指向深度學(xué)習(xí)的物理校本實(shí)驗(yàn)

邱曉峰

摘? ?要：高中學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)科學(xué)習(xí)時(shí)還保留了許多初中學(xué)習(xí)的痕跡，思維不夠深入，認(rèn)知和思考停留在淺層，這一現(xiàn)象使得學(xué)生普遍感覺(jué)高中物理學(xué)習(xí)難度大，失去學(xué)習(xí)興趣。本文闡述了教師如何在高中物理校本課程中，利用DIS數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)改造或設(shè)計(jì)一系列的校本實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生在校本實(shí)驗(yàn)的操作中，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過(guò)程中逐步提升思維層次，優(yōu)化學(xué)習(xí)方式，走向深度學(xué)習(xí)，以適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)人才具備的能力要求。

關(guān)鍵詞：DIS數(shù)據(jù)采集;深度學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn);教學(xué)策略

課程改革以來(lái)教學(xué)課堂較之以往多了更多的"自主，合作，探究”的過(guò)程，但由于很多教師對(duì)這種學(xué)習(xí)模式的內(nèi)涵、實(shí)施策略的理解并不到位，使得初中很多的物理課堂演變成為表面形式的合作與探究。學(xué)生和教師往往熱衷于對(duì)各種現(xiàn)代化工具的使用，淺層次的對(duì)話(huà)，而在學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中要深度學(xué)習(xí)的核心問(wèn)題，依舊停留在了解與記憶的層次上，這種方式僅僅只是豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程，而并沒(méi)有讓學(xué)生真正的理解內(nèi)涵，踐行價(jià)值觀。加之初中的考試對(duì)解決問(wèn)題能力考察的不足，使得學(xué)生經(jīng)過(guò)初中兩年的物理學(xué)習(xí)形成了一種固化的學(xué)習(xí)模式，即對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)僅限于了解現(xiàn)象，而定量計(jì)算分析能力較差。

高中物理與初中物理的學(xué)習(xí)差異巨大，其中之一就是學(xué)習(xí)任務(wù)要求從初中的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治?，從之前的解釋現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榻忉尣⑶翌A(yù)測(cè)現(xiàn)象，這就要求學(xué)生對(duì)其學(xué)習(xí)的內(nèi)容要進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。能夠?qū)χR(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述，同時(shí)只停留在學(xué)習(xí)認(rèn)知領(lǐng)域中的“知道、理解”層次，即屬于淺層學(xué)習(xí)階段;而對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，利用所學(xué)知識(shí)能夠解決具體問(wèn)題，并且能加以創(chuàng)新或者改進(jìn)則屬于深度學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)更加注重知識(shí)的應(yīng)用和問(wèn)題的解決[ 1 ]。因此學(xué)生初入高中學(xué)習(xí)時(shí)，普遍反映物理學(xué)科學(xué)習(xí)跨度大，而導(dǎo)致學(xué)習(xí)信心不足，學(xué)習(xí)興趣下降。此時(shí)需要教師優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的層次由“淺”入“深”，由記憶轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用。優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)方式的教學(xué)措施應(yīng)該是全方位地滲透進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)全過(guò)程中，包括教師課堂教學(xué)方式的改變，課后習(xí)題的設(shè)置，考察方式的側(cè)重等。本文通過(guò)若干個(gè)教學(xué)案例介紹了如何在校本課程中，通過(guò)數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)（DIS）數(shù)據(jù)化學(xué)習(xí)任務(wù)促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

1? 從基于習(xí)題訓(xùn)練到面對(duì)實(shí)際問(wèn)題解決

在眾多的物理試題中，其實(shí)蘊(yùn)藏著很多的可以轉(zhuǎn)變成小實(shí)驗(yàn)的物理模型，利用DIS改造并重現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)，不僅可以讓學(xué)生理解物理模型，更讓他們?cè)趯?shí)踐操作中培養(yǎng)分析問(wèn)題、應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，從而提升學(xué)習(xí)的深度。下面介紹一個(gè)改造試題變?yōu)镈IS實(shí)驗(yàn)的實(shí)例：為了研究人們用繩索跨越山谷過(guò)程中繩索拉力的變化規(guī)律，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，他們將不可伸長(zhǎng)輕繩通過(guò)測(cè)力計(jì)（不計(jì)質(zhì)量及長(zhǎng)度）固定在相距為D的兩立柱上，固定點(diǎn)分別為P和Q，P低于Q，繩長(zhǎng)為L(zhǎng)（L>PQ），他們首先在繩上距離P點(diǎn)10cm處（標(biāo)記為C）系上質(zhì)量為m的重物（不滑動(dòng)），由測(cè)力計(jì)讀出繩PC、QC處的拉力大小TP和TQ。隨后，改變重物懸掛點(diǎn)C的位置，每次將P到C點(diǎn)的距離增大10cm，并讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)，最后得到TP和TQ與繩長(zhǎng)PC的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示，由實(shí)驗(yàn)可知：

如圖3繩子總長(zhǎng)L（約130cm）一定，兩固定點(diǎn)距離L0（約100cm）一定的前提條件下，測(cè)量鉤碼（50-100g）掛在距離A點(diǎn)x距離P點(diǎn)時(shí)，AP繩子受到的拉力F1，BP繩子受到的拉力F2，改變P點(diǎn)位置，測(cè)出不同x值下兩繩拉力，通過(guò)F-x坐標(biāo)，找到兩拉力隨x的變化規(guī)律，通過(guò)DIS系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用Execl表格處理數(shù)據(jù)，畫(huà)出F-x圖象。由于有了數(shù)據(jù)量化任務(wù)的要求，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不再只是流于表面，數(shù)據(jù)化提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)層次和深度，并大大改善了實(shí)驗(yàn)環(huán)境。圖4為學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖象。

為了能夠解釋實(shí)驗(yàn)中得到的圖象，學(xué)生必須自行嘗試用平行四邊形法則去解釋此物理模型，這個(gè)過(guò)程中就達(dá)到了深度學(xué)習(xí)的要求——通過(guò)解決一些具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生重新判斷和建構(gòu)學(xué)科基本知識(shí)，提升分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

2? 從具體性知識(shí)學(xué)習(xí)到核心觀念建構(gòu)

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)中，教師或者參考書(shū)上經(jīng)常告訴學(xué)生滑動(dòng)變阻器分壓接法的適用條件之一是滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻的阻值，因?yàn)榇藭r(shí)如果用限流接法則調(diào)節(jié)范圍不夠明顯。事實(shí)是否如此，學(xué)生帶著此疑問(wèn)用DIS系統(tǒng)做了如圖5實(shí)驗(yàn)，待測(cè)電阻為Rx，滑動(dòng)變阻器R1的最大阻值為R0，其滑片右側(cè)電阻值為R，待測(cè)電阻RX=nR0，實(shí)驗(yàn)中得到如圖6的實(shí)驗(yàn)圖象。

從圖象中學(xué)生可以看出當(dāng)13? 從知識(shí)解析到促進(jìn)認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變和發(fā)展

為了促進(jìn)學(xué)生從“解題”向“解決問(wèn)題”的轉(zhuǎn)變，需要教師開(kāi)發(fā)一系列能夠轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)物理習(xí)慣的校本實(shí)驗(yàn)，希望通過(guò)動(dòng)手操作這些實(shí)驗(yàn)，并理論解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及誤差分析，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變和發(fā)展。

以下列舉幾個(gè)適合高一學(xué)生動(dòng)手操作的校本實(shí)驗(yàn)。

3.1? 研究下蹲、站起過(guò)程超重和失重情況

用手抓住傳感器，開(kāi)啟傳感器先測(cè)出鉤碼重力，然后記錄下蹲過(guò)程每隔一定時(shí)間的拉力大小，重復(fù)以上步驟，改為站起過(guò)程。然后用Excel處理數(shù)據(jù)，研究超重失重過(guò)程。

3.2? 研究蹦極過(guò)程起始下落高度h與下落過(guò)程最大拉力F之間的關(guān)系

用力學(xué)傳感器測(cè)量砝碼下落過(guò)程最大拉力F，用刻度尺測(cè)量，砝碼從橡皮繩原長(zhǎng)上方開(kāi)始下落高度h。用F-h研究最大拉力與開(kāi)始下落高度之間的關(guān)系（如圖7）。

3.3? 研究橡皮筋彈力與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系

用力學(xué)傳感器測(cè)量橡皮筋彈力F，用刻度尺測(cè)量其伸長(zhǎng)量x，用數(shù)據(jù)畫(huà)出F-x圖象，用圖象尋找它們之間的規(guī)律（如圖8）。

以上實(shí)驗(yàn)都是教師開(kāi)發(fā)出來(lái)的真實(shí)情景下的物理問(wèn)題，這些開(kāi)發(fā)能發(fā)掘出物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的獨(dú)特功能，促使學(xué)生轉(zhuǎn)變以往淺層學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式，從理論走向?qū)嶋H，從知識(shí)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H問(wèn)題的解決，從知識(shí)解析到促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的轉(zhuǎn)變。

4? 結(jié)束語(yǔ)

在綜合了全世界200多名研究者的研究成果——《為21世紀(jì)培育教師提高學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)力：來(lái)自世界的經(jīng)驗(yàn)》報(bào)告中指出：21世紀(jì)學(xué)生必須掌握的技能，其中一項(xiàng)就是決策和學(xué)習(xí)能力，教師在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力時(shí)應(yīng)尤其重視用持續(xù)性的高階思維活動(dòng)支持下的深度學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)。在教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)的定義中，把“分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造”這四種思維行為歸為高階思維[ 4 ]。這就要求教師在設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平，根據(jù)不同階段不同地域甚至是不同性別學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展的客觀規(guī)律，設(shè)置的問(wèn)題、物理情景應(yīng)有階梯過(guò)渡，讓學(xué)生能夠“跳一跳，夠得到”，在大部分學(xué)生的思維遇到困難時(shí)，教師還應(yīng)有適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，從而促使學(xué)生保持有高投入的學(xué)習(xí)狀態(tài)，達(dá)到高階思維能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]安富海. 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略研究[J]. 課程.教材.教法，2014 （11）：57-62.

[2]彭維珍. 2014年高考中的極限問(wèn)題[J]. 物理通報(bào)， 2014（12）：98-100.

[3]陳柏良.建構(gòu)深度學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)課堂[J]. 中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考，2017 （11）：14-16.

[4]AndreasSchleich.為21世紀(jì)培育教師提高學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)力：來(lái)自世界的經(jīng)驗(yàn)[M]. 北京：北京大學(xué)出版社，2012：35.