立足项目学习,推动知行合一——以“滑轮”教学为例
贲可敬
(江阴市夏港中学,江苏 无锡 214442)
新颁布的《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》明确要深化教学改革，强化学科实践，基于真实情境，培养学生综合运用知识解决问题的能力.并提出要推进开展主题化、项目式学习等综合性教学活动，加强课程与生产劳动、社会实践的结合，突出学科思想方法和探究方式的学习，加强知行合一、学思结合.[1]将物理学习内容以项目学习的方式呈现给学生，能最大程度上激发学生学习的动力，能更大程度上摒弃知识学习的乏味，能有效促进学生学习方式的改进，通过模型建构促进科学思维，促成知识的结构化，将知识转化为实践，二者协调统一，最终达成知行合一.
指向物理课程核心素养目标，依据物理课程标准，解读教材知识结构和逻辑体系，制订单元学习目标，设计指向概念建构、实验探究和模型建构的学习项目.项目式学习是学科实践的抓手，单元设计解决了目标的定位和活动的序列化，活动具体怎么实施，项目学习界定了目标和项目递进模式，项目不是单一的，而是连续性的项目.单元设计界定了课时目标，其中滑轮，尤其是动滑轮在教材中的地位不言而喻，滑轮作为社会生活生产中常见的器械，在本单元中，既是简单机械的代表，更是研究功、功率和机械效率的有效载体.滑轮在本单元中的目标定位是通过观察，能够识别生活和生产中常见的定滑轮和动滑轮；
了解定滑轮和动滑轮的结构及应用；
进行实验探究，了解定滑轮，动滑轮以及滑轮组的特点；
会根据要求组装和使用简单的滑轮组；
能够根据滑轮及滑轮组的特点解决简单问题.
1.1 概念进阶分析
概念进阶是学习进阶的重要内容之一，是修复概念盲区，梳理知识脉络的逻辑路线，有利于学生理解概念内涵并深究知识关联.滑轮的本质是杠杆，杠杆属于简单机械，简单机械和功是一个学习单元，要开展好“滑轮”一节的项目学习活动，必须从单元的视角整体把握基础概念，形成核心概念，达成概念进阶.本单元的概念进阶如图1所示.
图1 “简单机械和功”单元概念进阶图
1.2 项目目标定位
对于单元学习项目，“知”是素养目标，“行”是序列化实验.知行合一即为通过项目学习中的序列化实验，促进知识的结构与关联，促进课程核心素养的培养.本单元隶属于课程内容一级主题“运动和相互作用”“能量”及“实验探究”，相应地隶属于二级主题“机械运动和力”以及“机械能”.从简单机械中的杠杆—滑轮—滑轮组—轮轴—斜面，再上升到功、功率以及机械效率.本单元学习项目设计表如表1，教材上的活动均指向形成什么观念，经过什么探究，培养什么思维，达到什么态度与责任，这些在表1所示的单元学习项目设计表中均有相应的描述.
表1 “简单机械和功”单元学习项目设计表
2.1 创设情境 激发兴趣
在项目学习中一定会有一个真实的情境，也会有一个驱动性问题，它来自于学科或者跨学科的大概念，驱动性问题在这个真实情境中会变得更有意义.情境性意味着要从一个真实的问题出发开始相关的学习，这个问题不是虚构的，其本身就客观存在或在现实中可以提出，必须具备现实的基础.[2]本项目学习中，我们创设的真实情境是学校购买了一批物理实验器材，器材室在实验楼二楼，需要将器材运送到二楼，由此设计的驱动性问题是如何用带卡扣的轮子把器材拉到二楼，提供的工具还有支架、绳索等，如图2所示.学生听到教师抛出的问题后，立即展开了热烈的讨论，表现出对该项目的高度关注.学生你一言，我一语，课堂气氛日渐浓厚.当学生迫不及待地准备发表自己观点的时候，教师的一句话让课堂瞬间鸦雀无声——想去亲身体验一下你们的想法吗？学生简直不敢相信，纷纷发出“是真的吗？”的疑问.直到教师分组说明体验注意事项，组织学生走出教室，走向现场时，学生才明白这真不是“演习”(演戏)，而是“实战”(实践).走出教室的学生兴奋不已，都想感受一下“室外”物理课的学习氛围，如图3所示，并积极参与到项目学习的活动中，如图4所示.没有爱就没有教育，没有兴趣就没有学习.学习成效主要来源于内生动力，而非外部压力.借助物理学中磁场、电场的模型，为学生构架真实的学习或实践场景是物理教师的学科优势所在.从室内走向室外，从实验走向实践，从物理走向生活，让学生感受到了物理学科的魅力，也感受到了“室外课”别样的精彩.在教学情境中，注重把真实世界的画面场景与课堂学习连接起来，鲜明地呈现在学生面前，引起学生认识世界的兴趣.情境把物理课堂与生活实际紧密结合起来，给物理课堂带来无限生机.[3]本项目学习的具体应用深深地将学生带入学习现场，使学生的学习兴趣充分激发，学习动力明显增强.
图2 设备及器材图
图3 学生在室外上物理课的场景图
图4 室外项目学习场景图
2.2 建构模型 培养思维
将生活原型迁移到课堂形成物理模型是学生物理学习过程中的关键能力，也充分体现了从生活走向物理的课程基本理念.模型建构就是在关注主要因素，忽略次要因素的前提下，通过类比、抽象等思想方法形成像专家研究物理问题时一样的事实结构或思维模块.项目学习过程中一定会遇到挑战性问题，对滑轮的实质的理解正是学习过程中需要突破的思维障碍.借助模型的建构理解滑轮的实质是本项目学习的主要策略.例如，在研究定滑轮的实质时，可以借助自制器材(4根同轴等大的长木条可绕铁架台上固定圆细杆转动，长木条两侧开槽)，将4根长木条展开，将细绳一端固定在其中一根长木条的一端，转动4根长木条，绳子依次绕在每根长木条周边的槽里，转动后，可以将挂在细绳另一端的钩码提升起来，如图5所示，此时转动的长木条相当于一个轴的位置固定不动的定滑轮.将4根长木条完全重叠，对整个木条的一端施加竖直向下的力，也能使另一端的钩码提升起来，效果与4根长木条展开时相同，如图6所示.学生对重叠后的木条的使用比较熟悉，是一个杠杆，进一步分析发现，定滑轮的实质是一个等臂杠杆，相应的模型建构与实质呈现如图7所示.
图5 转动展开的长木条提升钩码示意图
图6 长木条完全重叠后提升钩码示意图
再如，研究动滑轮的实质是什么的时候，将细绳的一端固定在支架上，细绳绕过周边带槽的圆盘，手拉着细绳的另一端，圆盘轴心处用另一根绳子吊着一个纸盒.手竖直向上拉动细绳，圆盘和纸盒一起向上移动，此时圆盘相当于一个动滑轮，如图8所示.将圆盘除轴心处的长木条保留外，其余部分全部摘除，如图9所示，手竖直向上通过细绳拉动长木条，长木条轴心处吊着的纸盒也随之向上运动，此时学生不难发现这是一个杠杆模型，而且是一个动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆，相应的模型形成与迭代转换示意图如图10所示.
图8 周边带槽的圆盘提升纸盒示意图
图9 去除圆盘部分后提升纸盒示意图
图10 动滑轮模型建构与实质呈现图
2.3 序列实验形成载体
项目式学习，应该以学生为主体，整个项目的设计过程应该从学生视角出发，以学生的学习为中心，以科学探究为主线，形成以序列化实验为主的资源载体.滑轮是生活中常见的起重类机械重要组成部分，了解、认识滑轮是本节课的思维起点.完成提升物理器材的项目学习后，学生分组进行实验再现，将实践操作转移到实验探究，用实验室用滑轮代替工程用滑轮，用钩码代替实验器材，用细线代替绳索，用铁架台代替支架，模拟用不同的方式在室外拉升物理器材的过程，结果呈现如图11所示.学生归纳出滑轮的定义，并借助弹簧测力计、刻度尺进一步探究总结出滑轮的特点，如图12所示.再根据生活经验，研究如何综合定滑轮和动滑轮的优势，达到提升物体时既能省力又能改变施力方向的效果，学生演示及结果呈现如图13、14所示.整个探究过程形成的序列化实验进阶示意图如图15所示.
图11 模拟室外拉升物理器材示意图
图12 学生探究滑轮特点场景图
图13 学生研究滑轮的组合场景图
图14 滑轮组合结果示意图
图15 序列化实验进阶示意图
项目学习不只看结果，评价是一种多元化的综合表现，是对整个教学过程的评估和反思.评价要回归教学目标，是基于课程标准的评价，而不是为了评价而评价.评价的目的在于促进学生学习和改进教师教学.[4]基于项目学习的评价要针对课时目标，依据物理学科能力表现指标体系，设计表现性评价任务；
要针对单元目标，依据初中物理关键能力表现水平，设计实践性任务.
3.1 表现性评价指向教学目标
表现性评价是对学生完成任务的能力的展示，而不是知识的回忆.[5]表现性评价指向教学目标，实质是形成性评价，其关键在于以行促知，通过行动促进知识的理解，同时能促进思维可视化，让学生知道滑轮能用——提升重物，滑轮可用——复杂机械的基本单元，滑轮有用——促进社会进步和人类文明.从使用滑轮提升物理实验器材到分组绕制滑轮模型，再到滑轮的组合使用，学生实验过程中产生并解决的问题，数据分析、评估交流的过程均是表现性评价的体现.基于上述课例，本课的表现性评价的基点在于通过实践项目建立滑轮的概念，通过科学探究认识滑轮的特点，通过模型建构形成基于滑轮本质认识的科学思维，通过实践性任务认识到滑轮等机械的使用对社会发展的促进作用.
3.2 实践性任务促进知行合一
实践性任务的设计指向终结性评价，但又可以分别指向知识的评价、应用的评价和思维拓展的评价.例如，探究定滑轮、动滑轮、滑轮组工作时的特点等属于指向知识的评价，学生的概括理解和科学探究能力得到较大提升；
升降国旗、用绳和木棍体验“滑轮组”的威力等属于指向应用的评价，学生的实践应用能力得到较大提升；
如何将一个水桶从斜面底端运到斜面顶端，这属于指向思维拓展的评价，此评价任务的设计引起了学生极大的思维跃迁，学生的迁移与创新能力得到较大提升.
基于核心素养培养要求的物理教学需要整体理解与把握学习目标，注重知识学习与实践应用有机融合，注重学科知识与学生经验和社会生活的关联，通过项目学习等综合性教学活动，加强知识间的内在关联和结构化，以知导行；
加强科学探究和实践应用，以行促知，将知识建构和实验探究合二为一，以达到知行合一.