基于學生經驗的初中物理深度學習初探
——以“物體的浮與沉”為例

顧 健 陳 剛 肖 晨

(蘇州工業園區第十中學,江蘇 蘇州 215021)

1 基于學生經驗的物理深度學習

所謂深度學習,是指在教師引領下,學生圍繞著具有挑戰性的學習主題,全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程．[1]1976年美國學者Ference Marton和Roger Saljo在《學習的本質區別:結果和過程》中首次提出并闡述深度學習和淺層學習．深度學習和淺層學習在記憶方式、知識體系、關注焦點及學習者的學習動機、學習投入程度、學習中的反思狀態、 思維層次和學習結果的遷移能力等方面皆有明顯的差異．[2]深度學習具有注重批判性的理解知識,強調多元化信息的整合,促進新舊知識的有效建構,著意新情境的遷移應用,面向實際問題的解決和提倡主動終身的學習等特征．美國認知教育心理學家奧蘇貝爾曾說過:如果我不得不將教育心理還原為一條原理的話,我將會說,影響學習最重要的原因是學生已經知道了什么,我們應當根據學生原有的知識狀況進行教學．基于學生經驗的物理深度學習,使學生積極主動的學習,通過學科知識的獲取,逐步把握物理學科的本質及思想方法,培養正確的價值觀,使教師、學生在教學中得到長足的發展,使學生能夠形成有助于未來可持續發展的核心素養．

本文以蘇科版初中物理“物體的浮與沉”為例,[3]基于學生的已有經驗,結合教材內容的開發,具體闡述促進學生深度學習的教學實施,發展學生的高階思維,提升學生的物理素養．

2 基于學生經驗促進學生深度學習的教學實施

學生經驗具有一定的教育價值,是教育活動設計的依據,對學生經驗的持續發展、改造和內化是教育的目的．初中物理教學中,學生經驗可大致分為生活經驗、知識經驗和活動經驗．結合教學內容,調查分析學生的已有經驗,精心設計相應的學習任務,在教師自覺引導下,促發學生進入深度學習．

2.1 加工活動經驗：創設情境,激發學生認知沖突

在創設物理情境時,取材于教材“WWW”第1題,加工學生的活動經驗設計兩個演示實驗,情境1:一個透明深筒中裝有適量的清水,放入一個雞蛋沉在水底,提問:如何讓雞蛋浮起來?學生回答:加鹽．情境2:另一個透明深筒中也裝入適量的清水,放入的一個雞蛋浮在水面,提問:如何讓雞蛋沉下去?學生感覺束手無策,教師提議加鹽來嘗試,演示后雞蛋真的沉下去了．提問:兩個雞蛋,同樣是加鹽,為什么一個雞蛋浮起來,一個雞蛋沉下去呢?

圖1 情境2示意圖

情境2的創設如圖1所示,將雞蛋上方打一個指甲蓋大小的小孔,倒出蛋液,使雞蛋靜止在水面,小孔朝上,實驗時將鹽倒入小孔中,通過改變重力雞蛋下沉．由于蛋殼重力較小,重心高,無法穩定的懸浮在水面,可以在蛋殼中先加入一部分鹽來降低重心．

設計意圖：根據對學生的調查,筆者了解到通過學習小學科學和8年級上冊“引言”,學生經歷動手實驗已經具備一定的活動經驗,知道往裝有清水的杯中加鹽,原本沉在杯底的雞蛋會浮起來．兩個對比實驗創設情境,直觀的實驗現象,引起學生的認知沖突,激發學生的學習興趣．此外,觀察兩次實驗現象,得出上浮和下沉的概念．

2.2 經歷探究：遷移知識經驗,建構重點知識框架

(1) 實驗探究:探究怎樣使物體上浮或下沉.

教材中設計活動“探究怎樣使物體上浮或下沉”,筆者選擇隨手取材的實驗器材:防水橡皮泥、益達口香糖罐、鐵夾和氣球(未吹氣),小鐵塊若干,梨,體積和質量較大的空心鐵盒、鐵釘若干等,組織學生進行小組合作實驗,要求學生將物體浸沒在水中后松手,觀察運動狀態并記錄,進一步設計實驗使下沉的物體浮起來,上浮的物體沉下去．學生匯報實驗結果,解釋運動狀態改變的原因,得出影響物體浮沉情況的因素．

設計意圖：在教材提供的實驗器材的基礎上,優化器材的選擇,學生經歷實驗探究,教師引導學生破除“浮力大的物體上浮、重力大的物體下沉”等錯誤經驗,得出影響物體下沉和上浮的兩個因素:浮力和重力,為理論探究物體的浮沉條件鋪墊．橡皮泥的浮沉情況的改變,為輪船的應用提供思路,也可訓練學生的思維能力,有學生將橡皮泥捏成潛水艇狀,使其上浮,形成課堂的生長點．

(2) 理論探究:探究物體的浮沉條件.

通過手托足球的情境回顧二力平衡的條件的知識,分析足球靜止、上升和下降的受力．將足球浸沒在水中靜止,要求學生再次受力分析,判斷兩個力的大小關系,分別作圖完成上浮和下沉的受力情況,教師投影展示學生作圖并加以評析,初步得到物體的浮沉條件．動畫創設情境:上浮的足球,從剛露出水面到最后靜止在水面過程．學生順次回答重力、排開液體的體積和浮力的變化情況,引入漂浮和沉底的概念,進一步完善物體的浮沉條件．

設計意圖：教材放棄實驗探究物體的浮沉條件,而是采用遷移二力平衡的條件,演繹推理得出物體的浮沉條件,是由于學生已經具備二力平衡的條件的知識經驗,能夠應用該知識點解決問題,形成對該重難點知識的鞏固升華．筆者為學生搭建腳手架,通過對實際情境中足球的受力分析,復習回顧二力平衡的條件,降低學生自主作圖推導受力關系的難度,在評析過程中指導學生強調力的示意圖的含義和畫法．受力分析作為學生學習力學知識的一個重要工具,加強該技能的訓練能夠促進學生對力與運動的關系的認識．動態分析足球上升至水面靜止的過程,深化學生對浮力和重力的理解,把握物體的浮沉條件的本質特征．

(3) 拓展延伸:挖掘物體的浮沉條件的內涵.

教師提問:阿基米德原理對液體和氣體都適用,那么物體的浮沉條件在氣體中適用嗎?能否舉例說明．學生列舉熱氣球、孔明燈等,教師使用垃圾袋、酒精燈和3個鐵架臺模擬演示孔明燈的燃放,利用圖示定性分析其原理,拓展學生了解禁止燃放孔明燈的原因以及燃放孔明燈的危害．

設計意圖：通過兩次探究學生逐步得出物體的浮沉條件的知識框架,與阿基米德原理的適用條件的一致性,該條件也適用于氣體,但往往在實際問題解決過程中被學生忽視．筆者設計取材于教材“WWW”第4題,設計模擬演示孔明燈的釋放,操作簡單方便,現象直觀震撼．學生了解孔明燈的原理后,解釋禁放孔明燈的原因,及時進行安全教育和地方法規的講授,形成正確的人生價值觀．挖掘物體的浮沉條件的內涵,完善浮沉條件的知識框架．

2.3 統整生活經驗：解釋現象,豐富物理知識應用

教師提問:如何改變物體的浮沉狀態?學生回答:改變重力或改變浮力．提問:那具體的方法呢?學生回答:改變物體的質量;改變排開液體的體積;改變液體的密度．要求學生舉例說明,過渡到引入時兩個雞蛋的不同狀態的原因,學生難以解釋情境2中雞蛋下沉的原因,提示學生根據改變物體的浮沉狀態的方法入手,取出雞蛋釋疑解惑．追問:情境1中上浮的雞蛋還有其他方法嗎?學生思考后回答:可以抽出蛋液．教師演示使用注射器抽出蛋液,放入水槽中,雞蛋上浮．提問:生活中有類似的應用嗎?學生回答:潛水艇．學生閱讀教材“生活物理社會”潛水艇的自由浮沉,教師在水槽中模擬潛水艇的浮與沉,參照投影的示意圖解釋工作原理．學生完成取材于“WWW”第3題當堂訓練,對課堂小結．教師演示“浮沉子”,要求學生課后參考“WWW”第5題制作“浮沉子”,說明其原理．

設計意圖：面向問題的有效解決是深度學習的特征之一,本環節主要統整學生的生活經驗,應用物體的浮沉條件解釋生活中的現象．歸納總結改變物體的浮沉狀態的方法,有助于學生提煉知識,幫助學生靈活應用知識．對情境1和2的解答,呼應引入時產生的懸念,顯化科學方法的使用．利用注射器抽取蛋液改變浮沉,既能鍛煉學生高品質的思維能力,形成發散性思維,又能有效銜接到潛水艇的應用,使得潛水艇的自由浮沉可視化、真實化．教材中使用較大篇幅細致地描述潛水艇的浮沉原理和課程標準的教學要求.[4]反映是教學過程的一個重點,筆者設計抽取蛋液拓寬思路,演示實驗強化效果,解釋現象明確原理．知識在實際情境中應用能顯現重要意義,教師演示“浮沉子”上下自由運動,觸動學生的好奇心,動手制作并解釋原理,培養學生的動手操作能力,也發展科學地解釋現象的能力,豐富物理知識的應用．

3 基于學生經驗促進學生深度學習的思考

以學生經驗為基礎,深度學習是一種有意義的學習方式,體現學生在學習過程中的主動性和批判性,為學生的終身學習奠定基礎．基于學生經驗促進學生深度學習,筆者有如下兩點思考.

3.1 立足于物理教材的有效開發

物理教材的編寫遵循課程標準的理念,為課堂教學的開展提供思路．但是由于學生經驗的不同,需要合理借鑒教材內容,實現教材的優化,促進學生的深度學習．本文中教學設計的主體素材均取材于教材,開發多樣化的教學素材,如將雞蛋上浮實驗、孔明燈和潛水艇等前置,重新編排教材元素的布局,體現教材應有的價值,以問題驅動學生完成教學活動,準確定位教材在教學過程中的輔助功能,發揮教師的主導作用,凸顯學生的主體性．

3.2 來源于學生經驗的有效整合

學生經驗具有重要的教育價值,擁有復雜性、頑固性和動態化的特點,要求教師的教學必須以學生經驗為起點,順應和同化學生的積極經驗,消除學生的消極經驗,建構新的經驗體系．整合多元化的學生經驗,如學生已完成的活動經驗,學習過的二力平衡的條件的知識經驗,隨著時代變遷所產生的潛水艇、輪船等生活經驗等,實施針對性的教學策略,實現學生的深度學習．