SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要：在2019年版人教版必修一第四章牛顿运动定律的学习过程中，设计课题为“加速度计的设计与制作”项目学习，以“协同学习”“目标引领”“合作探究”“问题驱动”等多种形式，在教学中落实物理核心素养。
[关键词]项目学习；物理核心素养；加速度
在义务教育新课标颁布后，越来越多的教师在实践中通过项目学习落实物理核心素养，本文以“加速度计的设计与制作”项目学习为例，以导引课、探究课和展示课三类课型为框架整体进行物理项目学习设计，尝试以项目学习落实中学物理核心素养，探索促进学生物理核心素养发展的实践途径。
一、项目背景
(一)项目的社会意义
物理源于生活，加速度在生活中有非常广泛的存在。实际生活中常说的“启动快”“机动性能好”“爆发力强”“很灵活”等都是指物体的加速度比较大。
火箭发射时，其所载的仪器设备和宇航员均需承受很大的加速度，过大的加速度容易对人体产生危害。要想知道各瞬时火箭所在的空间位置，需要测出其加速度，然后经过积分运算得到速度分量，再得到位置坐标。在自动驾驶中，加速度也是非常重要的参量。因此测出加速度是一件非常有实际意义的事。
(二)学生学习价值
经历项目学习能提升学生从物理学的视角将生活情境转化成物理模型的能力，提高了自我的评价反思能力，提升对物理知识应用价值感和物理知识在实际生产生活中应用的积极性，不断渗透科学态度和责任。
(三)项目所处的教学阶段，与课标、教材的关系
加速度是运动描述中的重要物理量，也是学生进入高中后学习到的一个非常重要的矢量，是联系运动学和力学的桥梁。本项目是对加速度的深化理解和应用，既是课标的实施，也是教材的延伸拓展，体现了从生活走向物理、从物理走向社会的学科探究的基本理念。
二、项目中承载的核心知识及其知识结构
(一)课标分析
《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》中提出通过实验，探究匀变速直线运动的特点，理解匀变速直线运动的规律，能运用其解决实际问题，体会科学思维中的抽象方法和物理问题研究中的极限方法。理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。通过实验，认识超重和失重现象。
在课标的活动建议中提到：根据牛顿第二定律，设计一种能显示加速度大小的装置。
(二)教材分析
必修一第一章引出加速度概念，第二章运动学和第四章力学中均有涉及。教材从实验的角度探究了加速度与质量、外力的关系之后，通过不同的实例进行了牛顿运动定律应用。体现了物理来源于生活，物理要回归于生活的理念。同时为本项目的设计提供了丰富的示例基础。在章节习题中有两道习题是关于加速度测量的实例，分别是用弹簧测定竖直方向和水平方向加速度，用摆测量水平加速度。
(三)内容分析
加速度计的设计与制作是一个比较综合的项目。可以把之前学习的运动学、力学及动力学综合运用。对运动公式中的速度关系式、位移关系式以及速度与位移关系式都有涉及，同时也考核学生对于受力的分析，运动过程的分析，以及实际情境物理化的模型思考，是对学生所学知识的一个综合运用演练。
(四)学情分析
学生在此项目之前已经学习了运动学中的速度、位移、时间和加速度关系，明确的物体的受力类型及分析方法，同时清楚了合外力与加速度之间的关系，在知识层面已经有了足够的储备，学生在熟悉掌握求加速度的不同方法后可以依据求解方法思考出很多测量加速度的方案。但是由于学生的实验能力或动手能力仍然较弱，所以真实动手设计一个加速度计并且优化用于实际生活还是很有挑战性的。学生经历这样的过程，期望可以让学生有系统性的思考，能体会物理知识的学习是与实际的生产生活紧密联系的，再次体会物理是有用的、有趣的。
三、项目本体解读
第一课时(导引课)学生制定标准，初步筛选原理。第二课时(探究课)选取生活情境，从水平、竖直、任意方向分别探究加速度的表达式。实际操作时选取其中一个方案进行加速度计制作，其他方案根据这节课的思路可以类比得出。第三课时(展示课)学生实际制作完成后，在实际测量过程中发现很难读数，还可再进一步优化，借用传感器，设计电子加速度计。
四、项目学习目标
(一)落实物理核心素养目标
物理观念：认识物体的变速运动的特点；理解速度变化时的加速度情况。
科学思维：把实际的情境抽象为物理过程；忽略加速度测量时的一些非主要因素，抽取物理模型；综合运用运动学和力学分析物体的运动过程。
科学探究：对加速度的测量进行误差分析，评价反思，并逐步完善优化。
科学态度与责任：了解实际生产生活中加速度计的重要作用；体会物理是与实际紧密结合的，物理的学习是有用的、有趣的。
(二)项目学习的实践目标
通过学生对加速度计的原理设计的讨论，培养学生的发散思维。在分析讨论设计加速度计的考虑因素时，引领学生分析对比气压计，充分体会类比思维在实践中的应用。在分析加速度计的评价要素点时，让学生经历评价标准的生成过程，培养学生的反思力。在引导学生制作加速度计的过程中，培养学生的动手实践能力。在分析加速度计的实际生产生活中的应用过程中，让学生体会物理来源于生活，并最终走向社会的道理。
五、项目作品规划
导引课：加速度计的设计与制作的标准，类别为制作标准。
探究课：水平加速度计和竖直方向加速度计，类别为产品。
展示课：加速度计的优化和改进方案，类别为方案。
六、项目评价方案
(一)课上核心活动评价
1.导引课
主要的评价内容有：设计一个测量仪器的操作步骤；测量加速度的原理(以导图的形式总结)；制作加速度测量计需要考虑的因素；确定加速计产品的评价标准。
评价的标准：步骤清晰；原理书写与表达正确，表述结构清晰；考虑的因素全面，描述清晰；标准所含项目齐全，标准表述清晰。
评价方式：生生评价与教师评价结合。
2.探究课
主要的评价内容有：从物理学视角建构出物理运动模型，设计并制作加速度计的理论推导(有阻力与无阻力)，现场制作加速度计。
评价的标准：能准确地说出三种运动状态，并配合实际生活中的情景与之对应；能准确利用胡克定律和牛顿第二定律推导，流利地表达自己观点；能显示加速度，并尽可能减小摩擦。
评价方式：生生评价与教师评价结合。
3.展示课
主要的评价内容有：从物理学视角建构出物理运动模型，设计并制作加速度计的理论推导(有阻力与无阻力)，现场制作加速度计。
评价的标准：清晰描述加速度计制作实验探究的过程；能分析加速度计的原理及环境条件的要求；能分析加速度计的量程及读数，判断灵敏度；能分析误差的来源，及减少误差的途径；从精确度、灵敏度等角度出发进行改进；
评价方式：生生评价与教师评价结合。
(二)项目作品及展示的评价(见下表)
七、项目活动整体规划
导引课：驱动问题是“如何设计加速度计？”对应的核心知识：运动的描述，位移、速度、加速度概念及应用，v-t图像。
探究课：驱动问题是“如何进一步完善设计并制作加速度计？”对应的核心知识：利用牛顿第二定律和胡克定律求解水平方向的加速度表达式。
展示课：驱动问题是“结合真实的物理情境如何优化加速度计？”对应的核心知识：牛顿运动定律的综合应用。
八、具体课时活动设计
(一)项目导引课
课前：观看火箭升空过程视频。思考：火箭升空过程中最大加速度是多少倍的g？
设计意图：课前了解在火箭升空过程中，过大的加速度对宇航员的是危险的，从而引发学生思考测量加速度的必要性。
课中：
1.通过阅读资料，小组合作抽取关键信息，得出设计并制作一个加速度计需要经历的步骤。
设计意图：引导学生思考设计并制作一个测量装置需要经历的步骤，培养学生资料信息的提取及迁移创新能力。
2.通过复习确定测定加速度可用的原理。学生个人制作思维导图，小组内讨论完善一份小组成果，在班级内交流展示。最后确定可以用于测定加速度的规律(公式或方程)。
设计意图：通过回顾复习加速度以及与加速度相关的规律，为设计与制作奠定理论基础。帮助学生确立正确的运动观，深化对运动描述方法的认识。
3.通过对已知的测量工具的再认识，小组内讨论交流，确定设计加速度测量计需要考虑的因素。以小组为单位在班级内交流分享，最后形成班级统一的因素分析列表。
设计意图：引导学生思考制作测量工具需要考虑的因素。考虑的因素主要有：原理、材料、结构、显示、便捷、安全等方面。培养学生的归纳总结能力，培育学生创新创造的意识。
4.以小组为单位确定各因素的评价标准，形成小组的评价标准，在班级内交流分享，经过讨论最后统一评价标准。
设计意图：引导学生设计评价方案，确定此项目的评价导向，培育学生的评价能力，对未来的产品做好目标性的界定。
5.以小组为单位，根据班级统一的评价标准设计方案(侧重原理)，在班级内交流展示。
设计意图：引导学生基于评价标准设计制作方案，培养学生的评价意识及创新思维。
课后：评价自己设计的方案并尝试动手制作。
设计意图：理论联系实际，培养学生的实践意识与评价习惯，并尝试不断完善设计。
(二)项目探究课
课前：个人设计方案，小组交流，根据标准优化方案。
课中：
1.各小组分析设计的方案，与实际生活真实情境对应，画出物理模型，根据模型简述求加速度的测定方法，并在班级内展示交流。
2.以水平向右匀加速和竖直向上匀加速为例推导匀变速加速度表达式，小组分工，选择其中一个进行推导，班级内交流展示其成果。
3.各小组以本小组选择的原理方法为基础，根据选材制作加速度计，在班级内展示成品或方案结构。
4.各小组汇报制作过程中遇到的困难及克服方法，分析实际使用时有何优缺点。
课后：各小组思考所制作加速度计还可以如何优化改进？
(三)成果展示课
课前：各小组再次分析自己的设计成果，做好展示准备。
课中：
1.各小组制作PPT，进行汇报，汇报实验探究过程。
2.班组内各小组讨论交流作品中的量程读数问题，提出灵敏度的标准；
3.探讨在实际生活中更准确地测量加速度，各小组内部研讨后再做班级内的交流。
课后：联系加速度计厂家，提出建设性想法和建议。
九、项目学习的实施反思
项目学习由教师引领，学生实践，从真实问题情境入手，通过问题的解决，掌握问题解决的策略与方法，在此过程中使得学习到的知识由散点化向结构化转化，培育学生终身发展的必备品格与关键能力。项目学习的课题要从课标中提取，并尽量贴合学生的实际生活，让学生的学习有生活感，尽量把学生的结果产品化，让学生有收获感。
参考文献：
[1]教育部.普通高中物理课程标准(2017年版2020年修改)[S].北京：人民教育出版社，2020.
[2]吴灿铭.基于项目式学习的高中物理综合实践活动研究[D].漳州市:闽南师范大学,2002.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/65070.html
