“深度學(xué)習(xí)”視域下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略研究

黃建林

摘 要：通過(guò)分析當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了 “認(rèn)知沖突”引發(fā)深度思考、“評(píng)價(jià)交流”形成深度反思、“真實(shí)情境”激發(fā)深度學(xué)習(xí)、“數(shù)字實(shí)驗(yàn)”凸顯科學(xué)本質(zhì)、“深度探究”導(dǎo)向高階思維、“家庭實(shí)驗(yàn)”促使深度研究六種“深度學(xué)習(xí)”視域下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略.

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；深度學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)有舉足輕重的作用：它可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心；培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣；提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)等.但受當(dāng)前快餐式學(xué)習(xí)方式和中考指揮棒的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”更加趨于功利主義，往往存在三種現(xiàn)象：講實(shí)驗(yàn)、看實(shí)驗(yàn)和練實(shí)驗(yàn).物理實(shí)驗(yàn)中有很多地方用到有害材料，如外界對(duì)氣體做功使氣體內(nèi)能增加實(shí)驗(yàn)用的是乙醚，好多教師直接用講實(shí)驗(yàn)來(lái)代替真正的實(shí)驗(yàn).在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一些難成功的實(shí)驗(yàn)，如晶體熔化實(shí)驗(yàn)，往往是叫學(xué)生看視頻實(shí)驗(yàn).到中考實(shí)驗(yàn)時(shí)，針對(duì)幾個(gè)要考的實(shí)驗(yàn)往往叫學(xué)生進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)，機(jī)械操作.講、看、練實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致的結(jié)果是學(xué)生的學(xué)習(xí)處于淺層次學(xué)習(xí)，理解不深刻，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論死記硬背，實(shí)驗(yàn)操作機(jī)械生硬，出現(xiàn)知其然卻不知其所以然的結(jié)果.長(zhǎng)此以往，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性會(huì)大大減弱，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力會(huì)降低，一碰到開(kāi)放性的問(wèn)題，學(xué)生們就無(wú)從下手.

二、深度學(xué)習(xí)的概念及特征

深度學(xué)習(xí)，也被譯為深層學(xué)習(xí)，是在1976年由美國(guó)學(xué)者Ference Marton和Roger saljo根據(jù)學(xué)習(xí)者獲取和加工信息的方式提出來(lái)的.目前對(duì)深度學(xué)習(xí)定義比較認(rèn)同的是：深度學(xué)習(xí)是指在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和思想，并將新的知識(shí)和思想融入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多的思想間進(jìn)行聯(lián)系，并能夠?qū)⒁延械闹R(shí)遷移到新的情境中，作為決策和解決問(wèn)題的一種學(xué)習(xí)方式[1].深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)主要在建構(gòu)反思、思維能力、思維層次、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)目標(biāo)等方面存在著顯著差異，具體表現(xiàn)如表1[2].

三、深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

（一）“認(rèn)知沖突”引發(fā)深度思考

建構(gòu)主義觀點(diǎn)認(rèn)為：學(xué)習(xí)不僅僅是信息量的積累，更是新舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)之間的沖突而引發(fā)的觀念轉(zhuǎn)換和認(rèn)知結(jié)構(gòu)重組的過(guò)程.學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)前不是空著腦袋而是帶著“前概念”進(jìn)課堂的.這些前概念有的是偏激的甚至是錯(cuò)誤的，更主要是前概念具有頑固性、持久性和個(gè)人性、普遍性等特征.按最近發(fā)展區(qū)理論，要想促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，就必須把這些前概念進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同時(shí)對(duì)已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和重構(gòu)，使得舊知識(shí)和新知識(shí)之間建立一座橋梁，引發(fā)學(xué)習(xí)者深度思考，從而對(duì)知識(shí)進(jìn)行有效建構(gòu).

案例1 燈泡亮暗是由什么因素決定的

經(jīng)過(guò)八年級(jí)的串并聯(lián)電路的學(xué)習(xí)，在學(xué)生的頭腦中已經(jīng)形成了燈泡的亮度是由電流決定的錯(cuò)誤前概念.在初三學(xué)電功率時(shí)，教師提問(wèn)：當(dāng)“220V 100W”“220V 40W”的兩盞燈串聯(lián)時(shí)，哪盞燈更亮？學(xué)生異口同聲回答一樣亮，理由是它們電流一樣.當(dāng)合上時(shí)卻發(fā)現(xiàn)不是一樣亮而是40W的更亮.這引發(fā)了第一次認(rèn)知沖突.當(dāng)提問(wèn)“220V 200W”“220V 40W”的兩盞燈串聯(lián)時(shí)，現(xiàn)象會(huì)如何，學(xué)生回答是200W的暗，40W的亮，合上開(kāi)關(guān)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)200W的不亮，40W的亮.這時(shí)教師讓學(xué)生上臺(tái)摸200W燈泡發(fā)現(xiàn)它在發(fā)熱，是有電流的.這又引發(fā)了第二次認(rèn)知沖突.當(dāng)“220V 200W”“220V 40W”的兩盞燈并聯(lián)時(shí)，又會(huì)怎樣？學(xué)生回答是40W亮后，當(dāng)教師合上開(kāi)關(guān)那一瞬間，學(xué)生徹底傻眼了，竟是200W的更亮，再次引發(fā)他們的認(rèn)知沖突.

案例2 水和人體到底能否導(dǎo)電

在學(xué)生的前概念中，水和人體都是能導(dǎo)電的，但當(dāng)他們用自己設(shè)計(jì)出的檢驗(yàn)導(dǎo)體與絕緣體的檢驗(yàn)方案時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮且電流表示數(shù)為0，這時(shí)就產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，老師適時(shí)提醒，是尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是直接認(rèn)定人體和水是導(dǎo)體這個(gè)結(jié)論.這樣的認(rèn)知沖突就促使學(xué)生深度思考，到底是什么原因?qū)е滦襞莶涣烈约半娏鞅硎緮?shù)為0，經(jīng)過(guò)仔細(xì)、深度地思考后，他們認(rèn)為主要是電流太小引起的，從而再進(jìn)一步思考，最后得出最好用靈敏電流表來(lái)檢測(cè).

（二）“評(píng)價(jià)交流”形成深度反思

評(píng)價(jià)是一種關(guān)于價(jià)值的判斷，是一種主體性活動(dòng)，它的作用則是指導(dǎo)活動(dòng)，確定活動(dòng)的目標(biāo)、方向[4].英國(guó)文豪蕭伯納說(shuō)過(guò)：一個(gè)蘋(píng)果跟另一個(gè)蘋(píng)果交換，最終得到的還是一個(gè)，而一種思想跟另一種思想交流，那就是二種甚至更多種思想.可見(jiàn)知識(shí)可以在對(duì)話中重組，在交流中倍增，在共享中升華.在實(shí)驗(yàn)的探究和設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行評(píng)價(jià)和交流，不但能體現(xiàn)語(yǔ)言的準(zhǔn)確性、邏輯性和嚴(yán)密性，更能形成深度反思，使思維深刻化.

案例三 浮力大小與排開(kāi)水的重力關(guān)系

筆者讓學(xué)生設(shè)計(jì)出排開(kāi)水的重力時(shí)，共有二種方案，如圖1和圖2所示.讓學(xué)生自己對(duì)二種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)此方案優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)的缺點(diǎn).他們認(rèn)為：第一種方案在數(shù)據(jù)精確性上有問(wèn)題，即當(dāng)小燒杯把排出的水倒入量筒時(shí)會(huì)因部分水沾著，導(dǎo)致測(cè)得排出水的體積比真實(shí)值要少；第二種方案實(shí)驗(yàn)操作性上不規(guī)范，即直接用量筒接排出的水，實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng).通過(guò)交流與評(píng)價(jià)，學(xué)生經(jīng)過(guò)深度反思后提出可以把兩種方案優(yōu)點(diǎn)組合在一起，提出了第三種方案，即圖3，用小燒杯接著排出的水，然后用天平稱出燒杯和水的總質(zhì)量，或用小筒做這個(gè)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)它們的總重力.

通過(guò)評(píng)價(jià)、交流，形成深度反思后，同學(xué)們對(duì)數(shù)據(jù)的精確性和實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性等問(wèn)題掌握得很清楚.當(dāng)然在他們?cè)u(píng)價(jià)與交流時(shí)，教師要適時(shí)引導(dǎo)他們用準(zhǔn)確、規(guī)范、簡(jiǎn)單明了的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)自己的觀點(diǎn)，鼓勵(lì)他們多想、多說(shuō)，在說(shuō)的過(guò)程中培養(yǎng)他們的語(yǔ)言表達(dá)能力.

（三）“真實(shí)情境”激發(fā)深度學(xué)習(xí)

偉大教育家陶行知說(shuō)過(guò)：不以生活為背景的教學(xué)是死教學(xué).其也說(shuō)明了情境在教學(xué)中的重要性.而對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，情境教學(xué)顯得尤為重要，它能夠給學(xué)生提供一個(gè)好的學(xué)習(xí)情境，使得學(xué)生愿意學(xué)，喜歡學(xué)，特別是真實(shí)的物理情境，一旦學(xué)生進(jìn)入這種情境中，各種原生態(tài)的物理問(wèn)題（大多是開(kāi)放性問(wèn)題）會(huì)接踵而來(lái)，這些問(wèn)題較書(shū)本問(wèn)題更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)習(xí)向縱深發(fā)展，從而提升他們運(yùn)用綜合知識(shí)的能力.

案例四 水火箭的發(fā)射

當(dāng)學(xué)生學(xué)過(guò)有關(guān)力學(xué)知識(shí)后，可以嘗試著讓學(xué)生自己制作水火箭，然后再進(jìn)行發(fā)射高度的比賽.為了使自己制作的水火箭飛得最高，這時(shí)他們會(huì)去學(xué)習(xí)有關(guān)水火箭的一些資料，包括制作、平衡、水量與氣量的比例、發(fā)射角度、總重量、火箭的節(jié)數(shù)等問(wèn)題.在正式比賽過(guò)程中，還會(huì)涉及很多的原生態(tài)物理問(wèn)題，如風(fēng)力和風(fēng)向?qū)︼w行的影響，發(fā)射臺(tái)的導(dǎo)航軌道長(zhǎng)短的影響等.

案例五 怎樣使小燈泡正常發(fā)光

“2.5V 0.3A”的小燈泡要正常發(fā)光，學(xué)生會(huì)想到用二節(jié)干電池，但二節(jié)干電池的電壓有3V，超過(guò)小燈泡正常發(fā)光的電壓.這時(shí)學(xué)生自然想到串聯(lián)一個(gè)電阻Rx（通過(guò)計(jì)算大約為1.67Ω的電阻）去分壓.但實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有這樣的電阻，只能自己動(dòng)手做.提供6.8Ω/m的康銅絲、刻度尺、老虎鉗等，算出要截取24.56cm長(zhǎng)的康銅絲，如圖4所示.這時(shí)小燈泡發(fā)光時(shí)兩端的電壓應(yīng)該是2.5V，當(dāng)學(xué)生把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端時(shí)卻發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)小于2.5V，這是為什么？這樣的原生態(tài)問(wèn)題實(shí)際上是對(duì)歐姆定律的深度學(xué)習(xí)和應(yīng)用.

（四）“數(shù)字實(shí)驗(yàn)”凸顯科學(xué)本質(zhì)

在概念、規(guī)律方面，教育心理學(xué)的研究成果顯示，學(xué)生在形成概念的初級(jí)階段，必須先有一定的感性認(rèn)識(shí)，然后再上升到抽象的、概括的理性認(rèn)識(shí)上.但在實(shí)際教學(xué)中，好多概念、規(guī)律，特別是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)得不出正確結(jié)論時(shí)，教師往往直接以“空降“的形式拋給學(xué)生，弄得學(xué)生不知所以，如聽(tīng)天書(shū).這時(shí)教師可以運(yùn)用數(shù)字傳感器來(lái)有效突破概念、規(guī)律的難點(diǎn)，從而凸顯科學(xué)本質(zhì)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)如飲甘飴、如履平地，大大提高他們的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率.

案例六 作用力與反作用力的關(guān)系

作用力與反作用力往往老師們是直接口頭說(shuō)的，又或者是用二個(gè)彈簧秤直接拉，這樣做的結(jié)果前者是學(xué)生不理解，也沒(méi)有獲得感性的認(rèn)識(shí)；后者因?yàn)閺椈珊茈y控制勻速又或者由于器材等原因?qū)е率緮?shù)不相等，反而會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論.運(yùn)用數(shù)字傳感器連接電腦，可以在電腦上畫(huà)出如圖5所示的圖像，又或者直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字顯示.

通過(guò)數(shù)字傳感器的運(yùn)用，凸顯了科學(xué)本質(zhì)，使學(xué)生學(xué)得清楚又明白，透過(guò)現(xiàn)象看事物的本質(zhì)規(guī)律.

（五）“深度探究”導(dǎo)向高階思維

深度學(xué)習(xí)的核心是高階思維，而科學(xué)的本質(zhì)特征是科學(xué)探究，它具有重要的教育價(jià)值，因?yàn)閷W(xué)生在課堂中獲得的探究能力在今后的生活、工作和研究中能得到廣泛的遷移.深度探究可以讓學(xué)生解決接近于實(shí)際的問(wèn)題，能夠使學(xué)生獲得活動(dòng)的體驗(yàn)[5]，為此教師在課堂上應(yīng)多引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)探究活動(dòng)，培養(yǎng)他們解決問(wèn)題的能力，從而導(dǎo)向高階思維.

案例七 紙片為什么不會(huì)掉下來(lái)

在上《大氣壓》這節(jié)課時(shí)，老師先在杯中裝滿水，放上紙片，問(wèn)學(xué)生：如果把紙片和杯子一起倒過(guò)來(lái)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生都認(rèn)為紙片會(huì)掉下來(lái)，但結(jié)果令他們大跌眼鏡，竟沒(méi)有掉下來(lái).這時(shí)他們探究欲望被激發(fā)，都在問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：紙片為什么不掉下來(lái)呢？學(xué)生猜測(cè)有三種情況：第一種是紙片是被水吸住了；第二種是大氣壓把紙片壓住了；第三種是大氣壓和水共同作用的原因.老師組織學(xué)生繼續(xù)探究，怎么證明他們的猜測(cè)呢？學(xué)生討論后認(rèn)為：既然第一種認(rèn)為是水吸住的，只要把紙片換成是水吸不住的塑料片就成.第二種只要把大氣壓給去除，也即放在真空環(huán)境中或把杯和紙放在鐘罩中，然后抽氣，看紙片有沒(méi)有掉下來(lái).第三種只要讓大氣壓進(jìn)入這個(gè)杯中，也就是在杯底鉆個(gè)洞，看紙片會(huì)不會(huì)掉下來(lái).他們所設(shè)計(jì)的方案如圖6所示.利用此知識(shí)老師再組織學(xué)生深度探究：為什么有的組實(shí)驗(yàn)不成功，不成功的原因是什么？如果要定量研究大氣壓跟水柱的高度關(guān)系應(yīng)怎么處理？如果杯中有部分空氣，紙片會(huì)不會(huì)掉下來(lái)？為什么不會(huì)掉下來(lái)？到多少空氣時(shí)才會(huì)掉下等問(wèn)題.