情景·探究·應用，邁入深度學習

摘 要：改變教學只注重數量的膚淺低效頑癥，需要引導學習層次向深度邁入。通過課堂觀察和案例研究等方法，基于“情景—探究—應用”這一認知結構線索，研究了物理課堂深度學習的特征和導向深度學習的措施。預設問題串、合作式探究和整合式應用，是導向深度學習的有效做法。

關鍵詞：物理圖案；科學探究；問題解決

一、問題的提出

學習科學研究表明，根據學習目標的層次性可將學習分為淺層學習（surface learning）與深度學習（deep learning）。淺層學習是指把信息作為孤立的事實來接受和記憶的學習。深度學習是指在理解的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和知識，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多的思想間進行聯系并能夠將已有的知識遷移到新的情景中作為決策和解決問題的學習。按照布盧姆的教育目標分類，淺層學習的認知水平停留在第一、第二層（識記和理解），而深度學習的認知水平對應著后面的四層（應用、分析、綜合和評價）。

物理知識是在分析物理現象的基礎上經過抽象、概括或者推理得來的。只經過淺層學習，學生頭腦里只會剩下一些凌亂的公式和條文，不能真正理解知識，思維也得不到訓練。只有經過深度學習，才能對物理概念、規律和方法融會貫通，知其然并且知其所以然。但受片面應試思潮的影響，只注重數量的教學意識，在一定程度上已成為物理教學低效的頑癥。在物理課堂教學中導向深度學習，是促進物理教學走向優質高效的重要途徑。

二、研究的內容

1.物理課堂深度學習的特征

一般而言，深度學習具有聯系與建構、理解與批判、遷移與應用的特征。物理學有著一套獲得知識、組織知識和運用知識的有效步驟和方法。高中物理教學側重提高學生的思維能力、探究能力和解決物理問題的能力。課題基于物理學科特征及物理課程目標，研究揭示學生在物理課堂中進入深度學習層次的特征。

2.物理課堂教學導向深度學習的措施

中學物理課程目標就是讓學生獲得必需的物理基礎知識和基本技能，經歷物理知識的形成過程，認識和運用物理學的基本思想和基本方法，受到科學精神的熏陶。課題研究基于“情景—探究—應用”這一認知結構線索，探討在物理課堂教學實踐中導向深度學習的成功做法。

三、研究方法

1.文獻分析法

查閱國內外有關深度學習理論研究和實踐研究的文獻，分析深度學習的特征和促進深度學習的策略，為課題研究的教學設計提供依據。

2.課堂觀察法

通過日常教學和聽評課活動，研究學生物理學習過程中加工知識的不同方式，比較淺層學習和深度學習的過程和結果。

3.案例研究法

從物理圖景建構、規律探究和知識應用三個方面，選擇教學案例，探索物理課堂教學導向深度學習的具體措施。

四、研究案例與結論

1.基于認知線索的物理課堂深度學習特征

（1）深度學習基于物理圖景建構

課堂觀察案例：學習“伽利略的斜面理想實驗”。淺層學習的過程是觀察教師呈現對接斜面示意圖，學生跟隨教師的思路進行推論，其學習結果就是記住實驗得出與亞里士多德相反的結論。而深度學習的過程需要建構斜面光滑的條件圖景，建構斜面傾角逐漸減小、小球通過路程不斷增大的過程圖景，在觀察實驗圖片、聯系生活中構建“阻力”與“運動變化”的關系圖景等，其相應學習結果就是能夠通過小球在不同斜面運動狀態的變化判斷不受力時將勻速運動，歸納出“維持運動不需要力”的結論，感受到理想實驗的科學價值等。

深度學習意味著聯系與構建。建構新的物理圖景，需要善于發現已學知識和當前物理問題之間的關聯，從而對原有物理圖景進行重新加工改造，使之成為已有知識建構的部分，圖景建構過程意味著對物理知識的深度學習。

（2）深度學習基于科學探究過程

課堂觀察案例：學習“向心加速度”概念。淺層學習的過程是聽教師講授“做勻速圓周運動的物體速度方向不斷變化，因此具有加速度”“向心加速度矢量方向和向心加速度公式的不同形式”，其學習結果就是記住向心加速度的公式。而深度學習的過程需要通過實驗探究向心力與角速度ω（或線速度v）、半徑r的比例關系推導出a與ω（或v）、r的公式，其相應學習結果就能達到根據牛頓定律和實驗數據歸納得出a=ω2r（或a=v2/r），感悟控制變量法的價值等。

深度學習意味著理解與批判。單一跟隨教師講授、只關注物理結論的學習屬于淺層學習，而基于探究過程的深度學習雖然知識目標與淺層學習相同，但探究活動中經歷了多個任務驅動、多方面知識聚合以及新學知識的多視角呈現等，學習中獲得的探究體驗和感悟會積淀為學習素質的組成部分。

（3）深度學習基于物理問題解決

課堂觀察案例：解答習題“估算標準狀況下，空氣分子之間的平均距離”，需要經過深度學習層次，對應于布盧姆教育目標分類層次中的分析、綜合、評價。分析層次的內容即審題：什么是標準狀態？如何構建氣體分子運動模型來求分子距離？綜合層次的內容有表達條件：阿伏伽德羅常數NA、標況下空氣摩爾體積Vm，每個分子占據立方體空間模型；列出關系式：分子距離d等于立方體的邊長即■；求解：代入數據得到d=3×10-9 m。評價層次的內容是檢驗：分子直徑數量級為10-10 m，氣體分子間距為其10倍，符合事實，模型建構合理。

深度學習意味著遷移與應用。復習教學的任務就是對已學過的物理知識進行小結，建立知識間的聯系，解答一些較復雜的物理習題。習題解答中需要經歷的審題、表達條件、列式、求解、檢驗過程，也即對應于布盧姆教育目標分類層次中的分析、綜合、評價，學習層次處在深度階段。

2.基于認知線索的物理課堂深度學習引導措施

（1）預設問題串，聚焦學習重難點

教學實踐案例：“電場強度”的概念教學。圍繞場強比值定義式中的分子、分母和學生認知結構中已有比值法定義的物理量，教學中設置發散式問題串：研究什么樣帶電體的受力可以簡化問題？電場對電荷的作用力有什么特點？物質性質、導體性質、運動快慢……怎樣描述？圍繞場強的矢量性，教學中設置遞進式問題串：怎樣表示電場的方向？怎樣求一個點電荷電場的場強？怎樣求兩個點電荷電場的場強？教學中還設置并列式問題串：怎樣求正點電荷、負點電荷、等量同種點電荷、等量異種點電荷、不等量點電荷的電場？

為了引導課堂知識學習的走向和思維活動的深入，將教學內容預設為一組相互聯系、逐漸展開的系列問題即“問題串”。問題串是導向深度學習的路標，是聚焦教學重點和難點的載體。從教學效果看，預設“問題串”讓學生在紛繁的教學情境中沿知識主線建構物理圖景，在一個個問題驅動下積極思考和探究，激發發現問題、表達問題和解決問題的活躍思維狀態，起到了有效引導學習層次由淺入深的作用。

（2）利用組間合作，經歷深度探究

教學實踐案例：“彈簧振子周期公式的實驗探究”。對于改變彈簧勁度系數k來研究周期T的變化關系時，首先需要測量每根彈簧的勁度系數k，之后再測量不同k時的周期T，這項任務耗時多，課堂教學時間不允許每個探究小組獨立完成實驗。此時就可以采用“合作式探究”方式，讓每個小組測量一根彈簧的勁度系數k以及對應的振動周期T，視全班為一個探究小組，學習就能夠繼續深度下去了。

進行“合作式探究”，就是將深度探究環節的任務分派到不同學習小組，讓原本需要的多個探究步驟或多次探究過程，由不同小組在同一時間段內完成，也就是說由全班齊心協力完成探究任務。

應用“合作式探究”導向深度學習，還用在了實驗探究和理論探究中實現“多次探究”的目的。在“探究重力做功與路徑關系”時，可以在兩個定點之間設計各種不同的運動路徑，每個小組計算一種路徑時重力所做的功，通過比較全班各小組的計算值都相等，就能發現“重力做功與路徑無關”的結論。

（3）挖掘問題關聯，整合知識應用

教學實踐案例：“三個定則”（右手螺旋定則、左手定則和右手定則）的復習課。通過典型試題，設置知識點整合、習題變式整合、習題與科學·技術·社會（STS）整合以及習題與實驗整合。將相似問題情景“舉一反三”或“舉三歸一”，做到在新情景中分析判斷問題差異，遷移運用物理概念、規律和方法。

單一知識點的學習訓練或混搭知識點的章節訓練不足以形成知識的系統結構和因果關系，需要挖掘問題關聯，整合知識應用。除了對典型試題進行知識整合式應用設計外，還圍繞一類物理模型建構設計學習內容（如兩體“追趕運動”模型）、圍繞一類STS現象設計學習內容（如交通運輸中的牛頓定律問題）、圍繞一類解題方法設計學習內容（如物理圖像法的應用）等。

五、進一步研究的思考

評價是課堂教學的有機組成部分，也是保證教學活動沿正確方向發展的重要手段。深度學習能力的養成是一個漸進的過程，對學習過程的評價需要有利于思維活動的遞進、有利于教學過程的對話、有利于學生個性的發展。改變評價過分強調甄別與選拔的功能，發揮評價促進學生發展、實現課程目標的功能是實現物理課堂教學順利導向深度學習的重要保證，也是課題需要進一步研究的內容。

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注：本文為上海市靜安區教育科研課題成果，課題編號： 20120011。

作者簡介：何松，男，1969年10月出生，大學本科，中學高級教師，現就職于上海市民立中學，研究方向為中學物理教學。