摘" 要：指向核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)是當(dāng)前教學(xué)改革的方向。在物理學(xué)科教學(xué)改革的深化和落實(shí)路徑中，將教學(xué)與項(xiàng)目化學(xué)習(xí)相融合是重要的探索途徑。本文以人教版高中物理選擇性必修第三冊“門窗防盜報警裝置”為例進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)路徑設(shè)計，為設(shè)計并拓展物理學(xué)科的深度學(xué)習(xí)提供參考。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)路徑

1" 理論基礎(chǔ)

深度學(xué)習(xí)指的是學(xué)生在探究欲的驅(qū)使下，積極主動地進(jìn)行的有助于健康發(fā)展的、有意義的學(xué)習(xí)過程。美國教育心理學(xué)家本杰明·布魯姆（Benjamin Bloom）將學(xué)習(xí)者的認(rèn)知思維目標(biāo)層次劃分為六個層層遞進(jìn)、逐步深入的層級：認(rèn)知、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)新。［1］布魯姆的六大認(rèn)知層級理論為深度學(xué)習(xí)提供了一個有序且系統(tǒng)的學(xué)習(xí)路徑。

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)以學(xué)生為中心，以解決真實(shí)問題情境為起點(diǎn)，確定項(xiàng)目主題，規(guī)劃并設(shè)計項(xiàng)目研究方案。通過小組協(xié)作實(shí)施，在過程中合作解決難題，最終完成項(xiàng)目并且展示匯報。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心要素分別為“挑戰(zhàn)性問題”“持續(xù)探究”“真實(shí)性”“學(xué)生的聲音和選擇”“反思、批判性和修正”“公共產(chǎn)品”。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是基于真實(shí)情境的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)和研究活動。它通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生深入思考與主動研究的熱情，從而促使學(xué)生從傳統(tǒng)的學(xué)科性學(xué)習(xí)模式走向綜合性學(xué)習(xí)模式。

2" 深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)路徑設(shè)計

基于以上深度學(xué)習(xí)的思維目標(biāo)層次以及項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心要素，結(jié)合《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》、課程內(nèi)容和高考要求，深度學(xué)習(xí)理念下的高中物理項(xiàng)目化學(xué)習(xí)路徑［2］，應(yīng)該包含項(xiàng)目引入、項(xiàng)目理解、項(xiàng)目設(shè)計、項(xiàng)目分析、項(xiàng)目評價以及項(xiàng)目改進(jìn)（見圖1）等核心內(nèi)容。

3" “門窗防盜報警裝置”的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)路徑

筆者以人教版（2019版）《普通高中教科書" 物理" 選擇性必修" 第二冊》第五章第3節(jié)的“實(shí)驗(yàn)1" 門窗防盜報警裝置”為例，創(chuàng)設(shè)情境，鍛煉學(xué)生的邏輯思維，培養(yǎng)他們的探究精神和創(chuàng)新意識。

3.1" 任務(wù)一：創(chuàng)設(shè)情境，引出項(xiàng)目，激發(fā)認(rèn)知興趣

教師創(chuàng)設(shè)情境，將門窗防盜報警裝置安裝在學(xué)生進(jìn)來的門上。當(dāng)最后一位同學(xué)要進(jìn)來的時候，教師將報警裝置打開，學(xué)生開門時報警裝置發(fā)出警報聲。這時，教師提出問題：“為什么門打開會發(fā)出報警的聲音？”通過問題引發(fā)學(xué)生求知興趣，并確定設(shè)計和制作“門窗防盜報警裝置”這一具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)。

分析：門窗報警器是生活中常見的裝置，對于學(xué)生來說并不陌生。這個問題緊貼生活實(shí)際，具有很高的真實(shí)性。制作門窗報警裝置，涉及磁場、電路分析等物理學(xué)科的核心知識。將這些抽象且難以理解的知識置于“門窗防盜報警裝置”這個具有挑戰(zhàn)性的問題情境中，能激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知興趣。通過問題的結(jié)構(gòu)化分解，為學(xué)生的持續(xù)性探究搭建臺階。

3.2" 任務(wù)二：小組合作，理解項(xiàng)目，培養(yǎng)探究精神

3.2.1" 臺階一：設(shè)計問題，引出電學(xué)元件

通過對門窗防盜報警裝置的功能分析，教師引導(dǎo)學(xué)生一步步分析得到實(shí)現(xiàn)這些功能所需要的電學(xué)元件（見表1）。

3.2.2" 臺階二：探究干簧管原理

教師對干簧管的構(gòu)造進(jìn)行說明。干簧管的構(gòu)造如圖2所示。接著，教師提問：“干簧管的工作原理是什么？”由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過磁化的相關(guān)知識，他們知道當(dāng)磁體靠近時，干簧管的簧片會被磁化并產(chǎn)生不同的極性。在磁力超過簧片自身彈性的情況下，簧片會吸合，從而導(dǎo)通回路。教師進(jìn)一步提出“如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)對干簧管的工作原理進(jìn)行驗(yàn)證”的問題。學(xué)生指出，可以使用電阻表來檢測干簧管是否閉合，并進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)磁體靠近干簧管時，干簧管閉合，電阻表示數(shù)為零；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離干簧管時，干簧管斷開，電阻表示數(shù)無窮大。

3.2.3" 臺階三：探究電磁繼電器的原理

電磁繼電器是這個實(shí)驗(yàn)的核心部分，其主要功能是轉(zhuǎn)換電路的狀態(tài)（見圖3）。當(dāng)電流從d端流入線圈并從e端流出時，線圈產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵，使得動觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a連通。當(dāng)線圈不導(dǎo)電時，動觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)控制電路的開關(guān)。學(xué)生將電源的正、負(fù)極分別接到d、e兩端，親身感受銜鐵被吸合的過程。通過教師講解結(jié)合小組實(shí)驗(yàn)的方式，學(xué)生可以更好地理解電磁繼電器的工作原理，為后續(xù)門窗防盜報警裝置的制作鋪設(shè)臺階。

3.3" 任務(wù)三：應(yīng)用所學(xué)，項(xiàng)目設(shè)計，提升應(yīng)用能力

以小組為單位，教師提供的實(shí)驗(yàn)器材有：干簧管SA（常開型）、電磁繼電器（5V，6腳）、發(fā)光二極管LED、電阻R（330Ω）、蜂鳴器H（有源型）、電源（干電池6V）、小磁體、開關(guān)。請同學(xué)們設(shè)計實(shí)驗(yàn)電路圖。

分析：學(xué)生根據(jù)干簧管和電磁繼電器的工作原理，將干簧管與門窗的開關(guān)動作建立聯(lián)系，將發(fā)聲和發(fā)光兩路電路與電磁繼電器連接起來。通過將所學(xué)到的知識應(yīng)用到電路的設(shè)計中，學(xué)生提升了實(shí)踐應(yīng)用能力。

3.4" 任務(wù)四：展示電路，項(xiàng)目分析，鍛煉邏輯思維

教師將小組設(shè)計的電路圖進(jìn)行投屏展示，并引導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)行討論和分析。小組設(shè)計的電路圖方案一至方案五如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示。

學(xué)生小組經(jīng)過討論分析，得到以下結(jié)論。門窗的開和關(guān)對圖4電路沒有影響，因此該電路不能通過門窗的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)報警和能夠工作兩種電學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。發(fā)光二極管在微電流下正常發(fā)光，通常需要串聯(lián)保護(hù)電阻，但是在圖5中并沒有設(shè)計保護(hù)電阻；當(dāng)門窗關(guān)閉的時候，常開型干簧管閉合，使電路處于正常工作狀態(tài)，LED發(fā)光；當(dāng)門窗打開時，干簧管斷開，使電路處于報警狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)出警報聲。然而，在圖6中，門窗打開時對應(yīng)的電學(xué)狀態(tài)是發(fā)光；門窗關(guān)閉時對應(yīng)的電學(xué)狀態(tài)是報警，此時蜂鳴器發(fā)出警報聲。此外，由于發(fā)光二極管具有單向?qū)ㄐ?，圖7中電池的正、負(fù)極接反了，導(dǎo)致無法正常發(fā)光。圖8中的電路設(shè)計可以滿足上述要求，通過干簧管感知門窗開關(guān)，利用電磁繼電器實(shí)現(xiàn)電學(xué)功能的轉(zhuǎn)換。因此，教師引導(dǎo)學(xué)生在圖8的基礎(chǔ)上將電路圖進(jìn)一步優(yōu)化，使其僅用一個電池進(jìn)行供電，改進(jìn)后的電路圖如圖9所示。

分析：通過前面臺階的搭建，學(xué)生經(jīng)過逐步分析，確定了門窗防盜報警裝置的電路圖。在電路確定的過程中，教師應(yīng)當(dāng)傾聽學(xué)生的意見并鼓勵學(xué)生暢所欲言，選擇符合設(shè)計要求的電路圖。

3.5" 任務(wù)五：制作成品，評價項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑

教師提供了一種實(shí)物裝配圖（見圖10）供學(xué)生參考，并提供了面包板作為搭建電路的載體。最后，許多學(xué)生成功制作了如圖11所示的門窗防盜報警裝置。

教師再次展示了門窗防盜報警裝置的工作原理。學(xué)生經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，自己制作的報警器在門關(guān)閉時，LED發(fā)光；而教師展示的裝置在門關(guān)閉且處在工作狀態(tài)時，LED不發(fā)光。這一現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生反思：為什么實(shí)際生活中的門窗報警裝置要這樣設(shè)計？

對于實(shí)驗(yàn)手冊上的門窗防盜報警裝置電路圖，教師提出問題：“這個電路圖在實(shí)際生活中存在什么弊端？如果門窗關(guān)閉的時候，電路處于工作狀態(tài)，LED發(fā)光，會不會被小偷發(fā)現(xiàn)防盜報警裝置處于工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致小偷選擇其他地方進(jìn)入？電路應(yīng)該如何改進(jìn)才能避免發(fā)生這個情況？”請學(xué)生重新設(shè)計門窗防盜報警裝置的電路圖。

3.6" 任務(wù)六：回歸生活，項(xiàng)目改進(jìn)，增強(qiáng)創(chuàng)新意識

學(xué)生提出將電路圖9中的LED拿掉就可以實(shí)現(xiàn)不發(fā)光只發(fā)聲的功能。針對這個方案，有學(xué)生指出，當(dāng)門窗關(guān)閉導(dǎo)致干簧管閉合時，雖然電路處于工作狀態(tài)，但實(shí)際上并未實(shí)現(xiàn)任何的功能，而串聯(lián)的定值電阻在此期間持續(xù)消耗電能。從節(jié)能的角度來看，這樣的設(shè)計還是不夠完美。

經(jīng)過師生共同討論和研究，學(xué)生得到如圖12所示的電路設(shè)計。只有在門窗被打開時，報警裝置才會觸發(fā)報警。而在平時，電路不工作，從而實(shí)現(xiàn)了更加節(jié)能省電的效果。根據(jù)圖12的設(shè)計，學(xué)生搭建出門窗防盜報警裝置的成品。

學(xué)生撰寫產(chǎn)品說明書，詳細(xì)介紹門窗報警的優(yōu)點(diǎn)、產(chǎn)品構(gòu)成、使用方法以及注意事項(xiàng)。隨后，學(xué)生展示自己的勞動成果，對自己設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行介紹和分享。在講解過程中，教師應(yīng)當(dāng)及時地幫助學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)，指出他們在知識和技能方面存在的不足。通過學(xué)生間的交流以及教師的補(bǔ)充，學(xué)生建構(gòu)了一個更加系統(tǒng)的知識體系。

分析：在這個過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生用批判性的眼光去看待自己的設(shè)計，從節(jié)能環(huán)保、安全性等多個角度去思考所設(shè)計的門窗報警裝置存在的不足，并據(jù)此修正設(shè)計方案。這樣的教學(xué)方式使學(xué)生設(shè)計的報警裝置更符合生活實(shí)際。

4" 深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)路徑的思考

深度學(xué)習(xí)應(yīng)該是相對于淺層學(xué)習(xí)的。淺層學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是知識的積累，在這一過程中，教師采用的更多的是“講授式”教學(xué)方法，是以教師為主體的課堂。而深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是核心素養(yǎng)的發(fā)展，是以學(xué)生為主體，參與過程實(shí)踐，自主建構(gòu)知識和理解，并將物理觀念和科學(xué)思維遷移到解決新問題的過程。

4.1" 注重學(xué)生的主體地位

在深度學(xué)習(xí)理念下的課堂中，教師扮演的角色是課堂的“導(dǎo)演”、課堂的“編劇”，只在關(guān)鍵時刻教師才需要客串下“演員”；而學(xué)生才是課堂的真正“主演”。在生動的情境激發(fā)下，學(xué)生的好奇心被點(diǎn)燃。他們運(yùn)用學(xué)過的知識深度分析新的問題，與他人協(xié)作，共同探討復(fù)雜問題，并在學(xué)習(xí)過程中深度反思過程和結(jié)果，不斷修正和優(yōu)化自己的學(xué)習(xí)策略。在“以學(xué)生為中心”的課堂中，教師應(yīng)該尊重學(xué)生的個體差異和學(xué)習(xí)路徑，鼓勵他們用自己的方式進(jìn)行探索和發(fā)現(xiàn)。

4.2" 注重問題導(dǎo)向原則

“問題導(dǎo)向”的學(xué)習(xí)方式以發(fā)現(xiàn)問題為前提，以解決問題為結(jié)果。學(xué)生以制作門窗防盜報警裝置這個實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，在子問題的驅(qū)動下，通過層次分明的結(jié)構(gòu)化問題，逐步深化對學(xué)科知識的理解。針對性的問題設(shè)計激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，結(jié)構(gòu)化的問題設(shè)計拓展了學(xué)生思維的深度，而難度層次不同的問題設(shè)計決定了學(xué)生活動的形式。因此，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的課堂應(yīng)該是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程。

4.3" 注重過程實(shí)踐體驗(yàn)

在深度學(xué)習(xí)理念的指導(dǎo)下，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)應(yīng)該著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，通過“做中學(xué)”的模式，推動育人朝向“實(shí)踐育人”的目標(biāo)發(fā)展。在實(shí)踐過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)知識、運(yùn)用知識，從而建構(gòu)自己的知識體系，并通過反思糾正，培養(yǎng)批判性思維、質(zhì)疑精神和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。同時，教師通過在實(shí)踐過程中創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)過程，可以幫助學(xué)生形成科學(xué)的思維方式。

參考文獻(xiàn)

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