深度學習理念下物理學科項目化學習路徑設計

摘" 要：指向核心素養的深度學習是當前教學改革的方向。在物理學科教學改革的深化和落實路徑中，將教學與項目化學習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”為例進行項目化學習路徑設計，為設計并拓展物理學科的深度學習提供參考。

關鍵詞：深度學習；項目化學習；學習路徑

1" 理論基礎

深度學習指的是學生在探究欲的驅使下，積極主動地進行的有助于健康發展的、有意義的學習過程。美國教育心理學家本杰明·布魯姆（Benjamin Bloom）將學習者的認知思維目標層次劃分為六個層層遞進、逐步深入的層級：認知、理解、應用、分析、評價、創新。［1］布魯姆的六大認知層級理論為深度學習提供了一個有序且系統的學習路徑。

項目化學習以學生為中心，以解決真實問題情境為起點，確定項目主題，規劃并設計項目研究方案。通過小組協作實施，在過程中合作解決難題，最終完成項目并且展示匯報。項目化學習的核心要素分別為“挑戰性問題”“持續探究”“真實性”“學生的聲音和選擇”“反思、批判性和修正”“公共產品”。項目化學習是基于真實情境的系統性學習和研究活動。它通過創設問題情境，激發學生深入思考與主動研究的熱情，從而促使學生從傳統的學科性學習模式走向綜合性學習模式。

2" 深度學習理念下物理學科項目化學習路徑設計

基于以上深度學習的思維目標層次以及項目化學習的核心要素，結合《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》、課程內容和高考要求，深度學習理念下的高中物理項目化學習路徑［2］，應該包含項目引入、項目理解、項目設計、項目分析、項目評價以及項目改進（見圖1）等核心內容。

3" “門窗防盜報警裝置”的項目化學習路徑

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節的“實驗1" 門窗防盜報警裝置”為例，創設情境，鍛煉學生的邏輯思維，培養他們的探究精神和創新意識。

3.1" 任務一：創設情境，引出項目，激發認知興趣

教師創設情境，將門窗防盜報警裝置安裝在學生進來的門上。當最后一位同學要進來的時候，教師將報警裝置打開，學生開門時報警裝置發出警報聲。這時，教師提出問題：“為什么門打開會發出報警的聲音？”通過問題引發學生求知興趣，并確定設計和制作“門窗防盜報警裝置”這一具有挑戰性的學習任務。

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

3.2" 任務二：小組合作，理解項目，培養探究精神

3.2.1" 臺階一：設計問題，引出電學元件

通過對門窗防盜報警裝置的功能分析，教師引導學生一步步分析得到實現這些功能所需要的電學元件（見表1）。

3.2.2" 臺階二：探究干簧管原理

教師對干簧管的構造進行說明。干簧管的構造如圖2所示。接著，教師提問：“干簧管的工作原理是什么？”由于學生已經學習過磁化的相關知識，他們知道當磁體靠近時，干簧管的簧片會被磁化并產生不同的極性。在磁力超過簧片自身彈性的情況下，簧片會吸合，從而導通回路。教師進一步提出“如何設計實驗對干簧管的工作原理進行驗證”的問題。學生指出，可以使用電阻表來檢測干簧管是否閉合，并進行數據測量。實驗結果顯示，當磁體靠近干簧管時，干簧管閉合，電阻表示數為零；當磁體遠離干簧管時，干簧管斷開，電阻表示數無窮大。

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驗的核心部分，其主要功能是轉換電路的狀態（見圖3）。當電流從d端流入線圈并從e端流出時，線圈產生磁場，吸引銜鐵，使得動觸點c與常開觸點a連通。當線圈不導電時，動觸點c與常閉觸點b導通，從而實現控制電路的開關。學生將電源的正、負極分別接到d、e兩端，親身感受銜鐵被吸合的過程。通過教師講解結合小組實驗的方式，學生可以更好地理解電磁繼電器的工作原理，為后續門窗防盜報警裝置的制作鋪設臺階。

3.3" 任務三：應用所學，項目設計，提升應用能力

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

分析：學生根據干簧管和電磁繼電器的工作原理，將干簧管與門窗的開關動作建立聯系，將發聲和發光兩路電路與電磁繼電器連接起來。通過將所學到的知識應用到電路的設計中，學生提升了實踐應用能力。

3.4" 任務四：展示電路，項目分析，鍛煉邏輯思維

教師將小組設計的電路圖進行投屏展示，并引導同學們進行討論和分析。小組設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。

學生小組經過討論分析，得到以下結論。門窗的開和關對圖4電路沒有影響，因此該電路不能通過門窗的開和關實現報警和能夠工作兩種電學狀態的轉換。發光二極管在微電流下正常發光，通常需要串聯保護電阻，但是在圖5中并沒有設計保護電阻；當門窗關閉的時候，常開型干簧管閉合，使電路處于正常工作狀態，LED發光；當門窗打開時，干簧管斷開，使電路處于報警狀態，蜂鳴器發出警報聲。然而，在圖6中，門窗打開時對應的電學狀態是發光；門窗關閉時對應的電學狀態是報警，此時蜂鳴器發出警報聲。此外，由于發光二極管具有單向導通性，圖7中電池的正、負極接反了，導致無法正常發光。圖8中的電路設計可以滿足上述要求，通過干簧管感知門窗開關，利用電磁繼電器實現電學功能的轉換。因此，教師引導學生在圖8的基礎上將電路圖進一步優化，使其僅用一個電池進行供電，改進后的電路圖如圖9所示。

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

3.5" 任務五：制作成品，評價項目，引導學生質疑

教師提供了一種實物裝配圖（見圖10）供學生參考，并提供了面包板作為搭建電路的載體。最后，許多學生成功制作了如圖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。學生經過觀察發現，自己制作的報警器在門關閉時，LED發光；而教師展示的裝置在門關閉且處在工作狀態時，LED不發光。這一現象引發學生反思：為什么實際生活中的門窗報警裝置要這樣設計？

對于實驗手冊上的門窗防盜報警裝置電路圖，教師提出問題：“這個電路圖在實際生活中存在什么弊端？如果門窗關閉的時候，電路處于工作狀態，LED發光，會不會被小偷發現防盜報警裝置處于工作狀態，從而導致小偷選擇其他地方進入？電路應該如何改進才能避免發生這個情況？”請學生重新設計門窗防盜報警裝置的電路圖。

3.6" 任務六：回歸生活，項目改進，增強創新意識

學生提出將電路圖9中的LED拿掉就可以實現不發光只發聲的功能。針對這個方案，有學生指出，當門窗關閉導致干簧管閉合時，雖然電路處于工作狀態，但實際上并未實現任何的功能，而串聯的定值電阻在此期間持續消耗電能。從節能的角度來看，這樣的設計還是不夠完美。

經過師生共同討論和研究，學生得到如圖12所示的電路設計。只有在門窗被打開時，報警裝置才會觸發報警。而在平時，電路不工作，從而實現了更加節能省電的效果。根據圖12的設計，學生搭建出門窗防盜報警裝置的成品。

學生撰寫產品說明書，詳細介紹門窗報警的優點、產品構成、使用方法以及注意事項。隨后，學生展示自己的勞動成果，對自己設計的產品進行介紹和分享。在講解過程中，教師應當及時地幫助學生進行歸納總結，指出他們在知識和技能方面存在的不足。通過學生間的交流以及教師的補充，學生建構了一個更加系統的知識體系。

分析：在這個過程中，教師引導學生用批判性的眼光去看待自己的設計，從節能環保、安全性等多個角度去思考所設計的門窗報警裝置存在的不足，并據此修正設計方案。這樣的教學方式使學生設計的報警裝置更符合生活實際。

4" 深度學習理念下物理學科項目化學習路徑的思考

深度學習應該是相對于淺層學習的。淺層學習強調的是知識的積累，在這一過程中，教師采用的更多的是“講授式”教學方法，是以教師為主體的課堂。而深度學習強調的是核心素養的發展，是以學生為主體，參與過程實踐，自主建構知識和理解，并將物理觀念和科學思維遷移到解決新問題的過程。

4.1" 注重學生的主體地位

在深度學習理念下的課堂中，教師扮演的角色是課堂的“導演”、課堂的“編劇”，只在關鍵時刻教師才需要客串下“演員”；而學生才是課堂的真正“主演”。在生動的情境激發下，學生的好奇心被點燃。他們運用學過的知識深度分析新的問題，與他人協作，共同探討復雜問題，并在學習過程中深度反思過程和結果，不斷修正和優化自己的學習策略。在“以學生為中心”的課堂中，教師應該尊重學生的個體差異和學習路徑，鼓勵他們用自己的方式進行探索和發現。

4.2" 注重問題導向原則

“問題導向”的學習方式以發現問題為前提，以解決問題為結果。學生以制作門窗防盜報警裝置這個實際問題為出發點，在子問題的驅動下，通過層次分明的結構化問題，逐步深化對學科知識的理解。針對性的問題設計激發了學生的認知沖突，結構化的問題設計拓展了學生思維的深度，而難度層次不同的問題設計決定了學生活動的形式。因此，促進學生深度學習的課堂應該是發現問題、分析問題、解決問題的過程。

4.3" 注重過程實踐體驗

在深度學習理念的指導下，項目化學習應該著重強調學生在實踐中的學習體驗，通過“做中學”的模式，推動育人朝向“實踐育人”的目標發展。在實踐過程中，學生學習知識、運用知識，從而建構自己的知識體系，并通過反思糾正，培養批判性思維、質疑精神和嚴謹細致的科學態度。同時，教師通過在實踐過程中創設學習情境，引導學生深度參與學習過程，可以幫助學生形成科學的思維方式。

參考文獻

［1］趙婷婷，楊翊.中國大學生高階思維能力測試的本土開發與質量驗證［J］.教育科學，2024，40（1）：78-86.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：74.