基于情境創設和深度學習的課堂教學設計策略

黃 晶

(浙江省杭州學軍中學 浙江 杭州 310032)

趙 堅

(昆明市五華區基礎教育發展研究院 云南 昆明 650031)

1 問題提出

《普通高中物理課程標準(2017年版)》中提出:“高中物理課程致力于促進學生自主學習,創設學生積極參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的學習情境.通過多樣化的教學方式,幫助學生理解物理學的本質,整體認識自然界,形成科學思維習慣,增強科學探究能力和解決實際問題的能力,逐步形成科學態度和正確的價值觀.”教師在日常教學中如何落實到位?是一個值得深入研究的課題.我們在教學實踐中基于情境創設提出若干促進深度學習的教學設計策略,與同仁們共同探討.

2 情境與深度學習的內涵

學習是一種人類認知的經驗活動過程,學習者必然把自己納入特定的學習環境中,并和他們所處的環境進行自主的物質和能量交換.情境認知理論認為,學習的終極目標是要將自己置于知識產生的特定情境中,通過積極參與具體情境中的社會實踐來獲取知識、建構意義并解決問題[1].深度學習是指在理解的基礎上,學習者能夠批判地學習新思想和事實并將它們融入原有的認知結構中,同時能夠將已有的知識遷移到新的情境中,做出決策和解決問題的學習[2].深度學習不僅要求學習者懂得概念、原理、技能等結構化的淺層知識,還要求學習者理解掌握復雜概念、情境問題等非結構化知識,最終形成結構化與非結構化的認知結構體系,并靈活地運用到各種具體情境中來解決實際問題,因此深度學習是基于情境的一種學習方式.

3 促進深度學習的高中物理情境教學設計

“如何在教學中創設課堂情境促進深度學習”需要探究深度學習的情境意蘊以及其發生的情境機制.我們認為,具體教學中教師應該重視“注重主動建構、促進批判理解、追求關聯整合、強調反思評價、著意遷移應用”的情境設計,以此達成深度學習的發生、持續和深化的目的,如圖1所示.

圖1 深度學習的情境設計

3.1 基于已有經驗創設前概念外化的故事情境 促進主動建構

生活經驗是學生知識學習的重要資源,是學生深度理解知識、建構深度學習的重要材料與支撐.教師需要將抽象的物理知識轉化成有教學意圖的物理情境來建立學生已有生活經驗與教學、學習活動之間的聯結,讓學生帶著自身的生活經驗與生活履歷主動參與建構與意義的生成.

例如在重心概念的課前引入時,教師可以創設學生熟悉的“豬八戒踩西瓜皮摔跤”故事情境并要求給出物理解釋;回答:失去重心;追問:“重心為什么可以失去?既可失應可得?重心可以移出體外嗎?重心是唯一的嗎?重心是最重的點嗎?重心位置如何確定?”通過設置問題鏈促使學生通過經驗調取將已有理解卷入到學習活動中來,幫助學生暴露、比較、認識關于“重心”的前概念,引導學生通過與情境、與他人、與自己的多維對話來調取、分析和反思概念,促使學生深度參與學習,實現概念的意義重構.

3.2 基于已學知識創設引發沖突、干擾的問題情境 促進批判理解

深度學習是在理解基礎上的批判性學習,要求學生批判性地看待新知識并深入思考,從而加深對深層知識和復雜概念的理解.教師要基于學生的已知內容和學習環境進行綜合考慮,創設能引發沖突、制造懸念的問題情境讓學生產生強烈的情緒反應,引起學習興趣,產生質疑、批判、對話.

例如在學生初步認識到“勻質規則物體重心在其幾何中心”這一特點后,教師可以通過“表演科學魔術”和“勘察事故真相”讓學生重新經歷“沖突和干擾”,對已有認知產生不滿,進而批判理解.

科學魔術表演質疑：如圖2(a)、(b)、(c)所示,依次通過移動管外細小的銣磁鐵將金屬圓柱體移到塑料管內中、底、頂3個位置,創設“移出一半剛好翻倒”“移出大半仍不翻倒”“移出一點立刻翻倒”3種對比情境,實現學生情緒反應從“理所當然”到“出乎意料”再到“必有蹊蹺”的效果,以此達到需要質疑修正、概念轉變的目的.

圖2 科學魔術表演示意圖

勘察事故真相引探：如圖3所示,先出示交通事故的圖片情境,制造懸念、引發批判的對話討論勘察事故真相,引導學生聚焦探究主題“質量分布不均勻的物體,重心的位置跟物體內質量的分布有關”.

圖3 交通事故圖片

3.3 基于正向強化創設完善概念圖式的比較情境 促進關聯整合

深度學習追求關聯整合.教師可以根據學生已有認知水平創設豐富和完善概念圖式的比較情境,設計多維對話引導學生進行理解性學習,促進學生對問題的分類完成從表面相似到本質相同的提升.

例如在“交變電流產生”的復習教學中,通過互動、磋商、討論,創設“由特殊向一般”“從理論到實際”的情境鏈,如圖4所示.首先引導學生從“切割角度”聚焦“磁感應強度分布、軌道形狀、切割速度”的正弦變化.其次引導學生從“Φ變化”角度討論“面積不變、磁感應強度按正弦規律變化”和“磁感應強度不變、面積按正弦規律變化”兩種情況.最后經歷“鑒別評判”體驗“磁場、導軌形狀、運動”正弦變化實現的困難和可能性,得到具有實際價值的交流發電機模型,促進學生“關聯結構水平”的知識結構內容得到整理與提升.

圖4 “交變電流產生”的概念圖式

3.4 基于具身體驗創設指向高階思維的數據情境 促進反思評價

深度學習強調反思和評價.教師可以在教學過程中適時創設引發“質疑、闡釋、分析、判斷、評價、反思、論證”等高階思維的物理情境,引導學生通過價值評判對學習任務進行及時和持續的反思評價,促進學生深入理解學習內容和改進學習策略,培養學生元認知能力和思維品質的發展.

例如借助蹦極運動探究動量定理規律時,先猜想假設Ft=Δp、再物理建模用“小球和彈性繩”下落過程模擬,選取 “自由落體結束到最低點”過程加以實驗驗證.實驗數據如圖5所示.

圖5 實驗數據

在分析實驗數據環節中,先隱藏框3、4,引導學生分析對比框1和框2數據時發現相差甚遠,產生質疑∑FΔt≠Δp.設計對話引導學生省察評價:框2的15組數據取值接近,集體出錯可能性不大,注意到框2數值幾乎是框1的兩倍,反思實驗設計是否存在缺陷,發現遺漏了對重力的分析.通過生生對質協商修正:數據表格追加框3,比較框1、框2和框3數據,發現框2減去框3數值上約等于框1,數據表格追加框4,對比框1和框4數據得出結論.通過評價追問“框2和框3相減的物理意義”引出動量定理需要遵循矢量運算法則.最終維穩自洽:若向下為正方向,則有

∑mgΔt-∑FΔt=0-mv

若向上為正方向,則有

∑FΔt-∑mgΔt=0-(-mv)

師生總結得出結論:合外力沖量等于動量變化量

I合=Δp

3.5 基于問題驅動創設導致拓展創新的任務情境 促進遷移應用

深度學習著意遷移應用.教師需要建立有利于知識遷移和運用的任務情境,通過問題驅動讓學生內化的知識外顯化和操作化,并引導學生創造性地在情境鏈中對問題進行歸納和演繹.

例如在新課教學中為了讓學生在理解“接觸面間有彈力是產生摩擦力的條件”的基礎上掌握受力分析的常規順序,可以創設情境任務,如圖6(a)、(b)、(c)所示.先創設能誘發認知沖突的靜態情境圖6(a),通過對話討論、受力分析后證偽;再創設遷移情境圖6(b)“湯姆克魯斯攀爬玻璃墻”對比體驗,提問實際生活中有沒有類似的應用,最后創設應用情境圖6(c)探究“自動擦玻璃機器人”吸附奧秘的任務,并引導學生制作模擬裝置,從而達到將所學知識與情境建立聯系并實現遷移應用的目的.在單元復習教學中為了進一步突出“彈力和摩擦力方向相互垂直”的關系可以再創任務,如圖7(a)、(b)、(c)所示.先創設能引起學生強烈探究興趣的“小兒徒手爬立體墻”新聞情境圖7(a),組織和引導師生、生生的多維對話對典型錯誤受力圖進行批判、改進、完善直至形成共識;在對比總結“內凹、外凸直角墻面”受力特點后,遷移解決更為復雜的“爬凵形墻柱”問題圖7(b),最后提出更為復雜和實際的電工攀爬“圓柱形電線桿”的受力問題圖7(c),布置學生探究“腳扣式登桿器”原理的研究性作業,最終促使學生豐富和拓展認知結構、形成系統的知識體系.

圖6 新課教學中創設情境任務

圖7 復習教學中再創情境任務

4 結束語

深度學習是基于情境的學習方式,基于學生實際創設,促進深度學習的課堂教學設計.要著眼于情境的“真實性”“建構性”“批判性”“整合性”“遷移性”,最終促進深度學習的發生、持續和深化,只有這樣才能提高課堂教學的效果,真正貫徹落實好課程標準提出的相關要求.