深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計

［摘 要］文章探討了深度學習如何驅動“物理學與日常生活”的跨學科實踐，闡述了深度學習驅動的跨學科實踐的設計理念、設計分類、設計原則、實施步驟以及挑戰，并提出了解決方案。通過深度學習驅動的跨學科實踐能促進學生深刻理解和牢固掌握物理學知識，提高學生的實踐能力和解決問題的能力。

［關鍵詞］深度學習；物理學與日常生活；跨學科實踐；設計

［中圖分類號］" " G633.7" " " " " " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）32-0043-04

一、問題的提出

傳統的實踐作業往往過于注重知識的灌輸，而忽視了激發學生的主動性和創造力。學生在完成實踐作業的過程中，往往只是被動地接受知識，而缺乏對知識的深入理解和實際應用。這既難以激發學生的學習興趣，也無法滿足當今社會對創新人才的需求。基于此，我們提出了深度學習驅動的跨學科實踐設計理念。這一設計理念的提出，既是對傳統教育方式的反思，也是對未來教育發展的積極探索。此外，《義務教育物理課程標準（2022年版）》的頒布，特別是其中新增的跨學科實踐主題，為深度學習驅動的跨學科實踐設計提供了重要的政策依據和理論支撐。通過實施跨學科實踐，能夠更好地培養學生的創新精神和實踐能力，為他們的未來發展奠定堅實的基礎。我們期待跨學科實踐能夠推動物理教育的改革和發展，為學生提供更優質的教育資源和實踐機會。

二、深度學習驅動的跨學科實踐設計理念

“深度學習驅動”是一種以深度學習為核心理念的教學策略，強調在教師的引導下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，積極參與學習過程，體驗成功，并獲得有意義的發展。

“深度學習驅動”是一種以學生為中心的教學策略，注重學生的全面發展，特別注重對學生實踐操作能力和問題解決能力的培養。

基于此，我們提出了深度學習驅動的實踐模型2.0（如圖1），即深度學習驅動的跨學科實踐模型。該模型在傳統深度學習的基礎上進一步優化了教學策略和方法，強調跨學科實踐，旨在培養學生的實際操作能力和問題解決能力。具體地，可以通過設計具有挑戰性和貼近生活的跨學科實踐作業，引導學生主動探究、合作學習，并反思總結，從而實現深度學習的目標。

在深度學習驅動的跨學科實踐中，教師應關注學生的個體差異和學習需求，提供個性化的指導和支持，不斷反思和調整教學策略，以適應學生學習需求的變化。同時，教師還應不斷優化教學實踐。

三、深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計分類

物理學與日常生活的深度融合是跨學科實踐的內容之一。該實踐可根據不同維度進行分類。以下是一些建議的分類方式、依據及實例。

（一）按實踐場景分類

家庭場景：聚焦家庭生活中的物理學知識應用，如利用物理原理改進家居設備等。

學校場景：在校園內進行物理實驗和探究，如制作簡易機器人等。

社會場景：結合社會熱點，運用物理學知識解決實際問題，如城市規劃中的聲學問題等。

（二）按實踐形式分類

實驗型：通過物理實驗探索日常生活現象，如測量物體的質量、探究物體受到的摩擦力等。

制作型：利用物理學原理制作實用工具或裝置，如制作簡易手電筒、搭建太陽能熱水器等。

調查型：調研生活中的物理問題，如調查城市的噪聲污染等。

（三）按實踐目標分類

知識掌握：通過實踐強化學生對物理知識的理解，如實驗驗證物理定理。

能力培養：通過實踐培養學生的觀察能力、實驗設計能力、分析能力及解決問題的能力，如讓學生自主探究生活中的物理現象等。

態度培養：通過實踐活動，如引導學生開展物理科普活動等，激發學生學習物理的興趣和培養學生的科學態度。

上述分類僅為示例，具體可根據實際需要進行調整。合理的分類有助于教師更精準地設計深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐，滿足不同層次學生的學習和發展需求。

四、深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計原則

（一）問題導向原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計應圍繞實際問題或挑戰展開，讓學生在真實情境中理解和應用物理知識。

（二）跨學科整合原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計應融合物理學與日常生活或其他學科知識，以培養學生的跨學科思維和綜合應用能力。

（三）實際操作原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計應包含動手實踐和實驗環節，讓學生通過動手實踐來理解和掌握物理學原理。

（四）反思與總結原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計應注重引導學生進行反思和總結，討論在實踐中遇到的問題方法，系統梳理所學知識和積累實踐經驗。

（五）個性化學習原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計需考慮學生的個體差異和學習需求，給學生提供個性化的學習資源和指導，以促進學生的全面發展。

（六）持續改進原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計，需根據學生的反饋和表現不斷調整和改進實踐項目，如改進實驗設備、調整探究問題等，以提升實踐效果和學習體驗。

（七）激發興趣與挑戰原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐中，教師應設計有趣的挑戰任務，以激發學生的學習興趣。

（八）技術與數據支持原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計應注重利用現代技術工具和數據資源，增強實踐科技含量，提升實踐效果。

（九）安全與倫理原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計需嚴格遵守安全操作和倫理規范，確保學習環境安全。

（十）評價與反饋原則

深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計應注重建立合理的評價體系，綜合考量學生的參與度、表現、成果等，及時給予學生反饋與指導，幫助學生認清學習狀況并調整學習策略。

明確上述設計原則，有助于有效開展深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐，引導學生將物理知識應用于實際生活，培養他們的創新思維和實踐能力。

五、深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐的實施步驟

隨著教學改革的推進，深度學習理念在教育領域得到了廣泛的認可和實踐，為跨學科實踐設計提供了新的思路和方法。本文以初中物理跨學科實踐為例，深入探討深度學習驅動的“物理學與日常生活”跨學科實踐設計。

（一）選擇主題

選擇貼近學生日常生活的主題，引導學生進行實踐，以深入理解物理學原理，提升學生解決實際問題的能力。例如，選擇“制作簡易杠桿裝置”這一實踐主題，引導學生動手制作簡易杠桿并探尋杠桿平衡原理，培養學生的創新思維和實踐能力。

實踐主題：制作簡易杠桿裝置。

制作材料：木棒（或塑料棒）、繩子、不同質量的重物、秤砣、標記筆、紙。

原理探尋：杠桿兩端力矩需平衡以保持杠桿穩定。力矩是力和力臂的乘積，其中力臂是從支點到力的垂直距離。當杠桿兩端力矩相等時，杠桿平衡；反之，杠桿繞支點轉動。如圖2所示為杠桿平衡原理圖。

（二）設定目標

在確定主題后，需明確跨學科實踐設計的三維目標（知識目標、能力目標和情感目標）以及核心素養目標。以“制作簡易杠桿裝置”為例，知識目標設定為讓學生掌握杠桿平衡原理；能力目標設定為讓學生能夠運用杠桿平衡原理進行實驗設計；情感目標則是培養學生的團隊協作精神和創新能力。而核心素養目標的設定如表1所示。

（三）制作裝置

制作步驟：（1）選取一根適當長度的木棒（或塑料棒），用繩子將一個重物系于木棒一端，形成動力和動力臂。

（2）于木棒另一端系上另一重物，形成阻力和阻力臂。

（3）在木棒上取一點為支點，在紙上記錄下動力臂和阻力臂的長度以及重物的重力。

（4）調整重物的位置和重量，觀察杠桿是否平衡。

（5）利用秤砣逐步增減動力臂上的重量，觀察并記錄杠桿的變化及相應實驗數據。

通過制作簡易杠桿裝置，學生可深入理解杠桿的平衡原理，把握杠桿的平衡條件，培養實驗設計能力和科學探究精神。

（四）收集與整理數據

構建深度學習模型，數據至關重要。因此，我們需收集大量關于杠桿平衡的相關數據，并對這些數據進行整理和分析。

（五）構建深度學習模型

基于已收集和整理的數據，構建深度學習模型。針對“制作簡易杠桿裝置”主題，我們可構建一個卷積神經網絡（CNN）模型，輸入處理后的數據以探究杠桿的平衡條件。通過對模型的優化，可得到更準確的探究結果。

（六）評價與反饋結果

在完成深度學習模型的構建后，需要對深度學習模型預測的結果進行準確評價，并根據反饋進行調整和優化。評價可側重于準確率等指標，反饋則應針對模型短板進行。同時，還應將評價結果反饋給學生，使其明晰自己的方案設計和構建的裝置是否符合要求，以及如何改進。最后，引導學生參照評價量表（見表2）對所制作的杠桿裝置進行自我評價，并反思整個制作過程。

六、關于“物理學與日常生活”跨學科實踐的思考

“物理學與日常生活”跨學科實踐是一個具有挑戰性和創新性的課題。以下是筆者對此課題四個方面的思考：

（一）跨學科實踐助推“雙減”政策的落實

“雙減”政策旨在減輕學生課業負擔和培訓負擔，提高教育質量。跨學科實踐作為一種新型的教育方式，能夠有效助推“雙減”政策的落實。開展“物理學與日常生活”跨學科實踐，可將物理學與日常生活相結合，使物理學習變得生動有趣，減少學生死記硬背的學習壓力，同時還通過解決實際問題培養學生的創新能力和問題解決能力。

（二）跨學科實踐助力新課標理念落地

新課標強調培養學生的綜合素質和跨學科學習能力。跨學科實踐正是踐行這一理念的有效途徑。開展“物理學與日常生活”跨學科實踐，可通過將物理學與其他學科的深度融合，使學生綜合運用多學科知識解決問題，提升學生的綜合素質和跨學科學習能力。同時，跨學科實踐還能夠培養學生的創新思維和實踐能力。

（三）跨學科實踐促進“五育融合”

“五育融合”是指將德育、智育、體育、美育和勞育有機融合，以實現學生的全面發展。而開展“物理學與日常生活”跨學科實踐，將物理學與日常生活相結合，不僅能讓學生在實踐中掌握學科知識，更能培養他們的科學思維、實踐能力、團隊精神、溝通能力和審美素養，全面促進學生綜合素質的提升和社會適應能力的增強。

（四）跨學科實踐有效實現“跨出”與“跨入”

在跨學科實踐中，“跨出”意味著突破傳統的學科界限，勇于嘗試新的教學方法；“跨入”則意味著深入其他學科領域，探尋學科間的交叉點。“跨出”是為了更好地“跨入”。只有敢于嘗試新的教學方法，才能更深入地挖掘學科之間的交叉點，推動學科間的融合和發展。同時，“跨出”亦需要注重學生的個體差異和個性特長，尊重學生的意愿，賦予學生自由選擇研究領域的權利，以激發他們的內在潛能與學習興趣。開展“物理學與日常生活”跨學科實踐，有效實現了“跨出”與“跨入”。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

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［4］" 薛曉圓，孟繼明.“雙減”背景下初中生反思性學習習慣的家長認知調查及家校共育構想[J].新教育，2022（26）：15-17.