基于U型過程促進高中物理深度學習
——以“單擺”教學為例

孫春成

（江陰市青陽中學，江蘇 江陰 214400）

1 什么是U型過程和深度學習

1.1 U型過程的內涵

U型過程是郭元祥教授對著名教育學家杜威的經驗教學過程理論的概括.杜威認為：書本知識不能直接進行傳授，而需要讓學習者經歷一個復雜的過程，即還原與下沉、體驗與探究、反思與遷移的過程，這一學習過程恰似個“U型”.學生首先要將書本知識還原與稀釋，還原的過程即知識的“下沉”過程.U型的底部是學生對知識進行體驗、對話與探究的過程，最后經過反思和遷移是將符號知識進行個人意義的升華和表達.

陳至立在致辭中指出，《辭海》要緊跟數字網絡技術迅猛發展的步伐，推出豐富多樣的知識產品，提供個性化、公益性的知識服務，到2019年第七版面世時，同步推出紙質版、網絡版，并努力建成“面向知識服務的《辭海》數字出版云平臺”，完成從編纂、管理到發布、運營全流程的網絡化和數字化，以更好地滿足廣大讀者和用戶需求，為中國特色社會主義文化大發展、大繁榮作出新貢獻。

筆者認為U型過程是對知識進行再情景化、再背景化、再條件化的過程；是對知識的發生、發展與形成進行重演的過程；是對符號化知識進行超越走向意義建構的過程.

1.2 深度學習的內涵

深度學習是對學習狀態的質性描述，強調對知識本質的理解和對學習內容的批判性吸收與利用，追求有效的學習遷移和真實問題的解決，屬于以高階思維為主要認知活動的高投入學習.

筆者認為：深度學習是觸及心靈深處的對話式學習；深度學習是深入學科本質的反思性學習；深度學習是促進學科融合的整合式學習；深度學習是追尋意義價值的理解性學習；深度學習是指向核心素養的發展性學習.

2 為什么U型學習過程能促進深度學習

2.1 U型過程能突出主體地位

學生的主體地位是在活動和思考的過程中體現的，學生在獲得知識技能的過程中，只有親身參與教師精心設計的教學活動，才能在思維品質、問題解決和情感態度方面得到發展，而U型過程的三個環節都能促進學生高度投入和積極參與.

2.2 U型過程能理解學科本質

還原與下沉的就是還原物理概念的發生與發展過程，稀釋物理抽象概念，為學生提供一些學習支架，讓知識變得可體驗、可探究.在體驗與探究的基礎上進行自我反思，內化物理概念和規律，生成意義系統，形成學科大概念.

2.3 U型過程能發展高階思維

高階思維是在知識學習的過程中獲得的，U型學習過程為高階思維的培養提供了肥沃的土壤和機會.還原與下沉有助于培養分析思維能力，體驗與探究有助于培養綜合思維能力，反思與上浮有助于培養評價、創造思維能力.

3 如何基于U型過程促進深度學習

學生探究后得出結論：單擺的周期與小球質量無關.

當前，QQ、微信、微博等社交軟件已經成為大學生進行日常交流的主要媒介，這些新媒體所創造的交流方式，使傳統的信息溝通方式黯然失色。在新媒體所創造的虛擬交流空間中，學生可以掙脫面對面交流的靦腆及生澀，讓一些不善于直接語言溝通的學生逐漸建立起自信。但凡事都具有利弊，因新媒體社會軟件的虛擬性，學生就更容易拋棄道德的約束，失去自身的社會責任感，若學生過于依賴社交軟件，會影響學生在現實中的交流，產生溝通障礙。

3.1 創設問題情景，促進還原與下沉

實驗觀察到：鐵球來回擺動，每次回來時基本剛好能接觸到該學生鼻尖.

在“單擺”的引入階段可以應用如圖1所示的模擬蕩秋千情境：一個結實的繩子一端連接一質量較大的鐵球，另一端固定在天花板上.一學生緊靠墻站立，將鐵球拉到緊靠鼻尖處，接下來讓該學生放手，讓其他學生觀察鐵球的運動情況.

圖1 擺球實驗

問題情景是實現知識還原與下沉的有效途徑，將知識的形成過程濃縮在具體的情景中，讓學生與知識的本真面貌相遇，在問題情景探索的過程中感受知識發展的脈絡.由于時間和空間的限制，可以模擬真實性情境.另外也可以創設讓學生參與的實驗情境，在體驗的基礎上引發深度思考.

接下來通過作圖法進一步研究單擺周期T和擺長l的定量關系，發現周期T與成正比.

為引導學生進一步探究，可以給每一小組提供細線、鋼球、米尺和鐵架臺，讓學生自己動手組裝一個單擺.在組裝的過程中一方面可以加深對單擺模型的認識，另一方面會引發新的探究問題（如此時擺長如何計算？擺動過程中有什么規律？）.

3.2 設置挑戰任務，促進體驗與探究

讓學生帶著真實性、挑戰性任務在體驗、合作和探究中學習，完成挑戰性任務就是經歷學習實踐活動過程，這有助于理解知識的本質和內涵，實現知識的意義化自主建構.

學生探究后得出結論：單擺的周期與擺長有關，擺長越大，周期越大，但不成正比.

伽利略的上述結論是否正確呢？接下來請同學們借助自己組裝的單擺進行探究.

子任務1：猜想單擺的周期可能與哪些因素有關？采用什么樣的方法進行研究.

對于預應力混凝土連續鋼構橋梁施工質量而言，決定施工質量的關鍵因素之一便是施工材料，因為施工結構的特殊性，對于材料的質量要求也比較苛刻[3]。對此，在橋梁施工之前需要先根據施工項目的具體情況做好施工材料的采購方案設計，并對所需要的材料進行采購，尤其是材料類型、數量以及費用等進行估算評價，并安排有責任心、具備一定工作經驗的人員進行采購，采購時需要落實一定的質量監督管理措施，保障采購的材料能夠有效地滿足橋梁施工的質量要求，規避以次充好的現象發生。所采購的材料必須具備出廠合格證、批號、化學成分檢測報告、質量保障書等，并在入場時進行適當的抽查，在確保質量無誤之后才能夠進行施工，提高施工質量。

學生提出：單擺的周期可能和擺長、振幅和小球的質量有關.周期和多個因素有關需要借助控制變量法進行研究.

子任務2：實驗探究：周期與擺長、振幅和小球的質量的定量關系.

在開展小學語文教學的過程中，合適的教學情境能夠激發學生的學習欲望，同時也能夠將學生引入課文中，喚醒學生的真實感受，提升學生的學習質量。相較于其他階段的學生來說，小學生的自我控制能力以及價值觀還沒有完全形成，其自身的興趣發展也會因外界的變化而受到影響。因此，在實際的教學過程中，教師就需要為學生創建合適的教學情境，引導學生的思維發展，在提升學生學習能力以及學習質量的同時，促進學生價值觀的形成。在此過程中，運用網絡資源能夠有效地幫助教師提升教學質量。

3個小組探究：擺長和振幅不變時，周期和小球質量的關系，如表1進行實驗數據記錄.

表1 擺周期和小球質量的關系

基于U型過程的促進深度的教學需要創設問題情景，促進還原與下沉；設置挑戰任務，促進體驗與探究；進行關聯整合，促進反思與遷移.

3個小組探究：擺長和小球質量不變時，周期和振幅的關系，如表2進行實驗數據記錄.

產假(Maternity Leave)，也就是生育產假，是指女性職工在其分娩前后身體恢復所享有的帶薪休假時間。作為生育制度的一種，產假制度旨在維持、恢復和增進受保產婦的身體健康，為其因生育無法工作而喪失經濟來源提供經濟支持，并保障新生兒得到母親的精心照顧和哺育。根據國際勞工組織《生育保障公約》規定，婦女產假應該不少于14周,但產假的天數在國際上并沒有統一標準,世界各國國情和體制不同，產假也長短不一。

表2 單擺周期和振幅的關系

學生探究后得出結論：當振幅比較小時，單擺的周期與振幅無關.當振幅比較大時，單擺的周期與振幅有關，并且振幅越大，周期越大.

挑戰性任務2：確定單擺的運動性質.

1.整合現有資源，推廣六方合作模式。由種豬場提供父母代種豬和商品仔豬，飼料企業配送飼料，擔保公司為種豬場和養豬戶提供貸款擔保，協會（專業合作社）負責產前、產中、產后服務，農戶負責養豬，保險公司提供保險服務。

綜上，伽利略的結論不完善，當振幅或擺角比較小時周期才與振幅無關.

最后3個小組探究：小球質量和振幅不變時，周期和擺長的關系，如表3進行實驗數據記錄，可以得到9組周期和擺長的數據.

肉制品的香氣是由數百種風味各異的揮發性物質混合而成，然而只有少數的風味物質賦予食品特有的風味，這些特征性風味化合物對于產品的最終感官特性是必不可少的[31]。采用OAV篩選對板鴨總體風味最大的組分，OAV＞1表示為板鴨的關鍵風味化合物，對總體風味有直接影響。在一定范圍內，OAV越大表示對板鴨的總體風味貢獻最大。

表3 單擺周期和擺長的關系

挑戰性任務1：1582年，伽利略在教堂里觀察到，晃動的吊燈來回擺動的時間總是相等的，不同振幅的單擺具有同樣的周期.

這個情境在機械能守恒定律和圓周的教學中也有應用，但本節課研究的角度不同，通過這個情境幫助學生建立單擺的模型.如果忽略空氣阻力和重物的大小，一根輕繩吊著質點在單一平面內的來回擺動就稱為單擺.

并且哲學科在其科目中新加世態學(社會學)及審美學(美學)的同時，采取了包含“印度及中國哲學”的形態。至此，“哲學”此一概念被擴大，明治十五年增設“東洋哲學”為科目。與此相關聯，在此時期開始使用“西洋哲學”的名稱。

子任務1：借助DIS實驗平臺的位移傳感器觀察單擺的位移—時間關系，裝置如圖2.將位移傳感器的反射和接受裝置分別固定在兩個鐵架臺上，發射端固定在鐵質重錘上，一起做小角度擺動，得到如圖3所示的圖像.

圖2 實驗裝置

圖3 位移-時間圖像

初步得出結論：單擺應該屬于簡諧運動.

由表11可知，以上39個處理組合中，單位面積合格插穗數在8333-62223個之間，其中處理A1B4(株行距30cm×50cm，定芽數4)最高為62223個。

圖4 理論分析圖

3.3 進行關聯整合，實現反思與上浮

在學校有限的學習時間里，學生不可能學習所有的知識點，可以在學習部分知識后進行反思概括和關聯拓展，形成結構化的知識，進行拓展遷移.提供待解決的真實問題，鼓勵學生綜合運用多種方法進行解決，促進對所學知識與思想方法進行反思升華與遷移應用.

新工科是在原有工科、原有專業的基礎上，注入新的元素以適應經濟社會的發展，適應人力資源需求培養新人才。總結起來，新工科有“跨學科”、“共享”、“融合”、“創新”等特點。以新內涵、新模式揉合原有工科，是新工科實施的一個理念。新興產業需要的是基礎理論扎實、實踐能力強、具備創新意識的復合型人才，新工科同時注重動手能力和創新能力。

在明確單擺的運動性質后，借助簡諧運動的周期公式理論推導得出單擺的周期公式.

結構圖是實現知識關聯整合和結構化的有效途徑.在單擺學習后，可以建立如圖5所示的知識結構圖，幫助學生總結和理解.

圖5 單擺知識結構圖

還可以將單擺模型和機械能守恒和圓周運動等知識結合起來，從運動與相互作用觀、能量觀兩個角度進行分析，綜合解決一些問題，并在問題解決的過程中實現知識的結構化.

真實問題情景：小紅家從黑龍江搬到海南去，搬家時把家中一直很準的一個大擺鐘也完好的帶到了海南.這個擺鐘到海南后是否還準時？若不準，是偏慢還是偏快？請通過查閱資料，提供具體方案幫助小紅進行校準.