指向“5E+”的項目化教學設計與實施研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2025）8-0036-6

在“三新\"教育改革背景下，初中物理課程積極構建項目化教學模式，通過真實情境驅動實現學科核心素養培育目標。依據《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標\"）要求，課程設計應注重跨學科整合，將物理知識與生活實踐、工程技術、社會發展等領域深度融合，踐行“生活-物理-社會\"的課程邏輯[1]。本文以“制作樓梯雙控燈”為例開展跨學科實踐項目，通過系統設計的工程實踐活動，重點強化學生分析探究、協作實踐及問題解決等綜合能力，同步滲透工程思維培養，促進核心素養的全面提升，為物理課程改革提供可操作的實施范例。

1 項目化學習教學現狀分析

傳統物理教學中存在3個亟待解決的問題：① 知識碎片化，如：電路知識以公式記憶為主，缺乏真實場景應用； ② 思維淺表化[2]，如：實驗多為驗證性操作，缺乏高階思維（如系統設計、問題解決），很難培養創新人才； ③ 評價單一化，如：過度依賴紙筆測試，忽視工程思維與創新能力評估。

為解決這些問題，本文引入項目式學習并進行改進。項目式學習通過提供真實、有挑戰性的問題情境，驅動學生自主參與探究任務，從而將學科知識的學習貫穿于解決問題的科學實踐中，有效培養學生的綜合素養，為發展素質教育的教學提供一種新的選擇[3]

2 構建\"5E ?+ 工程設計\"項目化教學模式

筆者構建了如圖1所示的“ 5E+ 工程設計”項目化教學模式，將科學探究（ 5E+ 模式）與工程設計思維形成互補雙鏈，通過“情境一問題一方案一產品”的迭代實現思維進階，突破傳統5E模式止步于理論解釋的局限，增加工程實踐環節，形成“認知建構一實踐創造\"的完整閉環。

3基于 ⁶⁶5E+ 工程設計\"的樓梯雙控燈項目化學習設計策略與任務實施

在教育實踐創新的浪潮中，跨學科項目化學習成為提升學生綜合能力的重要途徑，基于 ^?5E+ 工程設計”教學模式，構建如下項目化學習設計策略與對應任務。

3.1 設計策略

基于現實性、實現性與主題性原則，從現實需求出發確定主題方向，以合理物料方案搭建實踐基礎，緊密結合教學設計優化教學過程，為樓梯雙控燈項目化學習筑牢根基。圖2是樓梯雙控燈項目化學習設計策略圖。

依現實性，初定主題方向。通過查閱資料，在相關課例的基礎上，初定主題方向并遵循以下兩個原則：實踐性原則，與現階段所學知識緊密結合，利用現階段知識解決主題中的實踐性問題；實用性原則，跨學科實踐要具有現實需求的實用性，以滿足學校、班級、家庭或社區等的實際需要。

依實現性，以物料方案得雛形。在設計實踐過程中：首先，考慮實現功能，明確搭接方案；其次，考慮物料成本，明晰是否符合現有情況，合理控制成本，以保證跨學科實踐的持續開發；最后，明確成果形式，根據具體需要及主題選擇成果的展示形式。

依主題性，結合教學設計出成品。開發的目的是優化教學設計，故需要考慮教學實踐。首先，是時間成本，優化時間分布；其次，是整合優化設計，優化各環節的設計，以建立相對穩定和諧的設計結構；最后，是預留接口，要設計出學生能感受的未來接口，為未來觀察留有方向和機會。

3.2 任務實施

依托學情、學法，基于項目化學習設計策略，構建了如圖3所示的樓梯雙控燈項目化學習任務群。

任務一：明用途，整體感知。留心生活，感受生活中的樓梯燈，明確任務，找到樓梯燈的工作原理。

任務二：試設計，定電路圖。通過需求分析，找到樓梯雙控燈的開關需求，找到所需元件，動手設計電路圖，教師引入新元件—單刀雙擲開關，學生嘗試運用新元件設計電路圖，接著在小組內討論并評估。

任務三：連電路，制作模型。小組合作制作雙控燈，思考連接過程中需要注意的事項，接著調試電路，理解雙控電路的工作原理。

任務四：展項目，評估交流。探究方式：各小組派代表展示本組項目作品，各組利用評價表格打分，匯總評價后，評出一、二、三等獎，教師點評發言，表揚優秀之處，指出改進點，幫助學生發展物理核心素養。

任務五：改項目，進階優化。觀察各組項目成果后，取他組精華之處，優化本組項目，使其功能更加完善，結構精簡。優化展示平臺，使其真正成為可使用的產品。

任務六：改智能，項目應用。小組間討論雙控燈在生活中的應用，找到各種應用中的共性，探索出實現電器智能化的簡便方法。

4 “5E + 工程設計”思想下“制作樓梯雙控燈\"項目化教學實施

在核心素養與項目化融合深化的背景下，4 5E+ 工程設計\"模型以其獨特的優勢成為跨學科建構的有利橋梁。“制作樓梯雙控燈\"項目化教學以物理電學原理為內核，嵌人工程設計的需求分析，通過結構化的5E流程設計，推動學生在跨學科實踐中實現知識建構與問題解決能力的雙向提升。圖4是基于“ 5E+ 工程設計”思想下的樓梯雙控燈項目化學習實施流程圖。

圖4樓梯雙控燈項自化學習實施流程圖

4.1 項目背景

4.1.1 教學內容分析

2022版課標對電路的要求是會識別電路、連接電路、繪制電路圖，這些技能也將直接關系到以后各章電學知識的學習。學生在學習電學基礎后，對電學內容已有初步認識。基于此，本節課組織學生從生活現象出發，分析樓梯雙控燈的電路原理，嘗試動手設計電路，并制作模型。

4.1.2 學生學情分析

基于九年級學生的認知，學生已掌握電學的相關知識，但大部分學生僅停留在對知識的機械記憶上，缺少深度學習研究，很少與生活實踐聯系，不會應用已掌握的基礎知識。在思維方式上，學生逐步由形象思維向抽象思維過渡，慢慢具備基本的觀察、分析、歸納能力，但物理與工程融合的能力還比較薄弱。因此，在教學中要注重學習方法的指導，注重物理核心素養和工程思維的培養，促進學生學習的主觀能動性。

4.2 基于\"5E + 工程設計”的核心素養目標

在發展學生核心素養的教育模式下， ^…5E+ 工程設計\"以“分析、探究、優化、總結、拓展、評價”為教學方式，融合工程實踐的問題解決邏輯。本項目聚焦物理學科核心素養，通過跨學科實踐搭建核心素養培育的立體平臺，表1為核心素養目標。

表1核心素養目標

4.3 設計教學情境，組織課堂實施

4.3.1 Engage（引入問題，激發興趣）

教師播放自制微課視頻一學生在校探究樓梯雙控燈（學生從二樓打開開關，發現燈亮，下到一樓再次打開開關，發現燈滅）。播放時引導學生分析樓梯雙控燈的原理，激發學生的興趣，引起學生深入思考。

子問題1觀察生活中的樓梯燈，你發現了什么？

子問題2如何通過設計與制作樓梯雙控燈揭秘它的工作原理？

設計意圖由自制微課視頻引入，拉近學生與物理間的距離，激發學生學習物理的興趣，為之后設計“一燈雙控\"電路打下堅實的認知基礎，

4.3.2 Explore（探究原理，方案設計）

為了完成樓梯雙控燈的項目產品，首先要進行“一燈雙控\"電路設計，細化問題，引導列出驅動問題串。

任務一明用途，整體感知

子問題1在黑暗的環境下，同學們下樓時對

燈光的要求是什么？到達一樓后對燈光的要求又是什么？

子問題2要實現雙控燈的功能，需要哪些電學元件？

工程實踐引發學生的認知沖突，建立對樓梯雙控燈項目的整體認知，初步用工程實踐的思想形成問題意識。

設計意圖學生自主具化項目內容，層層遞進實施項目，發散思維，發揮學生學習的主觀能動性。

任務二試設計，定電路圖

小任務1嘗試根據電學元件，初步設計雙 控燈電路。

子問題1你能利用桌面所給器材，設計雙控燈電路圖嗎？

小任務2對初步設計的雙控燈電路圖進行小組交流評估。

子問題2你設計的雙控燈電路圖能實現雙控功能嗎？如果不能，如何改進？

小任務3優化設計，認識單刀雙擲開關，并設計雙控燈電路圖。

子問題3你能利用單刀雙擲開關再次優化設計雙控燈電路圖嗎？請在圖中設計。

工程實踐通過初步的分析，建立對物理概念與規律的認知，構建樓梯雙控燈的完整體系。

設計意圖通過電路分析理解雙控電路原理，讓學生初步設計解決方案。

4.3.3 Explain（知識建構，理論驗證）

小任務1對設計的雙控燈電路圖進行小組交流評估。

子問題1你設計的雙控燈電路圖能實現雙控功能嗎？你能分析雙控燈的工作原理嗎？

工程實踐培養學生設計項目的能力，形成工程設計和科學探究的能力。

設計意圖小組展示初始設計，接受師生提問，如“如何防止短路”，結合反饋優化電路圖，明確元件布局與安裝邏輯。學生逐步細化項目任務，以層層深入、科學推理的方式列出本項目的問題串，有利于幫助學生建立物理思維。

4.3.4 Elaborate（深化實踐，原型制作）

任務一連電路，制作模型

小任務1小組合作制作雙控燈。

子問題1如何利用實驗室或家庭電路的器材，小組合作制作雙控燈？

子問題2連接電路時，有哪些地方需要注意？

小任務2調試電路（可行性分析）。

子問題3調試電路，檢查電路是否能實現雙控燈功能？

小任務3理解雙控燈電路的工作原理。

子問題4雙控燈電路是如何實現雙控的？

教師引導學生根據設計的電路圖，結合細化任務，小組間合作完成項目制作，圖5所示是學生分小組完成的項目作品。教師在巡視過程中發現學生遇到的問題，并及時解答和指導。

圖5樓梯雙控燈制作模型

工程實踐利用設計的原理圖，動手連接實物圖，實現科學技術原理向技術產品的轉化，通過制作樓梯雙控燈的模型，讓學生自主評估技術的可行性。

設計意圖學生小組動手制作樓梯雙控燈，充分發揮學生的聰明才智，由被動學習轉變為主動學習。

4.3.5 Evaluate（多維評估，遷移應用）

任務一展項目，評估交流

根據制作的項目成品，組織各組組長匯報展示。教師組織學生利用評價表給各組評分，注意公正、有效評分（表2）。

表2“雙控燈”作品評價表

工程實踐教師提供展示平臺給學生展示制作的成品，各組員利用多元評價表對工程設計實踐進行評價，同時也為工程實踐優化提供有力支撐。

設計意圖創新綜合評價改革，全方位、多角度發展學生綜合素質，強化學生對項目化課程的理解與掌握。

任務二改項目，進階優化

小任務1小組合作，優化雙控燈。

子問題1你覺得雙控燈電路有哪些地方可以進行優化，變得更美觀？

小任務2小組合作，優化展示平臺。

子問題2為了更好地演示、講解雙控燈的應用價值，如何優化展示裝置平臺，變成一個完整的、美觀的產品？

工程實踐通過評價的結果進行反饋和思考，通過深度思考實現思維的優化，促進工程產品的升級與提升。

設計意圖通過優化設計，改進連接方式，促使學生深人思考，最終形成美化后的項目產品。

任務三改智能，項目應用

教師組織學生討論雙控燈在生活中的應用。

小任務1小組討論雙控燈的應用。

子問題1除了樓梯雙控燈，說說在生活中哪些地方應用到雙控燈？

小任務2小組討論如何改進雙控燈。

子問題2如何使樓梯雙控燈更智能一些？

工程實踐通過融合智能化組間協作，激發學生的創新工程思維，不斷迭代優化，實現產品的更新換代。

設計意圖引人智能家居，讓學生感受科技給生活帶來的便利，使學生感受物理與科技相結合的力量。

任務四綜合評價，反思提升

教師組織學生利用表3進行多元綜合評價與實踐反思。

表3項目化學習效果評價表

設計意圖此評價表從多元化評價主體、多維度評價內容和多樣化評價方式出發，讓學生了解自己的學習情況，明確努力的方向。

5結語

通過開展項目化學習，改革傳統教學模式，創設真實情境和設計驅動問題，從“情境一需求分析—電路圖設計—質疑優化一分析原理—制作作品—交流評價一優化產品一解決問題—評價反思”入手，在課堂上以學生為本，層層引導，推動教學，旨在培養學生核心素養。在這一過程中，不僅促進教師教學水平提高，還激發學生的探究欲望，發展高階思維，不斷培養學生的核心素養，實現 5E+ 工程設計”思維的形成。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]吳興海.指向科學思維培養的初中科學深度學習教學設計——以“電荷與電流\"第一課時為例[J].中學物理教學參考，2024，53（11）：40-44.

[3]龔佳雯，須萍.基于項目式學習的教學設計研究以“自制留聲機”為例[J].中學物理教學參考，2024，53（11）：36-39.

（欄目編輯 鄧磊）