高中物理深度學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐

摘? ? 要：物理教學(xué)中要促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，教師就必須精心設(shè)計(jì)突出“體驗(yàn)性、參與性與生成性”的具身教學(xué)環(huán)節(jié)。教師可“以終為始、逆向設(shè)計(jì)”，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，誘發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際問題的解決過程中完成知識(shí)的建構(gòu)和生成;也可設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有序且層進(jìn)的物理情境和問題，將物理事實(shí)、物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成符合高中生認(rèn)知能力的探究活動(dòng)，逐步培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的科學(xué)素養(yǎng);還可讓學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究過程，并引導(dǎo)學(xué)生對自己和他人的學(xué)習(xí)內(nèi)容、方式、過程、結(jié)果進(jìn)行反思、評(píng)價(jià)、批判、總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);物理教學(xué);具身認(rèn)知;受力分析

深度學(xué)習(xí)是以內(nèi)在學(xué)習(xí)需求為動(dòng)力、以理解性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，運(yùn)用高階思維批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，能夠在知識(shí)之間進(jìn)行整體性聯(lián)通并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知體系進(jìn)行建構(gòu)，能夠在不同的情境中創(chuàng)造性地解決問題，能夠運(yùn)用元認(rèn)知策略對學(xué)習(xí)進(jìn)行調(diào)控并達(dá)到專家學(xué)習(xí)程度的學(xué)習(xí)[1]。指向深度學(xué)習(xí)的物理教學(xué)，要求教師精心設(shè)計(jì)突出“體驗(yàn)性、參與性與生成性”的具身教學(xué)環(huán)節(jié)，借助師生、生生的多維深度對話和問題驅(qū)動(dòng)，促使學(xué)生的思維認(rèn)知結(jié)構(gòu)從單點(diǎn)、多點(diǎn)水平進(jìn)階到關(guān)聯(lián)水平，甚至質(zhì)變到拓展抽象水平。下面，筆者以“受力分析中彈力和摩擦力關(guān)系”這一教學(xué)難點(diǎn)為例，談?wù)劥龠M(jìn)高中物理深度學(xué)習(xí)的策略。

一、懸念沖突? ?認(rèn)知建構(gòu)

受力分析是解決力學(xué)問題的基礎(chǔ)，在新授課和單元學(xué)習(xí)課中，教師不僅要讓學(xué)生掌握如何從力的產(chǎn)生條件、平衡知識(shí)、力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系方面進(jìn)行分析，并能畫出受力圖，更重要的是讓學(xué)生掌握受力分析的常規(guī)順序，養(yǎng)成良好、規(guī)范的受力分析習(xí)慣。

【案例1】新課教學(xué)

“分析摩擦力之前沒有先判斷是否有彈力”和“沒有按重力、彈力、摩擦力常規(guī)順序作受力分析”，這兩個(gè)問題是新授課后學(xué)生常見的認(rèn)知缺陷。例如在受力分析作業(yè)中，很多學(xué)生對圖1（見下頁）中墻和物體B之間是否有摩擦力存在疑問。此時(shí)，教師應(yīng)“以終為始、逆向設(shè)計(jì)”，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，誘發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激活其強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促使深度學(xué)習(xí)持續(xù)發(fā)生，使學(xué)生形成相關(guān)物理觀念。

創(chuàng)設(shè)情境：出示教師本人徒手爬平面墻的照片（圖略）。

提問：大家有何感想？

學(xué)生討論：憑直覺感到這情境不符合真實(shí)的生活經(jīng)歷和物理事實(shí)，懷疑照片真?zhèn)巍?/p>

追問：如何證偽？

提出方案：受力分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

設(shè)計(jì)依據(jù)：深度學(xué)習(xí)倡導(dǎo)在實(shí)際問題的解決過程中完成知識(shí)的建構(gòu)和生成，這需要教師創(chuàng)造使學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生并持續(xù)的條件。動(dòng)機(jī)是維持學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的心理動(dòng)因，生動(dòng)、有趣，尤其是能誘發(fā)認(rèn)知沖突的物理情境，是深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，它能讓學(xué)生進(jìn)入情緒高昂和智力振奮的內(nèi)心狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。

【案例2】單元學(xué)習(xí)課教學(xué)

教師應(yīng)認(rèn)識(shí)到需要經(jīng)過多次訓(xùn)練，學(xué)生才能在受力分析上達(dá)到教學(xué)要求。因此，教師需要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有序且層進(jìn)的物理情境和問題，促使深度學(xué)習(xí)持續(xù)推進(jìn)。

再創(chuàng)情境：出示小明徒手攀爬直角墻面的照片（圖略）。

原始問題：為什么小明能爬上墻壁？

表征問題：假設(shè)某時(shí)小明只靠雙手靜止支撐在墻面上，請分析他的受力情況。

成果呈現(xiàn)：出示學(xué)生的受力分析圖。

整個(gè)教學(xué)過程如圖2所示。

設(shè)計(jì)依據(jù)：原始問題是指在自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在，能夠反映科學(xué)概念、規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)，具有生態(tài)性、開放性等特點(diǎn)。學(xué)生需要在建模之前認(rèn)識(shí)問題、表征問題。因此，教師必須重視將物理事實(shí)、物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理問題，進(jìn)行符合高中生認(rèn)知能力的探究活動(dòng)。教師設(shè)計(jì)活動(dòng)環(huán)節(jié)，并和學(xué)生一起分析主要、次要因素，將“雙手雙腳動(dòng)態(tài)攀爬的人體”抽象成“只具有兩個(gè)接觸面的靜態(tài)平衡物體”，讓受力分析具有可操作性，逐步培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的科學(xué)素養(yǎng)。案例1情境突出“有彈力是摩擦力的產(chǎn)生條件”，案例2再創(chuàng)情境進(jìn)一步突出“彈力和摩擦力方向相互垂直”的關(guān)系。

二、互動(dòng)磋商? ?社會(huì)建構(gòu)

學(xué)習(xí)不是簡單的傳遞和接收，而是知識(shí)的建構(gòu)和生成，是新舊經(jīng)驗(yàn)的相互作用。學(xué)習(xí)不但強(qiáng)調(diào)個(gè)體心智活動(dòng)的主動(dòng)性，更應(yīng)兼及社群與集體之間的互動(dòng)、磋商、討論，直至形成共識(shí)。教師要在“創(chuàng)設(shè)情境引發(fā)思考”的基礎(chǔ)上，組織和引導(dǎo)師生、生生進(jìn)行多維對話，推進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

例如，在案例1中，筆者設(shè)計(jì)對話建構(gòu)，即師生、生生之間充分溝通合作、討論交流，得出照片是在游樂園“倒置屋”中拍攝的，并且轉(zhuǎn)過90°。在積極的參與過程中，學(xué)生形成了“接觸面粗糙，之間有彈力，有相對運(yùn)動(dòng)趨勢”是靜摩擦力存在的必備條件的物理觀念，習(xí)得了按“重力、彈力和摩擦力的順序”進(jìn)行受力分析的程序和規(guī)范。其教學(xué)過程如圖3所示。

又如，在案例2中，筆者先出示典型錯(cuò)誤受力圖，讓學(xué)生討論交流。有學(xué)生覺得還有其他可能，提出對稱的兩種情況。又有學(xué)生受到啟發(fā)，畫出不對稱的四種情況。在對比鑒別后，突然有學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑，認(rèn)為“摩擦力分解后的水平分量不能相互平衡”，繼而重新審視這幾種不對稱的情況，發(fā)現(xiàn)都不合理，討論由此陷入僵局。直至有學(xué)生自我反思批判后，大家意識(shí)到“又忘了畫彈力”，問題才得到解決。最終，學(xué)生逐一分析，得到正確的受力分析圖。

設(shè)計(jì)依據(jù)：認(rèn)知建構(gòu)強(qiáng)調(diào)“學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)建構(gòu)的過程”;社會(huì)建構(gòu)強(qiáng)調(diào)“師生互動(dòng)、生生互動(dòng)是課堂教學(xué)中最基本、最重要的人際關(guān)系”。讓學(xué)生展示成果、互動(dòng)交流，可促使不同觀念對立、交鋒，教師再設(shè)計(jì)垂直互動(dòng)的師生對話和水平互動(dòng)的生生對話，就可引發(fā)學(xué)生進(jìn)行論證、批判、質(zhì)疑等高階思維活動(dòng)。學(xué)生經(jīng)歷高端思維活動(dòng)和科學(xué)探究體驗(yàn)的問題解決過程，能鍛煉科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

三、具身體驗(yàn)? ?激發(fā)情感

具身認(rèn)知理論指出教學(xué)過程是對認(rèn)知、身體、環(huán)境三者的整合與運(yùn)用，具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)“體驗(yàn)性、參與性與生成性”。在物理教學(xué)中，教師應(yīng)讓學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究過程，讓學(xué)生切身經(jīng)歷視覺、聽覺或觸覺的活動(dòng)體驗(yàn)。

在案例1中，筆者讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并分組演示體驗(yàn)。有學(xué)生提出用深色書本和粉筆擦演示斜面和豎直面的比較;有學(xué)生提出需要用力按粉筆擦才能擦去黑板上的字跡，并上臺(tái)體驗(yàn)讓粉筆擦貼豎直黑板自由下落能否達(dá)到擦拭效果的實(shí)驗(yàn)。此外，教師可在保證安全的情況下，組織學(xué)生在課外活動(dòng)中參加一步蹬墻活動(dòng)，體驗(yàn)?zāi)Σ亮蛷椓Φ年P(guān)系。教師也可播放《碟中諜4》中湯姆·克魯斯扮演的角色攀爬迪拜哈利法塔玻璃幕墻的視頻，將畫面定格在他單手懸掛在玻璃墻上的場景，讓學(xué)生將之與上述爬墻情境對比體驗(yàn)。

在案例2中，教師可設(shè)計(jì)體驗(yàn)活動(dòng)，如用白紙模擬折成直角墻面，讓學(xué)生模擬雙手的擺放姿勢，再適時(shí)播放“7歲男孩徒手爬墻”新聞視頻，讓學(xué)生觀察對比男孩手、腳的爬行方向，增加具身體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)依據(jù)：深度學(xué)習(xí)的核心特征是“活動(dòng)與體驗(yàn)”，教師需要精心設(shè)計(jì)有序的學(xué)習(xí)活動(dòng)，注重學(xué)生全身心的體驗(yàn)，以學(xué)生活動(dòng)的“身體介入度、主動(dòng)參與性、知識(shí)生成性”為核心指標(biāo)，對物理教學(xué)過程及時(shí)進(jìn)行評(píng)估，并適時(shí)改進(jìn)?！扒榫郴钡恼J(rèn)知建構(gòu)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的具身認(rèn)知和直觀的形象思維，而“去情境化”的社會(huì)建構(gòu)可讓學(xué)生獲得一般化的抽象認(rèn)知和抽象思維，“再情境化”的具身體驗(yàn)則通過同化順應(yīng)強(qiáng)調(diào)新舊知識(shí)的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步豐富學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)其形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，促使其科學(xué)思維發(fā)生質(zhì)的變化。

四、關(guān)聯(lián)整合? ?優(yōu)化結(jié)構(gòu)

反思是一種高層次的認(rèn)知活動(dòng)，是形成良好悟性與內(nèi)省力的有效學(xué)習(xí)策略。自我反思是以自己的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀為思考對象，對自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃、完成情況以及學(xué)習(xí)成效進(jìn)行過程監(jiān)控與結(jié)果評(píng)價(jià)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對自己和他人的學(xué)習(xí)內(nèi)容、方式、過程、結(jié)果進(jìn)行反思、評(píng)價(jià)、批判、總結(jié)。

例如，在案例1中，筆者組織學(xué)生總結(jié)、歸納、整合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究過程。其過程如圖4所示。

又如，在案例2中，筆者利用相關(guān)錯(cuò)誤資源，追問“這樣的受力情況在什么情況下出現(xiàn)”。學(xué)生討論、整合了“內(nèi)凹、外凸直角墻面”，并提出更為復(fù)雜的攀爬“凵形墻柱”問題，筆者再適時(shí)播放“女孩爬凵形墻柱”視頻，以增加學(xué)生的具身體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)依據(jù)：學(xué)習(xí)是一個(gè)對各種信息源與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的過程，學(xué)生在各種知識(shí)和現(xiàn)象之間建立聯(lián)通關(guān)系，就可逐漸建構(gòu)起關(guān)聯(lián)的知識(shí)體系。教師應(yīng)設(shè)計(jì)促使學(xué)生把新情境的刺激納入到原有圖式的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度加工并掌握合理的元認(rèn)知策略，促使學(xué)生形成“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平”的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步整理與提升[2]。同時(shí)，教師還要教會(huì)學(xué)生認(rèn)識(shí)、調(diào)節(jié)和監(jiān)控自我的內(nèi)部認(rèn)知過程，最終促進(jìn)教學(xué)和評(píng)價(jià)的融合。

五、問題驅(qū)動(dòng)? ?遷移創(chuàng)新

深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)是：學(xué)生不僅能將知識(shí)相互關(guān)聯(lián)，還要把問題遷移到相關(guān)的不同情境中，并創(chuàng)造性地在新情境中對問題進(jìn)行歸納和演繹，或者能抽象并概括出新的物理模型，使之適用于新的問題情境。物理與生活聯(lián)系密切，教師應(yīng)設(shè)計(jì)待解決的實(shí)際學(xué)習(xí)任務(wù)或問題，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境（STSE）”間的關(guān)系。

例如，在案例1中，筆者播放“湯姆·克魯斯扮演的角色攀爬玻璃墻”后，繼續(xù)提問“生活實(shí)際中有沒有類似的應(yīng)用”，學(xué)生聯(lián)想到“自動(dòng)擦玻璃機(jī)器人”，筆者于是布置課后研究性作業(yè)：機(jī)器人吸附原理探究及制作模擬裝置。

又如，在案例2中，有學(xué)生在總結(jié)“內(nèi)凹外凸直角墻面以及凵形墻柱”的受力分析后，提出更為復(fù)雜和實(shí)際的電工攀爬“圓柱形電線桿”的受力問題，筆者于是布置課后研究性作業(yè)：探究腳扣式登桿器的原理。

設(shè)計(jì)依據(jù)：學(xué)生在知識(shí)積累、技能發(fā)展和問題解決方面發(fā)生的質(zhì)變結(jié)果或?qū)W習(xí)遷移，是學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成、學(xué)習(xí)增值的具體體現(xiàn)。教師應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力，促使學(xué)生的思維認(rèn)知結(jié)構(gòu)在真實(shí)且層進(jìn)的學(xué)習(xí)過程中，從關(guān)聯(lián)水平逐步質(zhì)變到拓展抽象水平。

參考文獻(xiàn)：

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[2]黃晶.基于SOLO分類理論的教學(xué)實(shí)踐和改進(jìn)——以多次光學(xué)成像問題為例[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2014（11）：24-27.