深度學習視域下的項目式學習的教學設計

收稿日期：2023-10-23

基金項目：浙江省教育信息化研究課題“‘工程式設計’：STEM理念下科學實驗探究的創生研究”（2023ETD006）。

作者簡介：朱依鳳（1988-），女，中學一級教師，主要從事初中科學教學工作。

摘" 要：新課程指出要推進項目式學習，基于深度學習理念下的項目式學習在培育核心素養方面極具優勢。為此，以“力的存在”教學為例，圍繞項目式學習任務，通過確立項目主題、形成項目方案、開展項目實施、進行項目展示、深化項目拓展，實現活動與體驗、聯想與結構、本質與變式、遷移與應用、價值與評價的深度學習目標。

關鍵詞：深度學習；項目式學習；力的存在；初中科學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）3-0077-6

《義務教育課程方案（２０２２年版）》的培養目標中提到，學生要學會在真實情境中發現問題、解決問題，具有探究能力和創新精神。《義務教育科學課程標準（２０２２年版）》在１３個學科核心概念中提出“工程設計與物化”概念。項目式學習強調真實情境，讓學生參與到科學與工程實踐活動中，學習并能應用多學科的知識，設計實驗方案或實物作為項目產品，此內涵與課程方案和課程標準的要求相契合。

深度學習是指“在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程”［１］。深度學習強調要對知識有清晰、透徹的理解，要做到活學活用、舉一反三，在真實情境中開展項目式學習是深度學習的重要方式和手段，是理解學科核心概念、發展科學思維、提升學生科學核心素養的有效路徑。

１" " 教學設計路徑

基于對項目式學習的內涵分析，提出了促進深度學習的項目式學習教學設計，以交流項目主題、思考項目設計、實踐項目實施、評價項目展示、反思項目拓展五個環節開展教學，設計路徑如圖１所示。

深度學習需要深度的心理專注和思維參與，教師應在教學中給予學生充分而自由的空間，以項目式學習為主線，以“交流、思考、實踐、評價、反思”等深度學習要素為暗線，在項目式學習過程中讓學生對知識有全面而深刻的理解，將學習心智發揮到極致，促使思維品質的提升。

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圖 １" 項目式學習教學設計路徑

２" " 項目式教學案例

“力的存在”第一課時以“幫助一只想飛的氣球”為項目式學習主線，在真實問題情境中引導學生深度參與，以“問題線”“知識線”“深度學習線”展開教學。

２．１" " 教材分析

“力的存在”是浙教版《科學》教材七年級下冊第三章第二節的內容。這節課是在學習機械運動之后，進一步認識力的相關知識和概念，是后續學習“運動與力的關系”的基礎。可以根據項目式學習制訂項目目標。

科學觀念：能根據力的作用的實例概括出力的意義——力是物體和物體之間的相互作用。

科學思維：能通過觀察與思考、分析與比較，概括出力的作用效果，從力的作用效果確認力的存在。

科學探究：經歷科學探究，交流合作，認識力的相互性，并能用力的相互性解釋有關現象。

科學態度與責任：能關注科技發展和科技前沿，有創新意識和團隊協作意識。

２．２" " 項目流程

促進深度學習的項目式學習以問題線、知識線貫穿五個教學環節，在問題驅動中探尋知識，在項目實踐中實現活動與體驗、聯想與結構、本質與變式、遷移與應用、價值與評價的深度學習，如圖２所示。

２．２．１" " 真實情境的項目主題，促進活動與體驗的發生

深度學習崇尚學生的內在情感。情感為學生深度學習注入了動力，教師要提高學生學習科學的內驅力，提高學生學習的思維張力［２］。活動與體驗能激發學生的內在情感，讓學生全身心投入到課堂中。

教師設問：一只小小的氣球居然有一個想飛的夢想，你能幫助它實現夢想嗎？你有什么能力讓它飛起來？學生認為，可以用力使它飛起來。你感受過力嗎？教師拿出體育器材——杠鈴，請一個學生多次挺舉杠鈴。追問學生有何感受？學生多次挺舉之后感到手酸。

設計意圖：讓學生在活動與體驗中感受力的存在。我們的祖先就是在推、拉、提、壓等引起肌肉酸痛的活動中感受到了力的存在。引導學生觀察生活、體驗生活，以“幫助一只想飛的氣球”激發學生的學習興趣。

２．２．２" " 自主設計的項目方案，促進聯想與結構的發生

深度學習關注學生的思維品質發展，運用高階思維支撐學習，學生的思維品質發展是深度學習的核心［２］。聯想與結構是培養高階思維的基石，學生由表面現象到深入剖析，在聯想中構建概念。

教師設問：盡你所能，想一想如何讓桌上靜止的氣球動起來？

學生認為，可以用筆等工具撥動它，用嘴等吹動它。

教師追問：請你進一步描述用筆、用嘴等讓氣球動起來的原理是什么？

學生討論后得出筆、嘴等對氣球有力的作用的結論。

設計意圖：以“誰能幫它飛”設問，強調問題中的主體是“誰”，這里的“誰”其實是指“力”。教師引導學生通過聯想開展頭腦風暴，尋找讓靜止在桌上的氣球動起來的辦法，用不斷追問的方法讓學生尋根溯源，激發理性思維，深入思考氣球動起來的本質原因是其他物體對氣球有力的作用，為進一步認識力埋下伏筆。

教師設問：根據書本中列舉的幾種力（圖３），指出各個力涉及哪幾個物體，反映了物體間怎樣的關系？并記錄到表１中。

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（ａ）人推輪椅

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（ｂ）壓路機壓路面

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（ｃ）磁鐵吸螺釘

圖 ３" 浙教版《科學》七年級下冊列舉的力

設計意圖：力的概念非常抽象，僅從教材中的三張圖片概括其意義十分困難。以表1的形式讓學生分析，為構建概念提供支架，可以幫助學生將抽象的概念具象化。引導學生對三種形式的力進行細致分析，發現每一種力都涉及了兩個物體，通過比較總結得出“力是物體對物體的作用”。

表 １" 物體間力的作用

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２．２．３" " 合作實踐的項目實施，促進本質與變式的發生

科學探究是學生深度學習的重要體現，其通過質疑、設計、討論、解釋、評價等活動推進學習進程，是培養學生核心素養的重要途徑［２］。學習《科學》課程，需要學生能夠具備透過現象看本質的能力和舉一反三的變式能力。

教師設問：想一想氣球在力的作用下會產生哪些作用效果？

學生認為，可以讓它變大，可以讓它搖晃起來，可以拍打它，可以往上拋它。

教師引導學生將各種方法列舉出來進行比較并歸類，容易得出“力能使物體發生形變”的結論。同時，請一個學生演示拋氣球，教師讓其他學生仔細觀察的同時把視頻拍攝下來，在播放過程中通過暫停、回放、比較，讓學生在體驗和活動中得到“力可以改變物體的運動方向和運動速度”的結論。

教師展示：為什么輕輕擠壓塑料瓶很容易發生形變，而用力擠壓玻璃瓶卻沒有什么變化？在學生得出力的作用效果之后，以塑料瓶和玻璃瓶兩個演示實驗引發學生的認知沖突。玻璃瓶發生形變了嗎？有什么辦法可以證明？教師引導學生回憶在學習聲音的相關知識時，用棒槌敲打鼓面的時候，在鼓面上放一些紙屑（圖４），紙屑有什么作用？這種將微小變化放大的方法可以給我們一些啟示。學生從桌面上的器材盒中發現了廢棄的筆芯，提出可以先將玻璃瓶內裝滿水，然后將它們插入裝有橡皮塞的玻璃瓶中。以筆芯中液面的變化來尋找玻璃瓶發生形變的證據，如圖５所示。

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圖４" 浙教版《科學》七年級下冊鼓聲與振動

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圖 ５" 玻璃瓶發生形變課堂實驗場景圖

設計意圖：以“幫它怎樣飛”作為主問題，強調“怎樣”，用一系列子問題得出“力的作用效果”。“玻璃瓶是否發生形變”是尋找力的作用效果中的變式，引導學生從已有知識出發，用紙屑在鼓面上的運動證明物體振動中的作用，引發學生進一步思考，提出用筆芯來證明玻璃瓶的形變。

教師設問：是否尋找到了玻璃瓶發生形變的證據，已經完成的小組請舉手。

有一個小組沒有舉手，學生流露出為難的表情。教師詢問得知，雖然學生非常用力地擠壓玻璃瓶，但始終沒有看到液面上升。教師展示該小組的實驗器材，并與其他小組進行比較，請學生仔細觀察并尋找原因，如圖６所示。通過仔細比較后發現，該小組的筆芯是管徑比較粗的水筆芯，而其他小組是管徑比較細的圓珠筆芯。換用更細的圓珠筆芯后得到了液面上升的證據。學生發現，管徑越細，液面上升的現象越明顯。

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圖 ６" 玻璃瓶中不同粗細筆芯比較圖

設計意圖：教師在器材準備的時候特意選了兩種筆芯，圓珠筆芯比較細，擠壓玻璃瓶之后，液面上升現象非常明顯，馬上就能得到玻璃瓶發生形變的結論。而水筆芯比較粗，有些學生用力擠壓也看不到液面的上升。沒有得到預想結論的小組開始質疑、觀察、思考、交流并再次實驗。這樣的設計讓學生全情投入，促進深度學習的發生，同時能夠培養學生實事求是的科學精神。

２．２．４" " 交流評價的項目展示，促進遷移與應用的發生

深度學習強調能遷移與應用，即能夠在新的情境中解決問題。學生在任務驅動的小組合作中，積極主動開展深入思考，在遷移中嘗試從不同條件、不同方向來審視問題。

教師設問：我們已經知道了力的概念以及作用效果了，那么怎么去利用“力”呢？請同學們小組合作，準備發射氣球，讓它快速飛起來。

學生利用打氣筒將氣球吹大，然后用手捏住氣球口，突然放手，氣球就能飛起來了。

教師追問：氣球往前的力是哪個物體施加的？

學生回答是氣體。

教師繼續追問：氣球往后噴氣，氣體往前推氣球說明了什么？將氣球認為是Ａ，它噴出的氣體認為是Ｂ，你將用什么表示兩者之間的關系？

引導學生構建思維模型，如圖７所示。

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圖 ７" 思維模型構建圖

設計意圖：以“怎樣幫它飛”設問。強調“怎樣”，讓學生學會利用力來完成項目任務。同時，深入研究項目既能完成涉及的科學知識，又能讓學生理解物體間力的作用是相互的。摒棄復雜的文字，舍繁就簡，構建思維模型，也為后續區分“平衡力”和“相互作用力”作鋪墊。

２．２．５" " 反思改進的項目拓展，促進價值與評價的發生

深度學習注重學生元認知的參與，教師要打破知識呈現的單一形式，讓學習者能根據主題或者問題從自身理解的角度組織或表達學習的結果［２］。通過項目化的拓展，自行個性化的評價，認識到探究的價值，能從中領悟到科學的價值，實現學科育人。

教師設問：同學們都已經讓氣球飛起來了，但是怎樣才能飛得更快呢？我們如何比較哪一組飛得最快？

學生認為，氣球吹得越大就能飛得更快。

教師追問：但是氣球總是亂飛，怎么比較哪一組飛得快呢？聯系運動會的時候，裁判是如何比較同學們誰跑得快的？

學生回答，可以比較相同距離誰先到達。

教師追問：我們是否可以遷移過來想一想如何比較哪一組氣球飛得更快呢？

學生商討實驗方案，將吹得足夠大的氣球與吸管用膠帶固定起來，用一樣長的棉線穿過吸管，兩個學生分別站在兩端并拉緊棉線。這樣只要將氣球口放開，它就能沿著固定方向飛一樣的距離，只要比較誰先到達就知道哪一組飛得更快了，如圖８所示。

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圖 ８" 氣球火箭實物圖

設計意圖：以“怎樣飛得快”設問。用“運動會比賽”來尋找比較哪一組氣球飛得快的方法，讓學生學會遷移，用已有的知識來解決新的問題。老師不給出實驗方案，而是一步步引導學生，讓學生自己在活動中總結，在實驗中觀察，在思考中改進。最后，讓飛得最快的小組分享“秘訣”。小組間相互評價，學生可以總結得出將氣球吹得盡量大些、棉線要繃直、氣球一定要粘在棉線的下面等經驗。

教師講述：一只“想飛”的氣球已經實現了它的夢想，所有的導彈和火箭都是利用向后噴射燃氣而獲得動力的。教師出示圖９。圖9（ａ）是１９５６年７月１９日英雄飛行員吳克明駕駛我國生產的第一架噴氣式殲擊機，圖9（ｂ）是２０２２年１２月１８日我國自行研制的噴氣式客機ＡＲＪ２１進入海外市場。

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（ａ）我國生產的第一架噴氣式殲擊機

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（ｂ）我國自行研制的噴氣式客機ＡＲＪ２１

圖 ９" 我國第一架噴氣式殲擊機和噴氣式客機

設計意圖：教師展示短短幾十年間我國在“噴氣式客機”研制中的巨大突破，激發學生的愛國熱情，增強民族自信。同時，揭示“力的作用是相互的”是所有導彈和火箭的動力原理。“小小”的氣球有著“大大”的夢想，每一個學生都是一個“小小”的氣球，激發學生用科學知識實現“大大”的夢想。

３" " 深度學習下的項目式教學的反思

３．１" " 項目式教學的設計需關注知識、技能和素養的同步提升

項目式教學通過真實問題情境的解決過程來培育并發展學科核心素養［3］。在“力的存在”的第一課時，教師如果用常規的教學方法反復強調什么是力、力的作用效果、力的相互性等知識，學生很容易遺忘這些知識。這是因為學生沒有進行參與、體驗、實驗、思考、評價、應用等深度學習，對知識僅停留在記憶層面。以“幫助一只想飛的氣球”開展項目式教學，不僅對現有的教材進行了意義重構，更體現了項目式任務完成與知識、技能和學科核心素養的同步提升。

３．２" " 項目式教學的完成需以問題驅動為支架

項目式學習以情境為載體，以分析問題并解決問題為手段，將知識從無序變成有序，幫助學生構建起知識網絡，促進學生思維能力的發展。同時，讓科學核心素養在課堂中真正實現生長［4］。力的概念雖然比較抽象，但是與生（下轉第86頁）（上接第81頁）活關系極其密切，教師緊緊抓住核心概念知識，利用“如何幫助想飛的氣球”串起問題線，可有序整合和優化散落的知識，最終提升學生分析問題、解決問題的能力。

３．３" " 以“項目式教學”推進“深度學習”存在的瓶頸

在實踐教學的反饋中得知，學生非常喜歡“項目式教學”，參與度很高。學生在學習的同時，感受到了自身的價值。然而，在“項目式教學”推進“深度學習”中，還存在一些亟待解決的瓶頸問題。比如，如何深度挖掘知識背后隱含的科學育人價值，項目式學習在推進過程中的課堂時長問題，深度學習下真實問題情境的挖掘是否適應學生的現有能力等。“力的存在”第一課時的設計，以“幫助一只想飛的氣球”為主題的項目式學習教學實踐，為廣大教師提供借鑒，存在的瓶頸問題還需要進一步研究。

參考文獻：

［１］任少鐸．實施跨學科教學 促進深度學習 提升核心素養——以項目式學習“制作定值電阻”為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２３，５２（３）：３７－４2．

［２］周建秋．指向深度學習的初中科學“五度”教學路徑［Ｊ］．物理教師，２０２３，４４（１）：５１－５３，69．

［3］顧建辛，葉依叢．以“項目式學習”推進高中化學“單元主題教學”的理論思考與實踐操作［Ｊ］．化學教學，２０２３（８）：２１－２７．

［4］王秀英，萬欣欣，李春密．基于項目式學習的教學設計——以“圓周運動”教學為例［Ｊ］．物理教學，２０２２，４４（３）：２－５，8．

（欄目編輯" " 賈偉堯）