深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)路徑設(shè)計(jì)
——以“創(chuàng)意吉他制作”為例

姜 爽

（教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心；課程教材研究所，北京 100029）

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，為促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，課程學(xué)習(xí)中要倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)或整合學(xué)習(xí)等方法，促進(jìn)學(xué)生基于真實(shí)情境下學(xué)科和跨學(xué)科問題解決能力的發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)的發(fā)展.［1］國內(nèi)外學(xué)者對項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的學(xué)科應(yīng)用、教學(xué)成效等問題的研究結(jié)果表明，學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對于學(xué)生學(xué)科知識的掌握、學(xué)業(yè)成績的提高，以及問題解決能力、協(xié)作能力、自主學(xué)習(xí)能力的培育均有較大的提升作用.［2－4］因此，尋找項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與物理學(xué)科課程的結(jié)合點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo)的有效途徑之一.

1 理論基礎(chǔ)

深度學(xué)習(xí)，是指在教學(xué)中學(xué)生積極參與、全身心投入、獲得健康發(fā)展的、有意義的學(xué)習(xí)過程.它主張以單元學(xué)習(xí)來落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng).在多年研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，深度學(xué)習(xí)教學(xué)改進(jìn)項(xiàng)目組提出了深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐模型2.0，［5］包括素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)、引領(lǐng)性學(xué)習(xí)主題、挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)/活動、持續(xù)性學(xué)習(xí)評價(jià)等4個(gè)核心要素，以及開放性學(xué)習(xí)環(huán)境和反思性教學(xué)改進(jìn)兩個(gè)支持要素.它的提出為教師進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)、開展單元教學(xué)實(shí)踐、進(jìn)行教學(xué)反思與改進(jìn)提供了腳手架.

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是單元學(xué)習(xí)的一種方式，它源于杜威的“做中學(xué)”教育思想和克伯屈等的探索.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是學(xué)生在真實(shí)情境中圍繞一定的主題，在教師設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行較長時(shí)間的開放性探究活動的開展，實(shí)現(xiàn)有意義的知識的建構(gòu)與自身能力的提高的一種教學(xué)模式.隨后，Larmer J.于2015年提出了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，包括學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)和7個(gè)核心要素.［6］其中，學(xué)習(xí)目標(biāo)包括核心知識、理解和成功技能.7個(gè)核心要素分別為挑戰(zhàn)性問題、持續(xù)探究、真實(shí)性、學(xué)生自主表達(dá)和選擇、反思、評價(jià)與改進(jìn)、公共產(chǎn)品.盧卡斯教育研究中心的Baines A.M.等人提出了高質(zhì)量項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的4大原則，即有計(jì)劃的真實(shí)體驗(yàn)、與學(xué)科知識的深度融合、有意義的支持性互動、基于證據(jù)的教學(xué)和評價(jià).［7］2018年，國內(nèi)學(xué)者夏雪梅提出了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的6個(gè)維度，分別為核心知識、驅(qū)動性問題、高階認(rèn)知、學(xué)習(xí)實(shí)踐、公開成果和學(xué)習(xí)評價(jià)，［8］為廣大教師開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提供了操作性強(qiáng)的設(shè)計(jì)模板.

2 深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)路徑

基于上述理論基礎(chǔ)，本文提出了深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)路徑，如圖1所示.物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需要教師建立學(xué)生核心素養(yǎng)與物理學(xué)科核心內(nèi)容之間的關(guān)系，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)生實(shí)際情況，設(shè)計(jì)真實(shí)且富有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動性問題，通過問題的結(jié)構(gòu)化分解確定素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)，明確學(xué)生在各個(gè)子任務(wù)中的素養(yǎng)表現(xiàn).然后，在課程實(shí)施的過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主合作探究式的學(xué)習(xí)實(shí)踐，展示學(xué)生項(xiàng)目成果.同時(shí)，基于學(xué)生素養(yǎng)表現(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)評價(jià)，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、評的一致性.最后，教師在教學(xué)實(shí)踐的過程中以及完成教學(xué)任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)持續(xù)地進(jìn)行教學(xué)反思與改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，期待學(xué)生獲得更好的素養(yǎng)發(fā)展.

圖1 深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)路徑

3 案例實(shí)踐：創(chuàng)意吉他制作

以“創(chuàng)意吉他制作”為例，說明深度學(xué)習(xí)理念下物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)思路、課程實(shí)施以及教學(xué)反思與改進(jìn).

3.1 設(shè)計(jì)真實(shí)、有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動性問題

真實(shí)且富有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動性問題既能吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，引領(lǐng)學(xué)生持續(xù)思考和自主探究的方向.教師可依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材以及學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)障礙、發(fā)展空間、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計(jì)真實(shí)、有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動性問題，并在教學(xué)實(shí)踐的過程中不斷改進(jìn)完善.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在課程結(jié)構(gòu)中將機(jī)械振動與機(jī)械波、電磁感應(yīng)及其應(yīng)用列入選擇性必修課程.該部分內(nèi)容既是普通高中物理課程結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是等級性考試的重難點(diǎn)內(nèi)容.因此，本課程主要面向高二年級選考物理的學(xué)生.然而，即便學(xué)生具有相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，在理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)涵、交變電流和變壓器的工作原理，以及在真實(shí)情境下靈活運(yùn)用所學(xué)物理學(xué)科知識和跨學(xué)科知識解決真實(shí)復(fù)雜問題等方面仍然存在困難.

制作一把可彈奏樂曲的吉他，涉及機(jī)械振動與機(jī)械波、電磁感應(yīng)與變壓器等物理學(xué)科核心知識以及吉他樂理、工程設(shè)計(jì)等跨學(xué)科知識.將這些抽樣的、難以理解的核心知識置于“創(chuàng)意吉他制作及演奏”這個(gè)真實(shí)且富有挑戰(zhàn)性的問題情境中來，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能通過問題的結(jié)構(gòu)化分解，為學(xué)生進(jìn)行持續(xù)思考和自主探究搭建臺階.

3.2 明確素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)

素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)生經(jīng)過物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)后，獲得的核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn).教師應(yīng)以期待學(xué)生理解和掌握的核心知識和關(guān)鍵能力為出發(fā)點(diǎn)，對驅(qū)動性問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分解，并據(jù)此設(shè)計(jì)關(guān)鍵的學(xué)生任務(wù)與活動.然后，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)中課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，綜合物理學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，即學(xué)生在每一個(gè)子任務(wù)中的素養(yǎng)表現(xiàn)，使核心素養(yǎng)具體化，可培育、可觀察、可評價(jià).

“創(chuàng)意吉他制作及演奏”這個(gè)驅(qū)動性問題可分解為5個(gè)子任務(wù)，任務(wù)1是走進(jìn)音樂之聲，了解樂音的基本特征和物理本質(zhì)，以及吉他樂器的相關(guān)知識；任務(wù)2是調(diào)試琴弦音調(diào)，通過學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，了解影響琴弦音調(diào)的主要因素和定量關(guān)系；任務(wù)3是放大吉他樂音，了解共振吉他和電吉他的工作原理，并進(jìn)行決策；任務(wù)4是創(chuàng)意吉他制作，設(shè)計(jì)吉他結(jié)構(gòu)，解決技術(shù)難題，改進(jìn)制作工藝，實(shí)現(xiàn)知識的遷移與應(yīng)用；任務(wù)5是項(xiàng)目成果展示，并對學(xué)生成果進(jìn)行評價(jià).5個(gè)子任務(wù)對應(yīng)的學(xué)生素養(yǎng)表現(xiàn)如表1所示.

表1 “創(chuàng)意吉他制作”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)框架

續(xù)表

3.3 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主合作探究式的學(xué)習(xí)實(shí)踐

教師在學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐的過程中，應(yīng)合理安排學(xué)習(xí)活動、規(guī)劃學(xué)習(xí)進(jìn)程，引導(dǎo)學(xué)生在自主合作探究式的實(shí)踐性學(xué)習(xí)活動中持續(xù)進(jìn)行知識與能力的建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生.此外，教師需要對學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中可能遇到的困難問題、所采用的解決方案進(jìn)行預(yù)設(shè)，以便及時(shí)對學(xué)生進(jìn)行有效地指導(dǎo)和反饋.以任務(wù)2和任務(wù)4為例，說明學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐過程.

3.3.1 任務(wù)2：調(diào)試琴弦音調(diào)

由任務(wù)1可知，音調(diào)、響度和音色為樂音的3個(gè)主要特征.其中，音調(diào)為聲音的高低，取決于琴弦的振動頻率f；響度為人主觀上感覺聲音的大小，取決于振動的振幅；音色由不同物質(zhì)材料的特性決定.根據(jù)觀察結(jié)果，吉他琴弦的粗細(xì)、長度以及琴弦的松緊程度均能影響琴弦的音調(diào)，猜想琴弦的橫截面積S、長度L、張力T是影響琴弦振動頻率f的主要因素.在建立琴弦的振動模型后，以“探究琴弦振動頻率與琴弦長度的定量關(guān)系”為例，展示學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐過程.

實(shí)驗(yàn)探究：采用控制變量法，即在張力T、橫截面積S不變的情況下，探究琴弦長度L與琴弦振動頻率f的關(guān)系.已知任一琴弦，弦長（即品絲到下弦枕的距離）越短，音調(diào)越高，因此猜想琴弦的振動頻率與弦長成反比.采用吉他的第5弦，其在3品、5品、7品、8品、10 品、12 品、14品、15 品的位置，分別對應(yīng)著 C調(diào)的do，re，mi，fa，sol，la，si，do（高音）.通過測量相應(yīng)品絲到下弦枕的距離，探究琴弦振動頻率與琴弦長度的關(guān)系，如表2所示.

表2

圖2 琴弦振動頻率f與弦長倒數(shù)1/L關(guān)系圖

3.3.2 任務(wù)4：創(chuàng)意吉他制作

琴弦振動所發(fā)出的聲音十分微弱.經(jīng)過任務(wù)3，學(xué)生在了解兩種常見的吉他擴(kuò)音原理并作出決策后，進(jìn)入任務(wù)4—創(chuàng)意吉他制作.為此，學(xué)生需根據(jù)吉他的工作原理，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和吉他制作與改進(jìn).以下展示共振吉他和電吉他兩類學(xué)生作品及其工作原理，以及學(xué)生在吉他制作過程中的感悟和體會.

共振吉他：如圖3（左邊）學(xué)生作品所示，共振吉他通過共鳴箱來放大聲音.撥動琴弦時(shí)，琴弦?guī)庸缠Q箱面板振動，從而引起共鳴箱內(nèi)空氣的振動，頻率相同的振動相疊加發(fā)生共振，從而使聲音加強(qiáng).實(shí)際上，如圖3（中間、右邊）學(xué)生作品所示，將未通電的電吉他置于空箱之上，亦可實(shí)現(xiàn)聲音加強(qiáng)的效果.

圖3 創(chuàng)意吉他制作學(xué)生作品，左為共振吉他，中間、右為電吉他

電吉他：如圖4所示，通過導(dǎo)線將琴弦與變壓器的原線圈連接起來，形成閉合電路.在琴弦下方固定一塊強(qiáng)磁鐵，當(dāng)琴弦振動時(shí)，切割磁感線，閉合電路的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，琴弦的振動信號轉(zhuǎn)化為電信號.此時(shí)產(chǎn)生的電信號十分微弱，可通過變壓器將電信號放大后，分別與音箱3.5音頻頭的公共端和左聲道/右聲道（即音頻頭的正負(fù)兩極）相連接，接通音箱電源后，彈奏吉他發(fā)出樂音.其中，變壓器按照原副線圈的最大匝數(shù)比1∶14進(jìn)行連接，這樣可最大限度的放大副線圈輸出的電信號.此外，對于大功率音箱，則無需變壓器，可直接將吉他與音箱音頻頭相連接.

圖4 電吉他工作電路

學(xué)生感悟：吉他制作的過程，是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題與成果改進(jìn)的過程.如學(xué)生所說，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).只有在制作中，才能發(fā)現(xiàn)問題，并針對具體問題具體分析，并進(jìn)行調(diào)整.這有點(diǎn)類似于物理實(shí)驗(yàn)中減少誤差的過程.我認(rèn)為擁有分析問題和解決問題的能力是很重要的.這有利于我們從課本走到生活，活學(xué)活用，提高了思維能力”，“在制作前，對將來幾周的任務(wù)設(shè)計(jì)和規(guī)劃非常重要，這決定了后面的工作是否有條理，是否有效率.人員分配亦是如此，應(yīng)保證分工到人，高效制作”.

由此可見，學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐的過程中不僅深化了對物理學(xué)科核心知識的理解、形成了學(xué)科思維模式、實(shí)現(xiàn)了知識的遷移和應(yīng)用，還培養(yǎng)了問題解決、勇于探究、批判質(zhì)疑、技術(shù)應(yīng)用、審美情趣、自我管理等學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng).

3.4 成果展示與評價(jià)

項(xiàng)目成果展示與評價(jià)可同時(shí)運(yùn)用過程性評價(jià)、總結(jié)性評價(jià)及多元主體參與的評價(jià)方法來促進(jìn)學(xué)生投入學(xué)習(xí).一方面，通過設(shè)計(jì)評價(jià)量規(guī)對學(xué)生的項(xiàng)目成果進(jìn)行總結(jié)性評價(jià)，可由學(xué)生進(jìn)行自評和互評，既能檢測學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況，又能給予學(xué)生充分的指導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生自我反思和改進(jìn).另一方面，由教師對照各個(gè)子任務(wù)的素養(yǎng)表現(xiàn)，根據(jù)師生對話和課堂觀察，對學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐進(jìn)行過程性評價(jià).

關(guān)于“創(chuàng)意吉他制作”的成果展示與評價(jià)，一方面，學(xué)生分組展示匯報(bào)，說明本組吉他的設(shè)計(jì)理念、工作原理、團(tuán)隊(duì)管理以及問題解決過程.同時(shí)，采用自制吉他演奏音樂曲目.評價(jià)組則根據(jù)評價(jià)量規(guī)對展示組進(jìn)行項(xiàng)目評價(jià)，同時(shí)為展示組提出適當(dāng)?shù)?、?chuàng)造性的改進(jìn)意見.如表3、表4所示，學(xué)生評價(jià)量規(guī)的設(shè)計(jì)應(yīng)與學(xué)習(xí)目標(biāo)一致，以保證教、學(xué)、評的一致性.另一方面，由教師對照學(xué)生素養(yǎng)表現(xiàn)進(jìn)行過程性評價(jià).

表3 創(chuàng)意吉他制作評價(jià)表 展示組： 組

表4 創(chuàng)意吉他制作評價(jià)表 評價(jià)組：______組

3.5 教學(xué)反思與改進(jìn)

教師在實(shí)施物理學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中和完成教學(xué)任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)課堂觀察、學(xué)生反饋和過程記錄，反思教學(xué)過程中存在的問題并分析原因，通過教師個(gè)人反思、教研組研討等方式，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)、調(diào)整教學(xué)進(jìn)度、豐富教學(xué)策略，以更好的培育學(xué)生核心素養(yǎng)，這也是促進(jìn)教師專業(yè)成長的重要途徑之一.

經(jīng)過教學(xué)反思，“創(chuàng)意吉他制作”可在如下方面進(jìn)一步完善改進(jìn)：一是加強(qiáng)與音樂、通用技術(shù)等學(xué)科教師的合作，共同開發(fā)該課程，進(jìn)一步優(yōu)化、完善教學(xué)設(shè)計(jì)，明確教學(xué)任務(wù)分工，以便在樂器樂理、演奏、工具使用、產(chǎn)品制作等方面對學(xué)生進(jìn)行更加精準(zhǔn)、深入的指導(dǎo)和幫助.二是引入激光切割、3D打印等數(shù)字化設(shè)備，豐富機(jī)械加工工具，培養(yǎng)學(xué)生模型設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)編程技能.三是給與學(xué)生更多的思考空間和自主權(quán)，形成開放性的項(xiàng)目成果.