三維四環：讓深度學習在物理單元教學中發生

李進 陳美陸

摘 要：“三維四環”物理單元教學法是指在深度學習下以“認知、交往、個人”三個維度，通過主題、目標、活動、評價四個環節統籌實施物理教學的方法，該教學法指向核心素養提升，有助于學生關鍵能力的形成和必備品格的培養.本文主要談在中學物理實際教學中如何應用“三維四環”單元教學法.

關鍵詞：物理學科;深度學習;三維四環;單元教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）12-0013-04

1 “三維四環”物理單元教學法的提出

自改革開放以來我國教育先后經歷了四次較大的變革[1]，每一次改革都根據社會發展需要對課程計劃與標準、教材與教法做出重大調整.現階段正處在新時代新發展要求下的新課改進程中，為轉變學科的育人價值以及創新學科的育人方式，新課標確立了培養“全面發展的人”為教育核心，并明確了學生、學科、社會三位一體的新課程理念.當前教學的主要任務是發展學生核心素養，教學研究的重點已經轉向以核心素養為價值取向的高標準的學科課程體系建設.

在物理學科教學中落實核心素養教育理念要實現三個轉化：“把人類社會積累的知識轉化為學生的個體知識和觀念;把前人從事智力活動的思想、方法轉化為學生的認識能力和思維方式;把蘊含在知識載體中的觀念、態度轉化為學生的行為準則.”[2]這三個轉化是發展學生核心素養理念在物理學科中的具體化.第一個轉化是學生的物理觀念形成過程;第二個轉化是在課堂交往中實現的，即學生的科學思維與科學探究能力提升;第三個轉化是指科學態度與責任的養成.在實際課堂教學如何實現這三個轉化呢？只有通過三種對話，即佐藤學提出的“與世界對話，與他人對話，與自己對話”，這就是探究學習的奧秘.與世界對話是認知的過程，與他人對話是交往的過程，與自己對話是個人成長的過程.

“三維四環”物理單元教學法在情境教學、探究教學、建構主義、深度學習等理論的基礎上，總結出以“認知、交往、個人”為三個教學設計維度，運用單元設計技術，分主題、目標、活動、評價四個環節有序組織學習活動的教學方法，是學生、學科、社會三位一體化的核心素養理念在課堂教學中的具體操作方法.本文主要談在中學物理實際教學中如何應用“三維四環”單元教學法實現上述轉化，達成深度學習的目標.

2 “三維四環”物理單元教學法的內涵與結構

“三維四環”物理單元教學法是指在“認知、交往、個人”三個維度下，以教學的主題、目標、活動、評價四個環節統籌設計并有序實施的一種組織學生深度學習的教學方法.該教學法旨在提升學生的物理學科素養，有利于學生的物理觀念的建構、科學思維能力與科學探究能力等關鍵能力的形成以及科學態度與責任等必備品格的養成.“三維四環”物理單元教學法屬于核心素養下單元教學設計的操作層級行動方法.

“三維四環”物理單元教學法中的三維具體內容為：認知是指物理知識與技能的記憶、理解、掌握和應用的程度以及體系建構情況;交往是指探究活動中的提出問題、收集證據、實驗推理、解釋交流等能力的發展程度;個人是指性格與意志、情感與態度、價值觀等非智力因素的發展情況.有了“三維”立體設計理念，教學的各項工作就有了方向，教學活動的設計就有了時空感.這種時空感可以用“新木桶理論”來形象地表述.把知識比作桶里的水，課堂交往能力就是桶壁，桶底則是個人品質（如圖1所示）.這里的知識不是一般理解的知識點，而是一個系統的單元知識體系.為了幫助學生建構有機整體的“四環”單元球知識體系（如圖2所示），“三維四環”物理單元教學法中的四環為其提供了基本路徑.因此，系統化的設計課堂交往包括：主題、目標、活動、評價四個環節，其有別于傳統教學的單向傳輸鏈式結構.

“三維四環”物理單元教學設計在系統分析了學生認知規律和學情的基礎上，整體設計一個主題，根據單元目標，分解各個教學活動目標，整體化設計“課堂交往”的過程.課堂交往包括：師生之間交往、生生之間交往、個體與學習小組交往、教師與學習小組交往以及學習小組與學習小組之間交往.課堂交往既不是單向傳輸的，也不是無序的.在單向傳輸的課堂交往中學生只需要靠集中注意力聽講就行了，但是這種傳輸是低附加值且低效的.而在有序的“三維四環”物理單元教學設計下的課堂交往要求學生在課堂上努力捕捉來自各個渠道的各種信息，并時刻準備著表述自己的觀點以及態度誠懇地修正他人觀點，當然要尊重他人的發言，細心體會接納別人的見解，從而體驗交往之樂，獲取豐厚的收益.

3 “三維四環”物理單元教學法的原則與案例

3.1 明確主題的原則

3.1.1 主題確立占位要高

首先，指向核心素養的“三維四環”物理單元教學設計旨在改變傳統的基于知識點的教學，在物理核心觀念統領下重組教學內容、優化教學結構以及布局課堂教學活動，主題確立必須指向核心觀念，體現科學本質以及育人賦能功能.

實踐中要依據課程標準，立足教材內容，根據提升學生素養的需要，幫助學生在學習物理的過程中認識并形成物質、能量、運動及相互作用等物理觀念，提高實驗探究、理論探究與交流合作等能力，提升自身的思維品質與科學態度等.

3.1.2 主題必須少量有深度

在《人是如何學習的：大腦、心理、經驗及學校》一書中有這樣一段關于學習過程的陳述：“必須用少量主題的深度覆蓋去替換學科領域中對所有主題的表面覆蓋，這些少量主題使得學科中的關鍵概念得以理解”[3].由此可知用“少量主題”替換“所有主題”，是學生掌握核心概念的重要途徑.所以主題確立原則是擷取指向核心概念的“少量”有深度的主題，即以“大概念”為錨點，用全體學生都可能面對的少量實際問題作為主題.

案例：聲現象的單元教學單從知識點學習角度看是簡單的，單元設計的主題占位不高，勢必會對整個單元的教學造成極大的影響.但是不乏有教師依據中考對該單元的考查難易程度，作出“不必花費時間學習”的論斷.殊不知在諸多版本的教材中將該單元作為初學物理學生的必修內容是有高深意義的.這一單元富有運動、信息、能量等知識，更有發現、探究等交往，還有對環境、對人的情感態度.完全可以用“人與美妙的聲音”“聲音與生活”等STSE主題讓學生自己去發現身邊的各種聲音與生活、學習、情感等的關系，從而引出一系列的子問題，對聲音產生、樂音特性、噪聲危害等問題逐一研究，交流分享.

3.2 細化目標的原則

3.2.1 目標主體是學生

目標是為了促進學生學習，是為了學生認知水平提高，交往能力增強，是為了學生的素養提升，所以無論單元教學目標還是課時目標的主體一定是學生，所以說目標一定是學習目標.在具體表述時永遠都是學生知道、學生理解、學生學會等等，而不是教師完成什么任務，因此不可將單元設計的目標表述為教會學生知道，也不能說成幫助學生理解等等，這些主語還是教師，是不符合“目標主體是學生”這一原則的.

3.2.2 目標必須具體

課堂學習目標與課標的內容不同，學習目標是為了方便將主題任務化，所以學習目標必須是具體的，可實現的.雖然學習目標不是學生學習的具體內容，但是貫穿于學習的始終，只有學習目標是可實現的，學習任務才是可以完成的.“三維四環”物理單元教學設計中目標的制定表面上看跟通常的三維目標相差不大，但是最大的區別在于可實現性.

3.2.3 目標設計與評價一致

學習目標是教師的教與學生的學兩者之間的連接點，是教師將教學任務轉化成學生的學習任務的重要橋梁，所以學習目標要明確揭示，讓每一個學生都知道自己努力的方向.確切地說目標實質上是學生要做什么、怎么做、做到什么程度的具體表述，只有目標與評價一致，學生才能對照學習目標看得到自己做的怎么樣（見表1）.

案例：聲現象單元目標設計（見表1）.

3.3 設計活動的原則

3.3.1 課堂交往是活動的主要形式

皮亞杰認為：“真正的知識既不發端于客體，也不發端于主體，而是發端于主、客體相互作用的動作和活動中.”這里的“主、客體相互作用的動作和活動”實際上就是課堂交往（intercourse in classroom）.課堂交往是指教師與學生、學生與學生在課堂上的相互作用.事實上，無論教師有沒有計劃地組織教學活動，課堂交往都會自然發生.只是有的交往是教師主控的，有的交往是主導的，有的交往是非正式的、難以控制的.這就需要教師在課前對課堂交往的時空、各種因素進行設計，即活動設計.符合課堂交往需要的活動才能促進學生掌握知識、發展智力與個性，促進學生的物理觀念形成，幫助學生形成良好的思想、心境、情感等個性品質[4].當然，課堂交往要保證全員參與，并適當分工，另外建立課堂交往規則是活動的有效保障.

3.3.2 科學探究是活動的主要內容

“三維四環”物理單元教學法的主要教學活動的方式為探究活動，學生的知識、能力和品格都是在實驗操作、推理分析等探究活動中獲得的.與單一的活動設計不同，單元活動設計以核心問題的解決為主線，通盤設計一系列相對獨立又內具關聯的活動群，并賦予相應的認知策略.

案例： 聲現象活動設計與評估（見表2）.

3.3.3 探究活動程序的設計

在探究學習的過程中，雖然學生是主體，但是教師不可缺位，教師作為組織者、引導者以及關鍵評價者等多重身份，在探究學習起到重要作用.凡事預則立不預則廢，活動設計少不了程序預設.探究活動的一般程序有：（1）圍繞探究主題和目標，創設情境幫助學生提出問題，學生可能一次性提出很多問題，這就需要教師引導學生關注關鍵屬性，篩選有研究價值的問題;（2）根據問題，引導學生提出假設，假設不是描述自然現象或實驗現象，也不是預測實驗結果，而是提出自己對現象的解釋，其實這是初建物理模型的過程，如用抽氣機抽真空罩中的空氣，學生未必預測到真空不能傳聲，可以猜想空氣傳聲的能力與空氣的稀薄程度有關或空氣越稀薄傳出的聲音越小等;（3）收集證據或設計實驗并實施，這是最能體現學生思維能力的環節;（4）得出結論，對問題作出解釋，并交流討論.當然，很多工作可以隱而不顯，除了課前設計好探究活動的程序外，課中使用預設的引導、控制方案也是提高探究效益的有力保障.

3.4 評價設計的原則

3.4.1 評價貫穿且先行

“三維四環”物理單元教學中的評價是以一定價值標準，對學生的學習交往過程和學習結果等事實進行評判.為保證課堂學習活動不僅有利于學生知識體系的建構，還有助于課堂交往能力的提升，并發揮好學科教學的育人功能，“三維四環”物理單元教學采取“逆向教學設計”，即“評價先行”， 在依據“三維”確定學習目標（學習結果）之后，設計學業質量標準（學習評價），然后設計活動（學習過程）.評價的方式是多元多樣的，不僅重視學習成果，還重視學習過程，對學習反應、學習行為等方面都要做出評價.

3.4.2 多種方式評價且有進階記錄

根據SOLO分類評價法，比格斯把學生對課前準備、課中交往表現以及課后作業完成情況或提交作品等學習結果由低到高劃分為五個層次：分別是前結構、單點結構、多點結構、關聯結構和抽象拓展結構.具體評估時，根據學生表現和依據SOLO分類評價層次評定得分，如學生邏輯混亂、沒有論據支撐的回答或展示，賦1分;學生有解決問題的思路，但是論據單一，認識僅停留于現象，賦2分;學生可以用多種方法解決問題，但未能把這些思路有機地整合起來，賦3分;學生不僅有多種解決問題的方法，且能有機結合運用，賦4分;學生不但能解決當前的問題，而且能抽象概括，并上升到理論高度，分析、拓展、深化問題，賦5分.

案例：學生進階記錄（見表3）.

4 結語

引導學生深度學習是“三維四環”物理單元教學的目標，只有通過“洞悉與解決真問題”的過程，并指向關鍵能力形成和必備品格培養的教學才能促成真正深度學習，才能讓學生的物理觀念、科學思維能力與科學探究能力等關鍵能力以及科學態度與責任等個人必備品格逐漸增強[5].

教學方法的形成無外乎兩種路徑：一種是教學經驗總結歸納而來的;另一種是教學理論推導演繹而來的.對于一種教學方法不好簡單地定論到底是歸納形成的還是演繹形成的，事實上對于一線教師而言，他們的教學方法大多是在經驗歸納與理論演繹螺旋生成的.“三維四環”物理單元教學法還要不斷吸收其它教學改革的成果，結合建構主義、情境教學、探究教學、深度學習等理論，凸顯物理學科的育人價值，依據物理學科特點進行不斷改進.

“三維四環”物理單元教學讓學生在主題活動中經歷“想學—自學—互學—展學”的過程.

“四學”是“四環”在課時教學中的具體表現，任何教學法的實施都離不開課時教學，課時教學過程中教師的任務是：不想學，教師用主題激趣;不會學，教師用目標導學;學不會，教師用活動助力;學會了，教師提供展臺.教師存在的價值正在于幫助全體學生各自發展，而不是只選擇能教好的學生教.

參考文獻：

[1]雷婷婷.改革開放40年我國學校教育的變革與發展[J].教書育人（高教論壇），2019（30）：4-6.

[2]羅紹凱， 王明泉， 蔣馳.物理學的潛科學分析[M].北京：科學技術文獻出版社， 1999.

[3]約翰·D·布蘭思福特.人是如何學習的：大腦，心理，經驗及學校[M].上海：華東師范大學出版社， 2013.

[4]應如剛.初中物理概念深度學習探討——以“電功率”為例[J].理科考試研究，2021，28（08）：43-45.

[5]周曉娟.指向深度學習的初中物理綜合實踐活動的深度備課[J].中學物理，2021，39（08）：56-58.

（收稿日期：2021-03-23）