深度学习视域下的项目式学习的教学设计

收稿日期：2023-10-23

基金项目：浙江省教育信息化研究课题“‘工程式设计’：STEM理念下科学实验探究的创生研究”（2023ETD006）。

作者简介：朱依凤（1988-），女，中学一级教师，主要从事初中科学教学工作。

摘  要：新课程指出要推进项目式学习，基于深度学习理念下的项目式学习在培育核心素养方面极具优势。为此，以“力的存在”教学为例，围绕项目式学习任务，通过确立项目主题、形成项目方案、开展项目实施、进行项目展示、深化项目拓展，实现活动与体验、联想与结构、本质与变式、迁移与应用、价值与评价的深度学习目标。

关键词：深度学习；项目式学习；力的存在；初中科学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）3-0077-6

《义务教育课程方案（２０２２年版）》的培养目标中提到，学生要学会在真实情境中发现问题、解决问题，具有探究能力和创新精神。《义务教育科学课程标准（２０２２年版）》在１３个学科核心概念中提出“工程设计与物化”概念。项目式学习强调真实情境，让学生参与到科学与工程实践活动中，学习并能应用多学科的知识，设计实验方案或实物作为项目产品，此内涵与课程方案和课程标准的要求相契合。

深度学习是指“在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程”［１］。深度学习强调要对知识有清晰、透彻的理解，要做到活学活用、举一反三，在真实情境中开展项目式学习是深度学习的重要方式和手段，是理解学科核心概念、发展科学思维、提升学生科学核心素养的有效路径。

１    教学设计路径

基于对项目式学习的内涵分析，提出了促进深度学习的项目式学习教学设计，以交流项目主题、思考项目设计、实践项目实施、评价项目展示、反思项目拓展五个环节开展教学，设计路径如图１所示。

深度学习需要深度的心理专注和思维参与，教师应在教学中给予学生充分而自由的空间，以项目式学习为主线，以“交流、思考、实践、评价、反思”等深度学习要素为暗线，在项目式学习过程中让学生对知识有全面而深刻的理解，将学习心智发挥到极致，促使思维品质的提升。

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图 １  项目式学习教学设计路径

２    项目式教学案例

“力的存在”第一课时以“帮助一只想飞的气球”为项目式学习主线，在真实问题情境中引导学生深度参与，以“问题线”“知识线”“深度学习线”展开教学。

２．１    教材分析

“力的存在”是浙教版《科学》教材七年级下册第三章第二节的内容。这节课是在学习机械运动之后，进一步认识力的相关知识和概念，是后续学习“运动与力的关系”的基础。可以根据项目式学习制订项目目标。

科学观念：能根据力的作用的实例概括出力的意义——力是物体和物体之间的相互作用。

科学思维：能通过观察与思考、分析与比较，概括出力的作用效果，从力的作用效果确认力的存在。

科学探究：经历科学探究，交流合作，认识力的相互性，并能用力的相互性解释有关现象。

科学态度与责任：能关注科技发展和科技前沿，有创新意识和团队协作意识。

２．２    项目流程

促进深度学习的项目式学习以问题线、知识线贯穿五个教学环节，在问题驱动中探寻知识，在项目实践中实现活动与体验、联想与结构、本质与变式、迁移与应用、价值与评价的深度学习，如图２所示。

２．２．１    真实情境的项目主题，促进活动与体验的发生

深度学习崇尚学生的内在情感。情感为学生深度学习注入了动力，教师要提高学生学习科学的内驱力，提高学生学习的思维张力［２］。活动与体验能激发学生的内在情感，让学生全身心投入到课堂中。

教师设问：一只小小的气球居然有一个想飞的梦想，你能帮助它实现梦想吗？你有什么能力让它飞起来？学生认为，可以用力使它飞起来。你感受过力吗？教师拿出体育器材——杠铃，请一个学生多次挺举杠铃。追问学生有何感受？学生多次挺举之后感到手酸。

设计意图：让学生在活动与体验中感受力的存在。我们的祖先就是在推、拉、提、压等引起肌肉酸痛的活动中感受到了力的存在。引导学生观察生活、体验生活，以“帮助一只想飞的气球”激发学生的学习兴趣。

２．２．２    自主设计的项目方案，促进联想与结构的发生

深度学习关注学生的思维品质发展，运用高阶思维支撑学习，学生的思维品质发展是深度学习的核心［２］。联想与结构是培养高阶思维的基石，学生由表面现象到深入剖析，在联想中构建概念。

教师设问：尽你所能，想一想如何让桌上静止的气球动起来？

学生认为，可以用笔等工具拨动它，用嘴等吹动它。

教师追问：请你进一步描述用笔、用嘴等让气球动起来的原理是什么？

学生讨论后得出笔、嘴等对气球有力的作用的结论。

设计意图：以“谁能帮它飞”设问，强调问题中的主体是“谁”，这里的“谁”其实是指“力”。教师引导学生通过联想开展头脑风暴，寻找让静止在桌上的气球动起来的办法，用不断追问的方法让学生寻根溯源，激发理性思维，深入思考气球动起来的本质原因是其他物体对气球有力的作用，为进一步认识力埋下伏笔。

教师设问：根据书本中列举的几种力（图３），指出各个力涉及哪几个物体，反映了物体间怎样的关系？并记录到表１中。

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（ａ）人推轮椅

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（ｂ）压路机压路面

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（ｃ）磁铁吸螺钉

图 ３  浙教版《科学》七年级下册列举的力

设计意图：力的概念非常抽象，仅从教材中的三张图片概括其意义十分困难。以表1的形式让学生分析，为构建概念提供支架，可以帮助学生将抽象的概念具象化。引导学生对三种形式的力进行细致分析，发现每一种力都涉及了两个物体，通过比较总结得出“力是物体对物体的作用”。

表 １  物体间力的作用

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２．２．３    合作实践的项目实施，促进本质与变式的发生

科学探究是学生深度学习的重要体现，其通过质疑、设计、讨论、解释、评价等活动推进学习进程，是培养学生核心素养的重要途径［２］。学习《科学》课程，需要学生能够具备透过现象看本质的能力和举一反三的变式能力。

教师设问：想一想气球在力的作用下会产生哪些作用效果？

学生认为，可以让它变大，可以让它摇晃起来，可以拍打它，可以往上抛它。

教师引导学生将各种方法列举出来进行比较并归类，容易得出“力能使物体发生形变”的结论。同时，请一个学生演示抛气球，教师让其他学生仔细观察的同时把视频拍摄下来，在播放过程中通过暂停、回放、比较，让学生在体验和活动中得到“力可以改变物体的运动方向和运动速度”的结论。

教师展示：为什么轻轻挤压塑料瓶很容易发生形变，而用力挤压玻璃瓶却没有什么变化？在学生得出力的作用效果之后，以塑料瓶和玻璃瓶两个演示实验引发学生的认知冲突。玻璃瓶发生形变了吗？有什么办法可以证明？教师引导学生回忆在学习声音的相关知识时，用棒槌敲打鼓面的时候，在鼓面上放一些纸屑（图４），纸屑有什么作用？这种将微小变化放大的方法可以给我们一些启示。学生从桌面上的器材盒中发现了废弃的笔芯，提出可以先将玻璃瓶内装满水，然后将它们插入装有橡皮塞的玻璃瓶中。以笔芯中液面的变化来寻找玻璃瓶发生形变的证据，如图５所示。

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图４  浙教版《科学》七年级下册鼓声与振动

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图 ５  玻璃瓶发生形变课堂实验场景图

设计意图：以“帮它怎样飞”作为主问题，强调“怎样”，用一系列子问题得出“力的作用效果”。“玻璃瓶是否发生形变”是寻找力的作用效果中的变式，引导学生从已有知识出发，用纸屑在鼓面上的运动证明物体振动中的作用，引发学生进一步思考，提出用笔芯来证明玻璃瓶的形变。

教师设问：是否寻找到了玻璃瓶发生形变的证据，已经完成的小组请举手。

有一个小组没有举手，学生流露出为难的表情。教师询问得知，虽然学生非常用力地挤压玻璃瓶，但始终没有看到液面上升。教师展示该小组的实验器材，并与其他小组进行比较，请学生仔细观察并寻找原因，如图６所示。通过仔细比较后发现，该小组的笔芯是管径比较粗的水笔芯，而其他小组是管径比较细的圆珠笔芯。换用更细的圆珠笔芯后得到了液面上升的证据。学生发现，管径越细，液面上升的现象越明显。

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图 ６  玻璃瓶中不同粗细笔芯比较图

设计意图：教师在器材准备的时候特意选了两种笔芯，圆珠笔芯比较细，挤压玻璃瓶之后，液面上升现象非常明显，马上就能得到玻璃瓶发生形变的结论。而水笔芯比较粗，有些学生用力挤压也看不到液面的上升。没有得到预想结论的小组开始质疑、观察、思考、交流并再次实验。这样的设计让学生全情投入，促进深度学习的发生，同时能够培养学生实事求是的科学精神。

２．２．４    交流评价的项目展示，促进迁移与应用的发生

深度学习强调能迁移与应用，即能够在新的情境中解决问题。学生在任务驱动的小组合作中，积极主动开展深入思考，在迁移中尝试从不同条件、不同方向来审视问题。

教师设问：我们已经知道了力的概念以及作用效果了，那么怎么去利用“力”呢？请同学们小组合作，准备发射气球，让它快速飞起来。

学生利用打气筒将气球吹大，然后用手捏住气球口，突然放手，气球就能飞起来了。

教师追问：气球往前的力是哪个物体施加的？

学生回答是气体。

教师继续追问：气球往后喷气，气体往前推气球说明了什么？将气球认为是Ａ，它喷出的气体认为是Ｂ，你将用什么表示两者之间的关系？

引导学生构建思维模型，如图７所示。

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图 ７  思维模型构建图

设计意图：以“怎样帮它飞”设问。强调“怎样”，让学生学会利用力来完成项目任务。同时，深入研究项目既能完成涉及的科学知识，又能让学生理解物体间力的作用是相互的。摒弃复杂的文字，舍繁就简，构建思维模型，也为后续区分“平衡力”和“相互作用力”作铺垫。

２．２．５    反思改进的项目拓展，促进价值与评价的发生

深度学习注重学生元认知的参与，教师要打破知识呈现的单一形式，让学习者能根据主题或者问题从自身理解的角度组织或表达学习的结果［２］。通过项目化的拓展，自行个性化的评价，认识到探究的价值，能从中领悟到科学的价值，实现学科育人。

教师设问：同学们都已经让气球飞起来了，但是怎样才能飞得更快呢？我们如何比较哪一组飞得最快？

学生认为，气球吹得越大就能飞得更快。

教师追问：但是气球总是乱飞，怎么比较哪一组飞得快呢？联系运动会的时候，裁判是如何比较同学们谁跑得快的？

学生回答，可以比较相同距离谁先到达。

教师追问：我们是否可以迁移过来想一想如何比较哪一组气球飞得更快呢？