深于核心素養(yǎng) 導以體驗支架

摘 ? 要：深度學習是學習者身心與學習情境共同交互的具身化過程，指向物理核心素養(yǎng)，體現(xiàn)在物理觀念之深刻、科學思維之深化、科學探究之深究、科學態(tài)度與責任之深切。搭建體驗式學習支架，能促進學生的學習。體驗式學習支架的搭建可實行如下策略：巧用現(xiàn)代媒體，增添學習交流的角度;投身興趣活動，拓寬知識運用的廣度;利用層級設(shè)問，鋪設(shè)科學思維的梯度;借助科學史實，感悟科學探索的厚度;優(yōu)化評價辦法，體驗思維過程的溫度;融合特色項目，提升地方課程的用度。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng);深度學習;體驗支架

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2019）11-0014-5

人的深度學習是一種整體的學習狀態(tài)，是學習者全身心投入的過程，而絕不僅僅是學習者大腦內(nèi)部信息加工的過程[1]。因此，深度學習最終應(yīng)該促進人的核心素養(yǎng)的提升。隨著核心素養(yǎng)研究的深入，促進深度學習與指向核心素養(yǎng)的高中物理學習設(shè)計的有機融合，應(yīng)是當前物理課堂教學實踐的一個重要研究領(lǐng)域。

全身心投入的深度學習，是一種體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程，這不是簡單的與身體分離的大腦的符號運算，而是身心與學習情境共同交互的具身化過程[2]。這種具身化學習需要教師創(chuàng)設(shè)情境，為學生提供視覺、聽覺、觸覺等感官的體驗，甚至引發(fā)鏡像神經(jīng)元對過往學習經(jīng)驗的再現(xiàn)，為學生創(chuàng)設(shè)體驗式的學習情境與學習支架，實現(xiàn)深度學習[3]。

基于上述分析，體現(xiàn)深度學習的高中物理課堂，應(yīng)該是指向物理核心素養(yǎng)，并可以通過搭建體驗式的學習支架，促進學生發(fā)展的深度學習。

1 ? ?深在何處——指向物理核心素養(yǎng)

物理學科核心素養(yǎng)是物理學育人價值的集中體現(xiàn)，包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任[4]。因此，深度學習之深，落實在核心素養(yǎng)的四個方面。

1.1 ? ?深刻：物理觀念

指向物理觀念的深度學習，應(yīng)該是學生在物理概念與物理規(guī)律學習的過程中，對物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念產(chǎn)生本質(zhì)性的深刻理解與體會（圖1）。這種深刻性體現(xiàn)在學習過程中對知識點理解基礎(chǔ)上的認知結(jié)構(gòu)化與層級化。

【案例1】 能量觀念的深刻理解

在能量守恒的單元復習中，學生掌握了重力做功與重力勢能變化的關(guān)系、彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系、電場力做功與電勢能變化的關(guān)系、摩擦力做功與物體內(nèi)能變化之間的關(guān)系，等等。但對于紛繁復雜的能量類型，面對功能關(guān)系、動能定理、機械能守恒定律等規(guī)律，許多學生往往只見樹木不見森林，沒有從能量守恒的高度來審視諸多概念與規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)，腦中的知識還處于碎片化狀態(tài)。基于這樣的認知基礎(chǔ)，引導學生梳理“體現(xiàn)能量守恒深刻理解的思維導圖”，幫助學生在物理觀念的形成過程中彰顯其深刻性。

1.2 ? ?深化：科學思維

指向科學思維的深度學習，應(yīng)該是學生在模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的過程中，擺脫膚淺的形式主義，層層深入，走向深化的學習過程。這種深化，體現(xiàn)在模型建構(gòu)時之合理抽象，體現(xiàn)在科學推理時之合乎邏輯，體現(xiàn)在科學論證時之基于證據(jù)，體現(xiàn)在質(zhì)疑創(chuàng)新時之多維審辯。

【案例2】 太陽與行星間引力之發(fā)現(xiàn)

在太陽與行星間引力重新“發(fā)現(xiàn)”的學習過程中，將行星的橢圓軌道簡化成圓軌道模型，然后以教育重演的方式，讓學生扮演課堂中的牛頓，且給出學生先決條件——關(guān)于力與運動的相關(guān)定律。在引力的發(fā)現(xiàn)過程中，先引導學生對行星運動的受力情況進行分析，并以開普勒行星運動定律的天文觀測數(shù)據(jù)進行驗證，推導太陽對行星的引力與行星的質(zhì)量成正比。然后，又以“太陽與行星”是否有主次之分為話題，引發(fā)學生對結(jié)論的二次深入質(zhì)疑，由此猜測常數(shù)k中隱含了太陽質(zhì)量的相關(guān)因素，從而進一步得出行星對太陽的引力與太陽質(zhì)量成正比。

通過建模、分析、推理與論證的學習過程，學生的科學思維得到了深化，質(zhì)疑精神得到了熏陶。

1.3 ? ?深究：科學探究

指向科學探究的深度學習，應(yīng)該是學生在真實的情境中提煉科學問題，以科學的途徑獲取證據(jù)，以深思熟慮的態(tài)度解釋猜想，在平等互助的環(huán)境中交流觀點，追求探究的針對性與層次性，不淺嘗輒止。

【案例3】 阻尼振動周期的深度探究[5]

在阻尼振動的學習中，學生產(chǎn)生了一個疑問：簡諧運動的振幅與周期均不變，阻尼振動的振幅在減少，那么其周期是否會產(chǎn)生變化？

面對這個問題，為了探究猜想，將這一問題轉(zhuǎn)化為課外的研究性學習，不同小組紛紛行動，設(shè)計了不同的方案。

小組A：用刻度尺測量教科書插圖上橫軸對應(yīng)一個周期的線段長度。

小組B：利用秒表測量阻尼振動一次全振動所需的時間。

小組C：利用位移傳感器測量振子的運動情況，并對傳感器處理而得的數(shù)據(jù)進行周期分析。

小組D：用手機拍下阻尼振動的微視頻，然后利用視頻中的“時間條”來判定振動周期的情況。

由于實驗誤差，不同小組通過實驗探究后得出的結(jié)論不一致，有的認為周期不變，有的認為周期改變。為了深度探究，在學生展示實驗結(jié)論的基礎(chǔ)上，教師引導學生做進一步的理論探究。寫出其動力學方程m·根據(jù)β與ω0的大小區(qū)別，阻尼振動有弱阻尼、過阻尼與臨界阻尼。如圖3中的公式所示，對于弱阻尼振動而言，其振動過程中連續(xù)兩次通過平衡位置的時間間隔仍是相同的，但這一時間間隔比同樣振動系統(tǒng)做簡諧運動的周期要大，也就是說因為阻尼，“周期雖穩(wěn)定”，但節(jié)奏變慢了。

通過上述深度探究，師生共同梳理了科學探究過程中的合理環(huán)節(jié)與不合理的方案，并由淺入深，由表及里，最終觸及物理現(xiàn)象的數(shù)學實質(zhì)，實現(xiàn)科學探究的深度學習。

1.4 ? ?深切：科學態(tài)度與責任

指向科學態(tài)度與責任的深度學習，應(yīng)該是學生在認識科學本質(zhì)、科學態(tài)度與社會責任的過程中，形成對科學本質(zhì)的深切認識，對科學態(tài)度求實、求真、求恒的深切體悟，對道德規(guī)范及社會責任的深切情懷。這種深切，難以言傳相授，主要來自于物理概念與規(guī)律學習及應(yīng)用過程中的切身體會與感悟。

【案例4】 物理習題中的社會責任

在曲線運動的學習中，當學生通過實驗得出了曲線運動的速度方向是該點的切線方向后，先組織學生進行擋泥板的設(shè)計比賽。在作品展示中，有些學生只考慮到保護自己，但也有學生考慮到保護自己的同時也要顧及路人。通過評價，使得物理知識中融合了人文關(guān)懷。接下來，教師展示當前生活中常見的共享單車的擋泥板設(shè)計樣式（如圖4所示），再請學生以專家的身份對其進行點評，深切體會科學知識與技術(shù)、社會的關(guān)聯(lián)。

2 ? ?如何深入——搭建體驗學習支架

學習科學的研究成果強調(diào)知識建構(gòu)的情境性，關(guān)注環(huán)境對于智能的影響，主張有意義的學習去促進知識向真實生活情境的轉(zhuǎn)化[6]。這些成果說明，課堂教學要實現(xiàn)深度學習，就需要重視情境設(shè)置，重視真實生活。若說課堂教學是一場舞蹈，那么教學設(shè)計就是編排舞蹈的過程[7]。深度學習是否能真正發(fā)生，有賴于教師精心的教學設(shè)計。有效的教學策略，能使科學思維深化，使科學探究深入，使科學態(tài)度與責任深切，使學習結(jié)果與形成的物理觀念深刻。為了支持學生實現(xiàn)深度學習，教師在創(chuàng)設(shè)學習情境的可供選擇的眾多教學策略中，應(yīng)以具身化學習為理論依據(jù)，嘗試為學生搭建體驗式的學習支架。

支架式學習可以用不同的方式組織，本文側(cè)重體驗式的實踐視角，梳理了如下六點策略。

2.1 ? ?巧用現(xiàn)代媒體，增添學習交流的角度

高中物理課程倡導多樣化的教學方式，鼓勵教師利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導學生理解物理學本質(zhì)，形成科學思維與習慣。教師利用手機APP輔助教學，就如同幫助學生架設(shè)了一雙靈動的眼睛與靈巧的雙手，對深度學習的有效開展能起到很好的作用。

【案例5】 用手機APP發(fā)現(xiàn)學生實驗中的不當操作

操作原理與步驟是當前物理實驗的一個重頭戲，但是學生在實驗過程中，對實驗原理與步驟的解讀，容易走入淺嘗淺試、蜻蜓點水的誤區(qū)，這與深度學習的要求相差甚遠。

針對學生實驗中出現(xiàn)的操作不規(guī)范的情況，筆者開展了一種嘗試。在學生實驗過程中，教師利用手機拍攝各實驗小組的操作細節(jié)，然后通過手機APP“曉黑板”的教師端上傳。實驗結(jié)束后，學生可以通過APP的手機端，調(diào)看錄像。為激發(fā)學生對實驗操作的研討，筆者與學生約定了“大家來找茬”的學習游戲，凡是在視頻中能發(fā)現(xiàn)操作步驟存在的問題，或者能進一步點評出問題所在、說出正確操作辦法的學生，教師都會對其進行表揚與鼓勵。

視頻記錄增添了學生之間相互交流的內(nèi)容，也激發(fā)了學生深度研究實驗的興趣，諸如打點計時器相關(guān)實驗的平衡摩擦力、紙帶長度的測量、電路的連接與測量，以及圖5中單擺擺角的條件設(shè)置、周期測量的細節(jié)，等等，都成了學生們津津樂道的話題。

2.2 ? ?投身興趣活動，拓寬知識運用的廣度

興趣是最好的老師，對物理知識的理解和運用高度相關(guān)的興趣活動，無疑是學生課堂學習的時空延伸，也是綜合實踐活動的本質(zhì)體現(xiàn)。引導學生將所學的分散性物理知識綜合在同一興趣活動中，學生在手腦并用的過程中，就能體驗真正的深度理解。

【案例6】 在興趣活動中拓寬知識運用面

通過《電磁振蕩》與《電磁波發(fā)射與接引》的學習，學生了解了電磁波的頻率公式，并知道了調(diào)制、調(diào)諧與解調(diào)的含義。在此基礎(chǔ)上，教師組織學生進行了拓展性的興趣活動——自制收音機。在焊接電子元件時，有學生忽然閃出靈感，能否將收音機中的電容器改用為平行板電容器，看能不能通過改變平行板電容器兩極板之間的正對面積S、間距d與介質(zhì)，達到調(diào)節(jié)頻道的功效（圖6）。

嘗試過程中，興趣小組再次研究了影響平行板電容器電容的各個因素，查閱了電容器元件銘牌上的相關(guān)參數(shù)，并嘗試著比較平行板電容器與標準電容器元件之間的差別，尋找其他可替代的辦法。經(jīng)過反復嘗試，當學生利用如此簡單的自制設(shè)備發(fā)出廣播聲音時，他們的興奮之情溢于言表。更有甚者，竟在此基礎(chǔ)上，提出新的觀點，認為在收音機中，收音頻道的標尺與旋鈕之間應(yīng)存在定量關(guān)系，這種定量關(guān)系與萬用表刻度盤的標注原理應(yīng)該存在異曲同工之妙。

2.3 ? ?利用層級設(shè)問，鋪設(shè)科學思維的梯度

學習過程中，思維若要深化，需要教師在導學時根據(jù)學生的認知特點，在兩個較大級差的認知水平之間搭設(shè)具有梯度的支架，并以此支架引導學生逐步深入。因此，教師應(yīng)該設(shè)置有層級的設(shè)問，形成層層深入的問題鏈，以問導思，最終觸發(fā)學習者的深度學習。

【案例7】

在“勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系”教學中，教師巧設(shè)層級問題鏈，引導學生深化對速度公式理解中的思維梯度。

問題1： at與v0能相加嗎？

問題2：它們的單位分別是什么？

問題3：at的物理意義是什么？

問題4：單位一致的情況下，at加上v0又代表什么意義？

問題5：勻變速不僅包括勻加速，也包括勻減速。當勻減速時，兩者相加如何理解？請用通俗易懂的實例進行類比？

問題6：根據(jù)分析，引導學生畫出如圖7所示的矢量圖。

2.4 ? ?借助科學史實，感悟科學探索的厚度

教科書是高度濃縮后的知識結(jié)晶，許多科學家在科學探索的道路中經(jīng)歷了血肉豐盈的曲折之路，由此精煉成高度濃縮的簡潔的科學規(guī)律，但與此同時歷史中蘊含的豐富的精神營養(yǎng)也很容易脫水風干，最終展現(xiàn)在教師與學生眼前的只是冰冷無味的知識骨架。所以，在物理教學中借助科學史實，就是還原這份養(yǎng)分，感悟歷史的厚重。

【案例8】 對牛頓之綜合的深度體悟

在學習了萬有引力定律后，教師再次向?qū)W生介紹了牛頓的偉大，有學生產(chǎn)生了疑問：“老師，我覺得似乎咱們書上所言有點夸大其辭，我感覺無論是從伽利略對力與運動之研究到牛頓第一定律的得出，還是從開普勒行星運動定律到萬有引力定律的推導，一切都是順理成章，一切都很自然，我在學習過程中，沒有體會到你所說的高度體現(xiàn)牛頓偉大之處的細節(jié)啊！”

基于此，筆者組織學生進行了一次深度的讀書活動，并在閱讀的基礎(chǔ)上，組織部分學生進行了“牛頓之綜合——偉大在何處？”的探討，通過對這段震撼人心的歷史的解讀，學生與老師一起共畫“牛頓綜合之思維導圖”（圖8）[8]。在此過程中，學生們看到了偉大的思想家為了理解自然所提出的新思想，體會到了他們?yōu)榱死斫庾匀?，窮其一生去探索新的思想工具與理解方式過程中所付出的艱苦努力，感悟到了科學探索的歷史厚重。

2.5 ? ?優(yōu)化評價辦法，體驗思維過程的溫度

評價是教學過程中的重要環(huán)節(jié)。評價必須以學生及其學習為中心，本著民主平等的宗旨，以激發(fā)學習興趣、促進身心體驗與深度學習為原則。設(shè)計評價時，需創(chuàng)設(shè)形式豐富的評價辦法，讓學生回味自己深度思考、努力拼搏等切身體驗帶來的成就感，使學生在學習中期待評價，享受評價，感受評價帶給自己的溫暖，從而達到以評促學的目的。

【案例9】 以激勵為目標的過程評價

為了激發(fā)學生積極參與課堂互動，教師創(chuàng)建了班級的蝸牛精神文化，把法拉第研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象之十年磨一劍的史實定義為蝸牛精神，并依據(jù)學生學習時思維參與的深度，授予“法拉第蝸牛獎卡”。獎卡純手工制作，加蓋印章，限量發(fā)行，由筆者書寫學生在學習中深度學習故事，故事有血有肉，文字有情有義，對于學生而言極具鼓勵意義與收藏價值。

當然，評價手段也不完全物化，更多有效的評價都滲透在師生的課堂互動中。例如，在“洛倫茲力”的學習中，總結(jié)出洛倫茲力的方向之后，教學進入拓展應(yīng)用環(huán)節(jié)。老師設(shè)問：為使電視機顯像管（圖9）屏幕上的光點從上面移動到下面，有何對策？A同學首先作答：“將磁場旋轉(zhuǎn)180度”，B同學進一步補充：“將偏轉(zhuǎn)線圈中的電流從某一值減到零再反向增大到原來的值”。針對這一理答環(huán)節(jié)，教師對他們兩人的學習作了如下評價：“兩位同學的回答在思維上不謀而合，在操作策略上承上啟下，完美實現(xiàn)了學習上的有效呼應(yīng)，這是一種學習心靈之串聯(lián)，是物理課堂中的一次華山論劍，是課堂中深度學習的交響之音，堪比琴蕭合奏的笑傲江湖之曲。老師發(fā)自內(nèi)心地為這兩個同學在這一學習瞬間的思維投入點贊。”一番通俗且有針對性的評價，引來了學生們的掌聲，兩位學生眼中充滿了深度思考帶來的喜悅。

2.6 ? ?融合特色項目，提升地方課程的用度

隨著普通高中課程改革的推進，學校都在深入挖掘地方特色與文化優(yōu)勢，服務(wù)于校本課程建設(shè)。筆者學校處于工業(yè)發(fā)達地域，地方水泵產(chǎn)業(yè)全國聞名，學校以水泵為核心開發(fā)的課程群有機融合了物理學科的相關(guān)知識，深受學生喜愛。

【案例10】 在水泵體驗中認識物理知識的應(yīng)用

作為日常生活中一個常見的產(chǎn)品，水泵為我校學生所熟知。許多學生家長都從事與水泵制造、銷售等相關(guān)的行業(yè)。筆者以水泵產(chǎn)品為主題，融合物理知識，開發(fā)了系列與物理知識相關(guān)的項目選修課程。比如，利用磁傳感器檢測線圈周圍的磁場、旋轉(zhuǎn)磁場與電磁驅(qū)動的原理探析、探究搖線儀的線速度與角速度之間的關(guān)聯(lián)、比較螺旋測微器與搖線儀的異同點、探究離心現(xiàn)象與離心式水泵工作原理的關(guān)聯(lián)，等等（圖10）。通過項目化選修課程的開發(fā)，使學生在真實的情境中深度體會物理知識在日常生活中的實際應(yīng)用。

3 ? ?結(jié) ?語

筆者看來，深度學習之深，圍繞物理觀念理解之深、科學思維體悟之深、科學探究行動之深、科學態(tài)度與責任感觸之深，值得思索與實踐的道路還很長。事實上，基于深度學習的內(nèi)涵理解，對體驗式學習支架進行深入梳理與開發(fā)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)單元化與項目化學習，必是走向深度學習的康莊大道。

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（欄目編輯 ? ?趙保鋼）