基于學習路徑的高中物理深度學習

湯有國

(浙江省天臺中學 浙江 臺州 317200)

1 學習路徑和深度學習

根據認知理論，學習是一個復雜的過程，當個體在面臨刺激情境時就會產生認知矛盾，通過同化與順應的共同作用來消除矛盾，個體在這個過程中獲得了一種認知滿足感.因此，良好的環境或情境的創設以及科學地干預、調節，能夠促進知識的積極建構、有效遷移.據此，對于學習，除了關注目標之外，還應關注學生學習的不同起點、過程和載體、環境等多方面要素，即要研究和分析學生的學習路徑.筆者認為，學習路徑就是在某學段，為達到一定的學習目標，教師基于認知心理學理論，根據學習起點(基礎)、載體、氛圍、方法等要素采取一定的教學策略，從而使學生形成的一系列生理和心理活動的軌跡.北師大張春莉教授認為學生已有知識和經驗、學生的思維過程、學生對知識的表征方式構成學習路徑的3個方面.

深度學習和淺層學習是相對的，淺層學習表現為被動的學習狀態[1]，往往偏離了學生的認知需求、原有的知識和經驗以及思維過程，使得學生的學習處于低效狀態，即識記和復述知識的階段，最終的結果是表現為學生知識的表征是凌亂的、碎片化的，新舊知識出現縫隙和斷層，沒有形成系統性的知識結構.這既不利于知識的掌握，也不利于后續的學習和內驅力的激發，學習力的提高更是空中樓閣.根據郭元祥、何玲等教授的觀點，深度學習則以淺層學習為邏輯起點，是一種深入學科本質的知識內核、由傳統的符號記憶向邏輯理解和內涵認知轉變的學習.這里所指的深度不是指內容的深度和難度，而是指對知識全方位、深層次的理解和體悟[2].

為了培養核心素養，物理課堂教學必須要實現學生的深度學習，筆者認為必須堅持“學為中心”，即以學生和學生的學習為中心，基于學生的學習路徑，并從其構成的3個維度去設計和組織教學路徑.

2 基于知識和經驗的深度學習

學生已有的知識經驗是學生一切學習活動的起點和基礎.這是因為，已有的知識結構或認知結構對個體行為和當前認知活動起到決定性作用.奧蘇貝爾曾說過：“如果要我用一句話說明教育心理學的要義，我認為影響學生學習的首要因素，是他的先備知識……”.蘇聯著名的心理學家維果斯基認為，教學應該在學生的最近發展區進行.教學設計前教師要了解學生已有的知識和經驗，在此基礎上找尋學生學習的最近發展區，從而幫助學生搭建起新舊知識之間的聯系，通過順應或同化順利地掌握新知識.

譬如，關于圓周運動教學時，有些教師會很快地指出圓周運動的特點，提出線速度的概念并解釋它的物理意義，然后直接給出計算公式，接下來就是利用例題熟練運用公式.基于這樣的學習路徑進行教學自然省時省力，但是從深度學習的角度來講，學生把握其物理本質了嗎？做到以物理學科認知水平的“最近發展區”為基礎，以物理問題的知識理解為中心，不斷優化物理知識的呈現方式了嗎？答案很顯然是否定的.筆者認為，學習這部分內容前，學生已經有直線運動、平拋運動的基礎，同時學生對自行車非常熟悉，不妨作為主要教具用于情境導入環節.蘇格拉底說過：“最有效的教育方法不是告訴人們答案，而是向他們提問.”通過設計一系列問題鏈，引發學生認知沖突，從而引出圓周運動的概念和需要描述它的相關物理量.在接下來線速度教學時，學生已經有速度的概念，以直線運動的速度概念為支點，通過實驗和理論探究相結合的教學策略來實現教學目標.這樣的學習路徑上看似“費時費力”，但這樣的學習路徑不僅是一種求知活動，更是一種體驗活動，注重從生活里來到生活里去的過程，體驗感悟中濡染學科精神，在達到學習目標的路上促成了認知結構質變，促成了知識的系統化和核心素養的提升.

3 基于思維過程的深度學習

學生已有的知識和經驗是學習路徑的起點，那么學生的思維過程是學習路徑中連接起點和終點的主要部分，是學習過程的核心，分析學生的思維過程是學習路徑的重要內容，也是實現深度學習的核心所在，是物理核心素養要求所指.

例如，思維定勢有一定的局限性，在特定的條件下才是正確的，不良的思維定勢對物理的學習起到消極的影響，我們可以通過思維定勢引發認知沖突，使學生在認知沖突中完善自己的思維結構，提升思維的嚴謹性.在自由落體運動的學習過程中，很多學生容易將落體運動都簡單化成自由落體，而忽視了自由落體的條件.例如，求一片樹葉從樹頂上飄落的時間問題時，學生的錯誤率就非常高.教師不妨讓學生將計算結果和實地觀察相比較，從而引發認知沖突和深入思考，促進對自由落體運動的深刻體悟和理解.在此基礎上，教師可以將問題中的“樹葉”改為“石頭”，并將兩者進行對比，檢測學生對自由落體運動是否準確理解.

深度學習的明顯特征就是以發展學生的高階思維為目標，以靈活遷移解決實際問題為特征[3]，以整合的知識為內容，讓學生深度參與教學過程、深刻把握學習內容.在學習路徑的中，教師要設置思維的“關卡”，給學生設置具有思維空間和挑戰性的學習任務，使其積極主動地、 批判性地學習新的知識和思想. 在學習楞次定律這部分內容時，教師不妨先回顧學生最熟悉的導體棒切割磁感線這一現象，發現右手定則非常容易判定感應電流方向.此時，教師適時讓導體棒靜止不動而改變磁場，學生就會認識到有電流但右手定則失效了，這時候就要激發學生深層次的思考，從而帶著強烈的求知欲望，通過設計實驗進行系列探究活動，引發高階思維[4].在此過程中，學生不僅形成了科學思維模式，還養成了合作精神、創新意識、時間能力和責任擔當意識和能力.再譬如，在人教版高中物理必修1中多處出現了亞里士多德和伽利略兩者對同一問題的研究，伽利略總是以非常正面的形象現身，這時就要讓學生以辯證性、批判性的思維看待問題，尤其要為亞里士多德“伸冤”，否則就會使得學生建立錯誤的物理學史觀.作為教師，要給學生足夠的空間和時間去全面細致了解兩個人的生平事跡，促使學生認識到他們對人類發展的貢獻，深刻理解科學發展來自無數學者前赴后繼的艱辛探索.經歷這樣的思維過程深度學習，不正是核心素養培養所需要的嗎？

4 基于知識表征的深度學習

表征是認知心理學的概念，是人類認識事物的一種方式，它是指知識或信息以什么樣的形式儲存于大腦之中,代表了外部世界與有機體內部之間的標定關系.知識是抽象的，從可見角度來看，知識的表征有外部表征和內部表征兩種形式，通過知識的外部表征可以分析內部表征，推斷學生腦中的知識結構.教師在分析學生不同的知識表征方式時，應關注不同的知識表征在知識建構中的不同作用.需要把不同的知識表征與該知識點的本質建立聯系，讓每種知識表征彼此呼應，同時又要比較不同知識表征的不同作用，逐漸讓學生體會到最優化的那種方式并豐富完善腦中的知識結構.

譬如，對于光的干涉，有些學生只能夠列舉出雙縫干涉這個裝置及其現象、規律.據此，教師可以得出學生頭腦中的物理知識多是片面的、羅列式的、堆積的，顯然缺乏組織程度高的圖式.基于這樣的知識結構，教師就應該優化學習路徑，通過創設情境，采用探究、討論、歸納等策略，逐步使學生認識到薄膜干涉和雙縫干涉具有相同的物理本質，再由此建立和機械波的聯系，并推廣到所有的波，從而實現對干涉現象的深度理解，同時也讓學生體會到物理規律的普適和簡潔之美.

學生對問題的表征方式并不是一成不變的，它會隨著學生知識能力水平的提高而發生改變，逐步由單一的表征方式向多表征方式轉換，學生不同的表征方式往往反映出學生對問題理解的不同水平[5]，教師應該鼓勵學生采用不同的表征方式，并加強彼此之間的理解，逐漸讓學生體會到最優化的那種方式.例如對簡諧運動的表征，可以通過語言文字、運動示意圖、數學公式、運動圖像分別對其進行表征，而且圖像表征教師還可以讓學生分別以x-t圖、v-t圖、F-t圖、a-t圖等不同形式表征，讓學生多角度地認識表征手段的差別，從而找到本質和內在聯系.

5 結束語

通過對學習路徑3個方面的分析，已有的知識和經驗決定深度學習的起點，走進學生學習的最近發展區；由學生的思維特征確定教學活動的重難點；通過分析學生的表征方式，完善學生的知識結構.筆者認為，為更好地培養學生的核心素養，深度教學是必經之路，而基于學習路徑的物理教學是實現深度學習的有效方式.