度指导科学性更强。相比其他学科，物理主导的综合实践课程，更能实现学科内知识的综合运用。
二、综合实践活动问题生成
今年笔者带学生参加苏州市青少年创新大赛，其中一个竞赛项目是要求学生用5周时间展开研究与学习，设计一个能将边长30 cm的泡沫骰子投于2米远、2米高的纸箱上表面，并且不掉落。这一活动主题与苏科版物理九年级简单机械中的一节综合实践活动课“设计一个简单机械”关联性很强，目的是理论联系实际，促进学生学以致用，发展学生的创新思维。
在开展物理主导的综合实践活动时，降低活动维度是我们先要做的。简单机械制作包括结构设计、制作安装、理论分析、调试改进等环节。要围绕利用物理原理进行机械设计，就要在制作安装机械这一维度进行简化。笔者采用积木搭建方案来降低学生的制作难度，如使用粗细不同的PVC水管、弯头、三通管、KT板作为机械主体结构的搭建材料。
三、综合实践活动探究过程
问题驱动是推动学生自主活动探究的原动力。确立核心问题有助于学生明确探究方向，减少无效讨论，提高綜合实践活动效率。在学生体验了扔、抛、投骰子后，学生们提出众多的问题，教师可从中挑选三个问题作为本次实践活动的核心问题。
问题1：如何投出骰子？
学生仿造勾手投篮，制作了投石器型机械，如图2。通过反复测试，学生发现一个问题，泡沫骰子如果要投掷到足够远的目标位置，需要用非常多的橡皮筋作为动力。而动力足够时PVC水管会发生明显弯曲形变，机械本身承受不住，容易损坏。投石器型机械的物理模型是杠杆。根据杠杆原理，当动力臂小于阻力臂时为费力杠杆。由于该机械是费力杠杆，才出现了要不断增加动力（即橡皮筋股数）的情况。是否能改成省力杠杆呢？显然是不能的，省力杠杆虽然省力，但是费距离，如果改成省力杠杆，骰子的运动幅度就会很小，不利于投掷。
问题2：如何增加控制的距离？
经过进一步研究，学生仿造女式投篮姿势，采用打气筒套管结构制作了弹弓型机械，如图3所示。通过反复测试，学生发现了弹射距离的控制方法。只要将套管向下拉，增加弹簧的伸长量，就能增加骰子的弹射距离。弹弓型机械的物理原理是胡克定律和机械能转化原理。根据胡克定律，弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力随弹簧伸长量的增大而增大。根据机械能转化原理，弹射过程中，弹簧的弹性势能越大，转化为骰子的动能也越大。因此，只要在每次橡皮筋拉伸位置做好记号，就能控制每次骰子飞出时的速度，找到最理想的弹射距离。
问题3：如何控制骰子的轨迹？
轨迹测试时学生产生了两种极端测试方法。如图4所示，前抛，橡皮筋拉伸幅度小，骰子速度慢，但有因箱子前冲，骰子不能停在纸箱上的问题。如图5，上抛，橡皮筋拉伸幅度大，骰子速度快，箱子不前冲，但撞击后，箱子容易跳起，骰子不能停在纸箱上。如图，骰子斜抛的轨迹需要有一定的抛物线知识，而初中学生讨论时的轨迹草图只是简单的上下折线。研究深度已经向抛物线进发，而学生知识储备不够，那么本次综合实践活动是否到此为止呢？显然不是，这是本次活动中生成的最好问题，必须想办法解决。
用沙盘软件模拟不同初速度的骰子运动轨迹，学生多观察、多比较，找出其中的物理原理。经过研究发现，骰子良好的运动轨迹必须具备两个条件。首先，骰子运动轨迹不能前冲。由于惯性，骰子撞击箱子后，仍然保持水平方向的速度，不利于骰子停留在箱子表面。其次，骰子的运动轨迹不能过高。轨迹越高，骰子在最高点时具有的重力势能越大，下落过程中转化得到的动能越大，撞击箱子时竖直方向的速度越大，更容易弹起来，所以理想的轨迹是不前冲，抛物线的最高点较低。
通过多次模拟，学生发现，如果把骰子投出时的出手点位置提高，抛物线轨迹就能符合要求，如图6。为了保证机械起始状态限高1米，出手点又能超过1米，我们做了最后的改进，如图7，将弹弓型机械上下颠倒，固定外层套管及弹射内侧长管，最终将出手点高度提高到了1.8米，明显改变骰子的运动轨迹。我们设计的高抛弹弓式投掷器（如图8）在苏州市青少年创新大赛中成功将骰子投放于最高处，取得全场最高分。
四、综合实践活动反思
利用物理主导的综合实践活动拓展初中物理教学，取得了不少的积极成果，也发现了一些问题。
1.发现生活问题，生成活动主题
生活中的真实问题是学生十分感兴趣的，而兴趣有利于学生产生持久的学习动机，从而促成深度学习。教师应了解学生对哪些问题感兴趣，考量这些问题能否与学科知识相联系，能否与学生已有经验和现有能力相联系。选定合适的主题后，还应思考如何用学科知识架构探究活动的核心问题。
2.探究核心问题，促进思维发展
杜威认为：学习就是要学会思维，思维的缘由是遇到了困惑。学生深度学习的发生，需要教师在综合实践探究中，准确把握学生在实践体验过程中的“困惑”并找出综合实践活动的核心问题。通过核心问题驱动学生自主学习，让学生在学习活动中建构知识网络，掌握知识间的联系，完成知识迁移和应用，从而达到深度学习的目的。而让学生深度学习的目的就是要培养学生的物理素养，促进学生物理思维能力的发展。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 中华人民共和国教育部.中小学综合实践活动课程指导纲要[M].北京：北京师范大学出版社，2017.
[2] 佐藤学.课程论评[M].东京：世织书房，1996.
[3] 张浩，吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育，2012（10）：7-11+21.
[4] 钟启泉.综合实践活动：含义、价值及其误区[J].教育研究，2002（6）：42-48.
[5] 郭華.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016（11）：25-32.
（责任编辑 易志毅）
