基于CPS模型的高中物理校本課程教學研究
——以“中學物理與現代前沿應用”校本課程為例

邵雪艷

(江蘇省常熟中學 江蘇 蘇州 215500)

1 引言

學生發展核心素養,指的是學生應具備的,能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力[1].研究學生發展核心素養是落實立德樹人根本任務的一項重要舉措,也是適應教育改革發展趨勢、提升教育國際競爭力的迫切需要[2].毫無疑問,核心素養是教育改革的熱點問題,但在教學實踐中,有關核心素養教學的落實仍然存在著諸多問題,尤為突出的問題之一是對于國家課程的課堂教學,內容和課時都有一定限制,如果沒有真正地把握核心素養在具體學科的實質與內涵,以物理課堂教學而言,很容易在實施過程中生搬硬套.而且傳統的物理課堂因為課時比較緊張,專業知識豐富有余,人文情感體現不足,物理課往往嚴謹而理性,卻常常缺乏溫暖與感性.但其實物理作為一門基礎學科,與各行各業都息息相關.如果能夠跳出教材、課時的限制,充分挖掘物理的豐富教學資源,核心素養的著眼點也將會更加豐富.

在這樣的教學現狀下,學科類校本課程則是一個恰到好處的契機、一個十分有益的補充,如果利用好該類校本課程,讓學生感知到物理教學也是充滿現實溫度、人文情懷的,相信也能對常規物理課堂產生積極的影響.2017年5月,江蘇省常熟中學申報CPS課程教育基地,這一立足科教實驗中心的理科綜合性課程基地為學校提供了極佳的校本課程環境.江蘇省常熟中學作為江蘇省首批高品質示范高中建設培育學校,始終致力于推動學生的核心素養發展,在校本課程教學中更是如此,以培養學生的核心素養作為最終目標,不斷思考、優化、推進學校的學科類校本課程規劃.通過校長、教師、學生合力開發的“中學物理與現代前沿應用”這門校本課程,依托于CPS模型、通過項目式教學,在促進學生核心素養發展,尤其是在提高學生創新實踐能力上取得了顯著的效果,學生在CPS項目化學習的過程中,不僅進一步感受到物理科學嚴謹的深度、創新突破的精神,還感悟到了物理充滿人文感性的溫度.

2 CPS模型與“中學物理與現代前沿應用”校本課程介紹

2.1 CPS模型

創造性問題解決(creative problem solving,簡稱CPS) 模型由美國學者帕恩斯首先提出,該模型以問題解決過程為基礎,強調發散思維與聚合思維的結合,問題解決者在選擇解決方法前需要先以發散思維產生大量的變通辦法,之后再以聚合思維來選擇最適合的解決方法,最后加以執行或是作為進入下一階段的準備,由此提升創造力及問題解決能力.有關創造力開發的研究表明,培養創造性思維最有效的方法之一就是運用CPS模型.CPS具體的四成分八階段模型是2000年由美國的特芬格教授提出的,在該模型中將CPS描述為一個動態、開放、可變通的系統,形成了 4個成分、8個階段,如圖1所示.該版本的模型引導解決問題者獨自或以小組合作的形式連續使用創造性和批判性的思維技巧,從而理解挑戰,激發創造性思維,并且為解決問題生成一份有效的計劃.

圖1 CPS模型圖

2.2 “中學物理與現代前沿應用”課程目標

物理與現代科技息息相關,本課程將中學物理與現代前沿應用結合起來,通過理論學習與實踐操作,了解其在化學、醫學等多個領域的相關應用,感受物理的多領域遷移及其重要性與基礎性,使物理教學內容更加豐富立體.本校本課程教學目標主要有以下幾點:

(1)系統地了解現代前沿技術,比如軍事工業、醫學、交通業中的相關技術.

(2)了解現代前沿科技中與中學物理緊密相關的內容,用所學的物理知識解釋當前的科技發展.

(3)通過所給資料及自主搜集相關信息,進一步拓展、豐富和完善現代科技與中學物理的聯系.

(4)通過理解所給任務的簡單描述,自行組隊設計并進行實驗,增強學生對于非理想問題的建模能力與科學探究能力.

(5)通過師生互動交流、共同探究,激發學生養成嚴謹、辯證的科學態度,增強學生的創新能力,形成正確的科學精神、科學態度和科學價值觀,從而建立良好的科學行為和思維方法.

本課程采取項目化學習,一個項目約2～3課時,部分課程項目簡介如表1所示.

表1 “中學物理與現代前言應用”部分課程項目簡介

2.3 依托于CPS模型的校本課程教學特點

本校本課程所依托的就是CPS模型,每一個項目教學過程中所用到的任務單也是對照CPS模型所編制.在實施過程中,基于CPS模型的校本課程教學具體體現出如下特點:

(1)注重引導學生對知識的主動獲取

因為項目化學習過程中需要大量課外知識,如果僅憑課上教師的教授,那對于學生完成整個項目是遠遠不夠的,所以需要學生利用課外時間主動地尋找知識、挑選整合所需要的知識,并理解內化后運用于項目中.

(2)注重強化培養發散性思維和聚斂性思維

CPS模型的重心就在于培養學生的創造力,利用創造性思維去解決問題,而面對具體問題的解決,首先就需要通過發散性思維得到盡可能多的、新穎的解決方案,再進一步利用聚斂性思維得到實用性強、操作性強的最佳解決方案.

(3)注重學習內容的多樣性與問題的開放度

在平時的物理課堂教學中,學生接觸到的學習內容就是來自于確定的書本內容,需要解決的問題也都有標準答案,而在真實生活中我們遇到的大多都是沒有標準答案的開放問題,所以在校本課程中設計的項目任務會結合具體生活實際和前沿熱點,設計更具有現實意義的開放問題.

(4)注重小組團隊的合作學習

分組學習在教學中是貫穿始終的,分組合作也能讓發散思維和聚斂思維得到更好的發揮,在CPS的各個階段,都需要小組成員通過不間斷的交流與合作去完成.

(5)注重理論學習與實踐操作相結合

因為物理是一門以實驗為基礎的學科,而實踐操作又是培養學生創造力發展的一個十分重要的途徑,所以在本校本課程的項目化學習中,結合所學的理論知識進行實驗設計、實驗操作是十分重要的環節.

3 依托于CPS模型的校本課程教學例析

3.1 理解挑戰:基于立德樹人 強調以生為本

在理解挑戰的尋找時機階段,主要以該項目的現代前沿應用以及相關學科知識作為引入.比如“真空火箭筒”項目中以軍事上火箭筒的發展作為引入,介紹了在戰爭中火箭筒作為反坦克武器的使用,旨在讓學生了解到物理在軍工中的應用,培養和平意識;在搭建“筷子承重橋”時以不久前發生的高架坍塌作為引入,也介紹了港珠澳大橋項目建設,旨在引導學生關注表象背后的深層原因,以及要追求嚴謹細致的工匠精神.這些前沿應用的介紹引入雖然與項目的學科知識關系并不大,但卻對塑造學生的精神文明有著十分積極的影響,起到立德樹人的作用.之后由學生結合課上的理論講解和自行搜索到的資料進一步深入了解,比如在真空火箭筒項目中教師將真空火箭筒類比為活塞模型講解了靜態氣體狀態方程,而從學生反饋的任務單上,發現不僅有學生去進一步學習了活塞模型,而且還自己搜集了涉及到氣體動力學的壓縮波模型,還有對軍事感興趣的學生去研究了真空火箭筒的最大發射速度,搜集了與軍工武器相關的外彈道學知識……

有了課堂上教師的鋪墊引導,課堂外學生的主動搜索、整合、學習,學生自然而然將這個項目中重要的知識內化吸收了,也生成了對于這個項目特有的理解,提出了自己的問題.或許這個過程學生對知識的學習沒辦法做到像課堂上那么系統、細致,甚至會因為超出自己能力范圍而無法理解、理解有誤,但在這個過程中,學生對于龐雜資料的搜索與整合能力得到了難得的鍛煉,更進一步認識到了所學課程內容與生活和現代科技發展的聯系,感受到了知識逐漸內化的溫度,得到潛移默化、潤物細無聲的收獲,如同樹苗扎根,雖不顯眼,卻在深扎土地的過程中汲取著最為重要的養分.

3.2 生成想法:促進團隊協作 激發創新思維

在常規課堂中,往往是通過教師個人思維的展現來讓學生學習如何解決問題,學生的主體性很難凸顯,而尊重學生的思維是讓物理課堂擁有溫度的必要前提,故而利用校本課讓學生在朋輩中自由地創建團隊,毫無拘束地溝通交流,生成想法階段由個人觀點和小組觀點構成,個人觀點是學生在第一課時:理解挑戰階段后對得到的信息與生成的問題進行提煉,對問題解決形成初步構想,接著通過小組交流彼此的問題與想法,借助奧斯本的頭腦風暴,讓各自的問題與問題、靈感與靈感進行充分地碰撞,互相啟發激勵、修正觀點,從而形成更多更有益、更完善的新觀點、新靈感,鍛煉他們的發散思維.教師在討論中主要做一個傾聽者,并進行適時引導,引導小組將不同的想法聚斂成幾個相對行之有效的方案.在這個過程中,學生往往能將百花齊放的頭腦風暴聚斂成更加完整、全面的方案,通過團隊協作將每個人的力量更大化.

3.3 準備行動:理論結合實踐 推理驗證方案

接下來就是實際操作階段,本課程最重要的部分就是學生將自己的方案設計成實驗并進行實踐.上一步初步生成了多種方案,接下來分析各方案的優缺點,盡量確定一個最優方案.學生針對想嘗試的方案進行預實驗,在圖2所示的真空火箭筒中,學生對火箭筒的材料都有較大的分歧,比如亞克力管、塑料管等等,成員都各自搜羅素材進行了初步嘗試,組與組之間的方案也風格迥異,在反復多次螺旋式前進的嘗試中對自己的方案進行驗證,最終在預實驗分析后,小組成員結合教師的建議討論確定實驗方案并設計實驗、進行操作.

圖2 “真空火箭筒”學生任務單掃描圖

3.4 落實方案:總結反思優化 多元過程評價

通過任務單(圖2),每一位學生都能在推進項目過程中完整記錄下利用理論知識解決實際問題的過程,小小任務單或許看似文字不多,但是一個任務單項目至少涉及3個課時,可能要歷時3到4周,學生在這近一個月過程中不僅有在校本課中的學習,還有多方收集資料所獲得的知識,還有和小組成員交流討論獲得的靈感等等,這些寶貴的經歷都被鉛字記錄在任務單上,凝結成珍貴的知識成果和獨一無二的情感體驗.在落實方案以后學生要對整個研究過程進行反思歸納,并嘗試進一步優化,最終由個人、小組成員以及教師在任務單的最后留下評價,任務單上對每個階段都有記錄,所以師生可以更為全面地給出過程性評價與建議,學生通過書面化的記錄,可以回顧完成整個項目過程中的點點滴滴,不僅感受到自己多方面潛能被激發,也能從教師以及小組同伴的評價中進一步得到鼓勵與肯定.

4 總結與展望

在中國現行的課程建設體系中,校本課程是學?？梢宰灾饕巹澋奶厣珜W科.構建和實施旨在培養學生核心素養的校本課程,不僅可以填補目前國家課程中核心素養落實的不足,還可以為學生的個性化發展提供更多的機會.在本校本課程教學的過程中,越來越多的學生意識到物理學與前沿科技和生產生活之間的緊密聯系,意識到物理學科的學習對于自己的職業生涯規劃是不可或缺的基石,不僅讓學生萌發出了對物理國家課程學習的內生動力,更讓學生將物理學習納入自己的職業生涯規劃之中.當然,一個好的校本課程是需要不斷完善的,在課程開發理念、課程開發模式上還需要進一步更新、優化,在課程目標、內容、實施和評價上,還需要與核心素養更精準地對接落實[4].未來,會有越來越多的教師、學校和地區繼續開發校本課程,提供更多優質的校本課程,豐富和完善核心素養課程培養體系[5].