優化教學策略實現深度學習

2022-07-11 13:11:38張林海

物理教師 2022年6期

張林海

（江蘇省靖江高級中學，江蘇靖江 214500）

深度學習是針對淺層學習現象而提出的.所謂“深度”，不僅要求在教學實踐中摒棄機械學習、死記硬背、知其然而不知其所以然的淺層學習，促進學生高級認知和高階思維的形成，更要求教學要指向立德樹人，指向發展核心素養，指向培養全面發展的人.因此，教育意義上的深度學習除了關注學習方法的改進、思維能力的提高之外，更重要的是教育價值觀的演進，即教育不僅要讓學生學會必備知識，掌握關鍵能力，更要讓他們養成學科素養，實現立德樹人的價值追求.［1］

高中物理具有知識量大、邏輯性強、能力要求高等特點，而通過高中物理的學習，要求學生在基礎性、綜合性、應用性、創新性等方面要有長足的進步.教師應在深度學習視域下，積極探索科學有效的教學方式，為學生的綜合發展營造良好的環境.在教學實踐和探索中，筆者發現，優化教學策略，實現深度學習可按照如下5步進行循環反饋（圖1），從而不斷提升深度學習效能，達到化知為能、轉識成智的目的.

圖1

1 科學的教學目標，為深度學習指明方向

教學目標是教學活動的出發點，科學合理地制定教學目標是實現深度學習的前提.教師應充分了解學生現有的認知水平和理解能力，依據教學內容，站在學生發展的角度制定教學目標，確保學生在客觀學習能力上能實現教學目標，也能在主觀能動性上樂意實現教學目標.［2］

案例1：“串聯電路和并聯電路”的教學目標設置.

在設置這部分的教學目標時，首先仍然立足于學生的前概念和前擁理解.相對而言，學生對于串并聯電路的連接及電流電壓的特點、串并聯電路電阻的計算等概念性知識是了解的，對于電路的分析及等效電路的描畫等程序性知識則不夠熟練.這主要是學生在概念性知識和程序性知識之間不能進行關聯所致，表現為許多學生不能理解電路分析各要素之間的關聯，在學習中顧此失彼、沒有重點.

因此，在確定這部分的教學目標時，應當根據概念性知識和程序性知識的關聯程度，由淺及深，漸次深入.在實際教學中設置的教學目標如下：（1）了解串、并聯電路的連接方式，通過等效電路的畫法加深對電路連接的認識；（2）通過對并聯電路和混聯電路的分析，進一步明晰串、并聯電路的電流和電壓的特點、電阻的計算；（3）總結電路分析的方法；（4）了解小量程的電流表G（表頭）改裝電表的原理，了解表頭的滿偏電流和滿偏電壓的含義；（5）通過改裝電表的實驗，掌握求分流電阻和分壓電阻的方法.通過教學目標的層層深入，將淺層學習和深度學習進行區分，讓學生能循序漸進、深入思考，在思考中建立電路分析和定量計算之間的關系并總結方法.

高中物理課程標準中，將學業質量由淺到深地分為了5級水平.具體到每一節課的教學目標，5級水平要求是否應當平均分配？或者直接從更高級的目標開始實施教學？筆者認為，實際目標的確定，應結合學生實際認知能力和學業質量的5級水平要求，而學生的認知能力水平，在很大程度上決定了教學的起點和教學的重點.教學目標與學生認知能力的背離（過高或過低）都不利于深度學習.

2 精致的教學設計，為深度學習夯實基礎

科學的教學目標是規劃，精致的教學設計才是藍圖.學生學習興趣的激發、物理能力的形成、認知水平提高與教學設計的呈現方式息息相關.同時，“深度學習的過程也是幫助學生判斷和建構學科基本結構的過程.”［1］選擇怎樣的教學方法，如何設計教學過程，怎樣利用模型建構、科學論證、科學推理等思維要素來進行教學各層級的展開，讓學生不僅形成新的認知，而且提升思維品質.這些都是精致的教學設計的關鍵.它不僅關系到教師是否能“上一節好課”，也對深度學習起到關鍵性、基礎性作用.

概念延伸、變式教學是通過精致教學引導深度學習的常用方法.概念延伸是指教學活動中，在明確概念內涵的基礎上，對于其外延進行深層次的邏輯分析，并建立與相關概念的邏輯關聯的方法.變式教學是指教師為使學生更加準確地掌握所學概念，通過變換思維角度的方式，以達到凸顯其本質特征目的的教學手段.

案例2：地球上的物體所受的萬有引力.

解決這一問題的常見方法是，用“若物體能夠進入地球的中心，則此處物體所受的萬有引力是多少？”這樣的問題，引導學生從“微元法”和“對稱關系”理解地心處物體的萬有引力為0，使學生理解萬有引力定律公式.

但教學中發現，至此，學生并沒有真正實現對科學知識的深入認識.比如，對“微元法”和“對稱法”的認知，仍然停留在原有定性的水平，可以說只是另一種形式的“死記硬背”.因此，筆者認為，可采用變式教學的方法，進一步提問：若物體在地表以下深度為h處，則地球對該物體的萬有引力為多大？

這個問題的實質就是牛頓《自然哲學之數學原理》中的“命題70定理30”，即“如果指向球面的每一點的相等的向心力隨到這些點的距離的平方減小，則該球內的小球將不會受到這些向心力的吸引.”［3］對學生而言，比較熟悉的說法是“質量分布均勻的球殼對其內物體的萬有引力為0.”教學中結合牛頓的證明過程，通過簡單的數學方法就可以做到“其義自見”.同時，學生對于“平方反比關系”也有了更深刻的認識，實現了概念延伸教學.采用這種方式，學生記住的不僅僅是結論，而且通過直接面對物理更為深刻的方法、規律、思想，體會物理規律之美，對于科學方法、科學態度也產生深刻的理解，形成對深度學習的切身體會.

精致教學設計的目的在于使得知識更為生動.它不是僅僅停留在知識內容層面，更在知識形式和知識旨趣中激活學生的好奇心，提升學生的探索欲，放飛學生的想象力.教學中，往往需要通過結合使用概念延伸和變式教學，打開學生的思路，讓學生產生深度學習的體驗感.在實際操作中，要注意從學生已有能力出發，把握好延伸的“度”，切忌“拔苗助長”.同時，選取的情境應當以學生的生活經驗為基礎，要根據學生的認知水平設置臺階.否則，學生會在學習中產生疏離感，反而無法達到深度學習的目的.

3 嚴謹的知識架構，為深度學習鋪平道路

物理教學中各種觀念和理論知識錯綜復雜，如何通過對這些知識進行梳理，引導學生構建自身的物理知識結構化的體系，是進行深度學習的重要環節.教師需通過綜合運用方框圖、網絡圖、概念圖、思維導圖等形象直觀的表現形式，讓學生將所學知識進行歸納和總結，避免學生因對知識點進行孤立學習而導致知識的碎片化，從而與深度學習中整合新舊知識的理念相契合，強調了知識結構深度構建的教育觀念，為學生的深度學習創造必要的條件.［4］

案例3：將能量轉化與守恒定律演繹推理到高中物理的各個章節.

高中物理教材是以模塊化的形式呈現知識內容的，因而，“能量轉化和守恒”在力學、電磁學、熱學、近代物理等章節均有體現.這種離散的、分裂的狀態適合學生的初步學習，但局限性在于，學生在學習過程中容易忽略“能量轉化和守恒定律”是自然界最重要、最普遍的規律之一，從而導致知識碎片化.

因此，作為深度學習的方法之一，可以在復習時站在“能量轉化和守恒定律”這一普遍規律的高度上進行推理演繹.這是一個“從一般到特殊”的科學推理過程，在操作上，教師可以用一張網絡圖（圖2）完成對這部分知識的演繹推理.［5］

圖2

知識結構化與學生深度學習能力是相輔相成的.一方面結構化的知識能促進深度學習能力的形成，另一方面深度學習也讓學生更愿意對知識進行整理和綜合，從而形成適合自身的知識體系.教師在進行概念、方法的整合總結時，仍然要以學生能力提高為出發點，在對相關信息整合中，要立足于學生已有知識水平和認知能力層層遞進，不能過深過難.

4 靈動的交流合作，為深度學習增添色彩

師生間的平等對話、合作探究、互動交流是促進深度學習的橋梁和紐帶.教師教學過程中應引導學生進行積極有效的交流、研討和溝通.特別是在物理實驗教學中，讓學生動手實踐的同時，也應當加強學生合作交流.這不僅有益于提升學生的學科素養，更有益于培養學生的科學精神和社會責任.

案例4：法拉第電磁感應定律的探究.

在法拉第電磁感應的教學中，如何開展準定量的科學探究是一個難點.實際教學中，教師可以從控制變量法出發，通過與學生開展交流合作的方式來開展科學探究活動，可以發動學生展開大膽的猜想和假設，并進行討論、論證.

這時，學生之間的合作和師生之間的交流就起到了重要的作用.通過查找資料，學生最終確定了用改變線圈匝數n、用電源電池的成倍增加來改變ΔΦ等定量或準定量的方法來實現控制變量（圖3）.經歷了層層探究，學生體驗了科學探究的方法，也享受了科學探究興趣，自然而然地掌握了法拉第電磁感應定律的精髓.［5］

圖3

在教學活動中，教師可為學生設置一些需要討論的問題.這些問題可以是物理概念、規律的理解，也可以是規律在真實情境中的應用.教師要鼓勵學生積極交流，引導學生靈活應用所學知識解決問題，并鼓勵學生在解決物理問題的過程中培養質疑能力、創新精神.在設置交流討論的問題時，教師應進行全面考量，首先要看討論的問題能否訓練學生的思維，能否吸引學生的注意力，激發他們的交流熱情.教師還可通過組織組間合作的方式來培養學生的深度學習能力.

5 適切的評價反思，為深度學習完善閉環

評價與反思是提高教學水平的重要方法，也是實現深度學習的重要環節.于教師而言，要將科學的評價和反思結果要反饋到教學目標和教學過程，使得教學能夠不斷提升；于學生而言，則要對自己的學習進行審視，對學習中出現的各種問題、錯誤進行整理，將問題變成資源，在深度學習中形成認知能力的提高.在深度學習的視域下，通過適切的評價反思對教學策略的其他環節（尤其是教學目標）進一步優化，使教學過程形成閉環.

案例5：對“學生在磁流體發電機、霍爾效應、電磁流量計等問題中頻繁出錯”的教學反思.

磁流體發電機、霍爾效應、電磁流量計等問題，在原理上有相似之處，教師通常會認為這類問題處理起來比較簡單.然而在教學評價中發現，學生貌似掌握了這些模型的原理，但是在實際問題解決中卻時常出錯.

筆者對問題進行了搜集，發現這幾個模型的共性特征學生基本都能了解，但對于它們的個性特征卻有意無意地被弱化或者忽略了.出現這種情況的原因在于學生對原理剖析得不透徹，對物理現象本質的溯源不夠到位，沒有弄清楚電動勢（電場）形成的原因，忽視了對穩態前的動態分析.也就是說，學生并沒有從物理模型分析的方法和邏輯上來理解這個問題，對結論的理解過于簡化和程式化，這已經背離了物理教學的要求.

因此，在教學中有必要對教學目標進行改進.教學中師生應當更加重視原理透析，將重點放在動態分析上，而不能僅僅列出一個穩態情況下的表達式就完成分析過程.同時，要加強物理價值觀的引領，科學一定是建立在邏輯和證據而不是結論的基礎上，引導學生體會物理分析的美妙.

從深度學習的要求上，教學評價和反思應當落實到學生認知能力的進步上，要促進學生對所學知識進行價值判斷.對教師而言，則要對教學目標進一步優化，來實現深度教學閉環的形成.師生共同解決教學中的問題的時候，查找資料、邏輯思維、互相辯論等方法和過程對深度學習也會起到促進作用.當深度學習成為師生共同的習慣和方法時，就能夠形成目標指向明確、方法措施得當、教學思維清晰的教學.