初中物理深度學習：從理解到發生

黃網官

摘要：初中物理深度學習應當是這樣一種學習——在學習動機的驅動下，學生廣泛而有效地激活先前經驗，進而進行主動、高效的建構，以生成新的認識，并且能夠順利地用物理語言描述這些認識，以形成物理知識，最終將這些知識有效地運用于問題解決。初中物理深度學習的發生，至少需要這樣五個條件：一是學生積極的學習動機;二是先前經驗的有效激活;三是學生主動的建構活動;四是物理語言的運用;五是問題解決。深度學習的實施面臨評價方式、教學習慣、學習惰性等方面的挑戰。

關鍵詞：初中物理深度學習學科核心素養能量

深度學習誕生于人工智能領域，被譽為“人工智能研究中最令人興奮、最具開拓性的研究成果”。教育界之所以關注深度學習，是因為人們發現學生的學習與機器的學習存在諸多相似之處，對后者的研究成果可以作用于前者，這一點頗類似于將人腦比作電腦之后產生了“信息加工理論”的情形。對于一線教師而言，關注深度學習有三個基本要點：一是理解深度學習;二是讓深度學習發生;三是了解深度學習面臨的挑戰。本文試以初中物理學科教學為例，略談淺見。

一、對初中物理深度學習的理解

（一）關于深度學習的認知

在人工智能領域，深度學習被理解為：通過模仿人腦的思考方式，建立類似于人腦的神經網絡，來實現對數據的分析;按照人的思維做出相關解釋，形成人們易于理解的圖像、文字或者聲音。這樣的理解中，“深度”體現在信息輸入之后能夠“按照人的思維做出解釋”上。而遷移到教學領域，深度學習則被強調為“一種豐富學生精神生命的學習，是學生自覺而自為的建構意義的學習”。艾根（K.Egan）認為，只有在充分廣度、充分深度、充分關聯度上發生的學習，才是有深度的學習。

綜合以上觀點，結合學習發生的基本心理機制，筆者認為，初中物理深度學習應當是這樣一種學習——在學習動機的驅動下，學生廣泛而有效地激活先前經驗，進而進行主動、高效的建構，以生成新的認識，并且能夠順利地用物理語言描述這些認識，以形成物理知識，最終將這些知識有效地運用于問題解決。

這樣的界定，既滿足傳統學習理解中的想學（學習動機）、會學（學習策略）、學好（結果高效）、學以致用（能力遷移）等要素，同時也滿足物理學科核心素養培育的需要。當前，深度學習被普遍認為是實現學科核心素養落地的重要方式。將深度學習與物理學科核心素養對應起來可以發現：在學習情境中激活哪些先前經驗，很大程度上取決于學生的物理觀念，反過來，先前經驗被激活的過程，就是一個物理觀念培養的過程;在主動建構、生成認識以及問題解決的過程中，科學思維是主要的影響因素，同時這個過程也就存在著豐富的科學思維的培養時機;實驗探究作為一種學習方式，主要存在于主動建構的過程中;而科學態度與責任則更多地存在于問題解決的過程中。

當然，這樣的對應還是顯得有些籠統，找到這種對應關系也不意味著在實際教學過程中，就要對完整的教學過程進行“肢解”，以凸顯學科核心素養的存在。在筆者看來，學科核心素養落地的過程，更多地應當是一種自然成長的過程，過于主觀甚至刻意，其結果很有可能與教學初衷背道而馳。這個道理與把科學探究作為教學內容是一樣的：當把一個完整的科學探究過程分解為若干個環節時，就意味著科學探究已經成為指令式的、機械式的操作，被矮化、教條化了。

（二）關于深度學習的誤解

誤解一：深度學習就是有難度的學習。

當前初中物理教學存在的一大問題是：每一個新的物理知識教學結束后，教師總喜歡將最新的、最具挑戰性的問題（常常是中考題）呈現在學生的面前，美其名曰“增加課堂的深度”。這實際上是將難度誤解為深度。大量實踐表明，難度過大對于學生學習的傷害是非常大的，而只有在“最近發展區”內的難度，才能滿足深度學習的需要，從而保證深度學習的發生。

誤解二：深度學習就是環節多的學習。

課程改革過程中，曾提出“豐富知識發生過程”的觀點。這是對“輕學習過程，重應用過程”的矯正，于是一個知識的生成過程包括多個學習環節就成為一種趨勢。但這并不意味著學習環節多就能保證學習的深度。實際上，學習過程過多地“曲徑通幽”會適得其反，會讓學生失去學習興趣，弱化探究動機。

誤解三：深度學習就是“綜合性”的學習。

理解深度學習的時候，教師難免會將自己頭腦中的諸多理念綜合起來，去為深度學習潤色。這種正常的心理，會讓深度學習在教師個體心中高度個性化，最終演變的結果就是又變成了“筐理論”——什么都可以往里裝。誠然，深度學習具有一定的包容性，但以深度思維、高效建構為核心的深度學習，注定不是“筐”。實際學習與運用的時候，要注意其理論邊界。

二、初中物理深度學習的發生

基于上述理解，初中物理深度學習的發生，至少需要這樣五個條件：一是學生積極的學習動機;二是先前經驗的有效激活;三是學生主動的建構活動;四是物理語言的運用;五是問題解決。站在教學的角度，如何讓這些條件同時得到滿足呢？下面，以“能量”概念的教學為例加以說明。

初中物理中，“能量”概念的重要性并不是很明顯，教學設計常從動能、勢能及兩者的相互轉化開始，并向電能等其他形式的能量拓展。正因為如此，學生對能量的認識，往往只停留在概念記憶水平。如果將目光延伸至高中物理，或者從物理學中能量的地位來看，初中物理“能量”概念的教學似乎不應當如此被淡化。那么，能否讓學生在機械能知識的教學中經歷深度學習的過程，以幫助學生形成基于能量視角分析問題的能力呢？這里，以“能量”知識體系中的第一個知識點“動能”為例，分教學設計與現場、教學總結與反思兩部分進行闡述：

（一）教學設計與現場

1.創設情境，激發探究動機。

情境內容包括：（1）把吹足氣的氣球向學生反沖，看哪個學生能夠接到;（2）用準備好的磚塊做出隨機扔出的樣子，看哪個學生能夠接到。

教學現場：情境（1）中，學生在氣球飛的過程中搶著接;情境（2）中，學生看到老師扔磚頭的姿勢之后下意識地躲。

2.問題驅動，激活先前經驗。

師為什么面對兩種情境，你們會有不同的反應？

生磚頭打人疼，而氣球不會有事。

師為什么會有不同的作用效果呢？

生因為磚頭重而氣球輕。

師磚頭重，但拿在我手上卻沒有對我造成傷害，這又是為什么？

生因為磚頭在你手上是不動的。

……

3.現象解釋，促進有效建構。

引導學生比較并總結：一個原本靜止的磚頭具有了速度之后，就多了讓我們害怕的東西。

師氣球很輕，它具有了速度之后，我們也沒有感覺到害怕，是不是因為它沒有我們剛才所說的“讓我們害怕的東西”？

生是的，沒有。

生不是的，也有。

師你能舉個例子嗎？

生靜止的子彈可以“玩弄于股掌之間”，但飛行的子彈則能洞穿鋼板。

“讓我們害怕的東西”這個表達很接地氣，而幾乎所有學生此時都想用這樣的話來表達自己的認識，于是筆者就將“害怕的東西”先作為課堂上過渡的一個語言。這一思路與德國教材中“能量攜帶者”的理解非常接近，對于初中生理解能量而言，有著高度的適切性。

4.運用物理語言，概括認識。

概括以上形成的認識：一個物體由靜止變成運動，如果物體質量很大，那運動起來，就會讓人害怕;即使物體質量不大，如果運動的速度很大，也會讓人害怕。

教學現場：師生一起將生活語言向物理語言轉換。“很重”是“質量很大”的意思，“運動起來”則是“有一定的速度”的意思。那“感覺到害怕”的是什么呢？此處要和學生厘清：害怕的不是磚頭，而是磚頭有了速度之后多出來的那個東西。明確了這一點之后，再從做功的角度讓學生認識到這個讓人“害怕”的東西，其實就是磚頭做功的本領——物理學中將物體“做功的本領”稱為“能量”。

通過上述過程，學生已經意識到了動能的大小與物體的質量以及運動的速度有關，因此，在利用控制變量法設計實驗進行探究的時候，已經不存在思維障礙了，故此處不再贅述。

5.問題解決，形成能量視角。

提出問題：你覺得生活中的哪些現象可以用能量知識來解釋？

教學現場：學生的答案集中在與“運動”相關的例子上，教師可引導學生從“能夠做功”的角度進行思考，結果學生很容易向物體被舉高、物體發生形變等方向切換——后面學生運用“動能”概念建構過程中形成的思路去建構“勢能”概念，實際上就是“動能”概念建構過程中形成的探究能力的遷移。

（二）教學總結與反思

從教學關系的角度來看，學生進入情境以后，思維就鎖定在物體有無能量的比較上，注意力的集中，保證了思維加工對象的明確。教師有意義的講授幫助學生進行抽絲剝繭式的分析與探究，直到最后得出“能量”概念并運用它解決問題，尤其是動能及其大小影響因素的探究方法遷移到勢能的探究過程中，體現了師生之間教學關系的和諧。

從學習心理的角度來看，生活實例的引入、比較方法的運用，都能夠保證學生對“能量”知識的注意，這是學生進入深度學習狀態的心理前提;學生對實例的分析實際上是動作表征或圖形表征，形成的“能量”知識則是符號表征，這樣的順序保證了學生對知識表征方式的運用是高效的。

從深度學習的角度來看，以上教學設計符合此前深度學習的界定：學生對生活對象（氣球、磚頭）的思維加工，體現了“從生活走向物理”的理念，保證了思維的“廣度”;學生對比較、分析、綜合、轉換等邏輯方法，物理學習方法的運用，保證了思維的“深度”;學生對“能量”知識的應用（即用能量知識解釋生活實例），以及將探究動能所用的方法向勢能遷移，保證了思維的“關聯度”。此過程中，學生的思維是深入的，建構是高效的，從而也就實現了真正的深度學習。

三、初中物理深度學習的挑戰

目前，深度學習更多地停留在理論層面，實踐中的探究也多是在原有教學的基礎上，將觸角伸向深度學習的理論世界，并嘗試向前走上一兩步。總結課程改革中的經驗，前瞻深度學習的實踐，應當說面臨挑戰是必然的。

（一）來自當前評價方式的挑戰

深度學習“不敵”淺層學習的可能性并非不存在，實際上還相當大。作為教學結果，深度學習在當前的量化評價（考試）中未必會占優勢，尤其是初中物理教學的評價方式，相當一部分是識記性的，很多具有思維含量的題目也可以通過模式化的訓練讓學生掌握諸多應試技巧。因而，深度學習所生成的應試能力是否優于傳統的教學方式，還有待觀察。

（二）來自教師教學習慣的挑戰

應試導向的物理教學已經讓絕大多數教師形成了一套得心應手的教學習慣，這個習慣對應著“試題研究指引日常教學”的“教”的模式，從而也就決定了學生物理學習的“知識學習加習題訓練”的“學”的模式。教師的教學習慣加上應試模式的運用，容易讓師生形成較強的路徑依賴，這對深度學習的制約是非常大的。

（三）來自學生學習惰性的挑戰

類似于學生看起來對實驗感興趣，但是走到實驗室后卻顧左右而言他的情形，深度學習由于要保證注意力高度集中，突破原有的思維局限，對零散的知識進行整體建構，所以要對原有的學習模式進行突破。觀察發現，“學優生”常因為有一套行之有效的學習（應試）方法而不愿意尋求突破，“中等生”或“學困生”本身就存在學習方法上的缺陷，更加不愿意在深度學習中付出努力。

面對深度學習面臨的挑戰，筆者以為合理的取向是：選擇合適的知識，實施深度學習，以給學生留下深刻的印象，從而為深入學習的推廣播下種子。譬如“能量”概念，在物理知識體系中具有重要地位，同時是高中物理教學的重要基礎。借助于深度學習的思路，設計并實施能夠讓學生體驗深度學習的過程，學生就能夠在這樣的過程中對“能量”概念形成深刻的認識，對物理學習方法及其運用有更加深刻的體會，深度學習的方式就有可能因此而落地生根。

綜上所述，深度學習從理解到發生，需要建立理論上的基本理解，需要在實踐中積極探究，需要結合實踐進行反思，如此才能在初中物理教學中茁壯成長，進而為核心素養落地提供保障。

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