基于深度學習理論的物理教學情境創(chuàng)設的探索

(江蘇省常熟市濱江實驗中學,江蘇 蘇州 215500)

2005年黎加厚教授提出了深度學習理論,深度學習是指學習者能夠在理解所學內容內涵的前提下,進行批判性的學習,將新的思想與自身原有的認知進行融合,能將已有的知識遷移到新的情境中,為獲得解決實際問題的能力而構建屬于自己的知識體系?；谶@一理論,我們發(fā)現深度學習更關注學生的過程性思考與理解建構,本質特征是高階思維的培養(yǎng)。因此,在日常教學中，我們需要改變以往的“重結果輕過程”的傳統(tǒng)教學方式,創(chuàng)設有意義、有深度的教學情境，使學生經歷深度認知，逐步具備高階思維的能力,即教師需要進行與學生深度學習相適應的深度教學設計,從而提高物理教學的效率。

1 創(chuàng)設新奇的實驗情境,激發(fā)學生高階思維

深度學習的前提是學生學習的對象是生動的、新奇的,學生的學習動機能夠被激發(fā)。在日常教學中教師為了引入課題，通常都會創(chuàng)設一些與課題相關的情境,但是有時候為了迎合學生的興趣,有的情境層次比較低、單一,只是短暫地吸引了學生的注意力,無法使學生產生持續(xù)的興趣,從而難以激發(fā)學生的高階思維。因此,創(chuàng)設生動新奇的實驗情境是有必要的,能夠使學生產生認知沖突,引起學生持續(xù)的思維活動,教師可以通過奇妙的實驗現象，充分挖掘其背后的深層次的物理原理。

例如,蘇科版8年級下冊“物體的浮與沉”一課中,常見的情境引入是：教師展示輪船和潛水艇的圖片或動畫,提出問題:“鐵塊直接放入水中沉底,同樣是鋼鐵制造的輪船和潛水艇,為什么前者能漂浮在水面上？而后者卻能在水中上浮或下潛？”通過該問題激發(fā)學生思考之后，教師提出本節(jié)課的主題:物體的浮沉可能與什么因素有關？然后讓學生分組實驗，探究使物體上浮或下沉的條件。實驗過程大致如下:首先讓學生將教師所提供的物品放入水中，按上浮和下沉兩類進行分類,隨即讓學生做一做:怎樣使原先沉底的物體浮起來？怎樣使原先漂浮的物體沉下去？然后,讓學生從物體受力的角度回答問題：利用以上方法分別改變了哪些力的大?。孔罱K教師引導學生經歷受力分析過程，歸納得出物體的浮沉條件。

從上述的教學情境引入和學生的隨堂表現中,我們可以發(fā)現：在整個教學中學生的思維水平處于低層次,學生不能自主地將上一章的“力與運動”的知識遷移到新的情境中,無法建立知識間的關聯(lián),因此這樣的情境引入不能激發(fā)學生的高階思維。

圖1 圖2

我們不妨創(chuàng)設這樣一個“新奇”的實驗情境:教師用夾子將3個外觀相同的乒乓球浸沒在盛有適量水的水槽中,讓學生觀察松開夾子后3個球的狀態(tài)。學生看到了如圖1所示情景,此時學生的學習興趣迅速被激發(fā),學生會產生疑問:為什么松手后三個球的浮沉狀態(tài)不同？然后請學生分組討論產生這一現象的原因,學生通過激烈討論,分析得出:由于三個球體積相同,那么浸沒時三者受到的浮力完全相同,浮沉狀態(tài)不同的原因只可能是三者重力不同。學生此時化身成了一個個小偵探,開始質疑老師的球有問題,老師肯定事先對三個球進行了處理。然后教師展示了三個球的奧秘，確實是由重力不同造成的,事先用針筒在三個球中注入了質量不等的水(如圖2)。通過創(chuàng)設上述“新奇”的實驗情境,不僅能迅速吸引學生的注意，使其產生濃厚的學習興趣,而且培養(yǎng)了學生的質疑和批判精神,同時能夠促使學生將已有知識自主遷移到新的情境中,這樣學生接下來學習物體的浮沉條件才會高效。

2 創(chuàng)設高效問題情境,培養(yǎng)學生高階思維

初中物理包含很多的物理概念、規(guī)律,并且每一章節(jié)的知識點相對比較分散,如果學生孤立地掌握各個知識點或者僅僅依靠記憶來完成學習任務,那么這樣的學習只能停留在淺層次，并且是低效的,學生不能抓住所學內容的本質屬性，全面把握知識的內在聯(lián)系,從而對物理概念或規(guī)律的理解不夠深刻。因此,在教學中教師應當注重創(chuàng)設高效問題情境,通過層層追問,巧設懸念,引導學生把握事物的本質,從而建構相應的知識。只有對學習對象進行深層思維加工,才能提升學生的思維水平。

例如,在蘇科版8年級下冊“力 彈力”一課“彈力”概念的教學中,筆者創(chuàng)設了以下問題情境。

情境1：彈弓是利用什么力發(fā)射子彈的？學生回答：利用彈力。然后學生體驗拉伸或壓縮彈簧時彈簧對手產生的彈力,觀察彈簧的變化,學生發(fā)現：彈簧產生了形變。

圖3

情境2：是否只要產生了形變，就一定會產生彈力？此時學生對彈力的產生原因進行了批判性思考,接下來教師演示實驗：在兩根外形相同的彈簧末端分別系一個小球置于水平面上,用手拉伸彈簧,學生發(fā)現松手后其中一個小球不能被彈簧“拉”回去(如圖3)。

情境3：兩根彈簧是否都發(fā)生了形變？學生回答：都發(fā)生了。

情境4：這兩種形變有何不同？學生發(fā)現撤去外力后一種是能恢復原狀的,一種是不能恢復原狀的,通過實驗學生發(fā)現：不能恢復原狀的“彈簧”不能產生彈力,所以小球不能被“拉”回去。此時揭開謎底：其中一根彈簧是老師用保險絲繞成的彈簧。然后教師介紹形變有兩種：一種是彈性形變,一種是塑性形變。最終學生通過思考，發(fā)現：只有物體發(fā)生彈性形變時，在其恢復原狀的過程中才會產生彈力。通過實驗和一系列的問題引導后,學生經歷了深度體驗和深層思維加工，真正認識了彈力的本質。

接下來分別請男生和女生用力拉彈簧拉力器,讓學生猜想彈簧的伸長長度與拉力的關系，并設計實驗驗證自己的猜想,學生利用彈簧和鉤碼自主實驗，成功得出彈簧的伸長量與拉力的關系,最后教師提出問題：你能否在剛才的實驗基礎上制作一個簡易的顯示力的大小的工具？除了彈簧和鉤碼，我們還需要哪些器材呢？學生經過討論發(fā)現還需指針、刻度盤、秤鉤等工具,然后學生自主設計、制作簡易彈簧測力計，并用自己制作的測力計測量拉力。通過以上解決問題的活動,促使學生主動學習,在活動中不斷發(fā)現問題、解決問題，培養(yǎng)了學生的高階思維。

3 深挖生活化情境,發(fā)展學生高階思維

物理是一門與生活緊密相連的學科,我們在教學中通常會利用生活化情境來引入課題,但是大多時候都是利用簡單情境、淺層次講解知識點。通常教師只注重形式,而忽視了學生真實的理解程度,忽視了生活化情境背后的物理思想和研究方法的滲透,難以發(fā)展學生的高階思維。這就會造成有的學生上課時能聽懂,但是在解決實際問題時會出現思維混亂的現象。

例如,在蘇科版8年級上冊“汽化和液化”一課中,對于影響蒸發(fā)快慢的因素,教師們通常都會借助快速將濕衣服曬干這一生活情境，啟發(fā)學生找到影響蒸發(fā)快慢的因素,然后教師對因素進行羅列,并強調：如果要研究某一因素，應該運用控制變量法。由于課堂容量的限制,為了完成教學任務,實驗的探究通常不會讓學生在課堂上進行。這種忽視學生科學探究能力培養(yǎng)的教學方式,不利于學生真正掌握物理思想方法,不能提高學生的學習深度。因此,在教學中我們需要深挖生活化情境,讓學生在課堂或課后通過實踐，自主探究情境背后的物理本質,提高學生科學探究的能力,從而發(fā)展學生的高階思維。

通過曬衣服的情境引出影響蒸發(fā)快慢因素后,我們可以提出問題：如何通過實驗來驗證這些因素對蒸發(fā)快慢的影響？以水的蒸發(fā)為例,實驗時我們需要哪些器材？在實驗中需要注意哪些問題？首先請學生分析,在研究上述因素中的某一因素時除了控制其他因素不變,我們還需控制什么相同？學生經過討論分析發(fā)現,最重要的是要控制實驗中的水的質量相同,此時出示滴管幫助學生解決這一問題。接下來,繼續(xù)追問：用什么來顯示蒸發(fā)快慢呢？學生回答：比較相同質量的水蒸發(fā)完所需的時間,教師出示計時器,然后學生小組繼續(xù)分析、討論,他們發(fā)現：要研究液體溫度對蒸發(fā)快慢的影響,需要準備酒精燈；要研究液體上方空氣流速對蒸發(fā)快慢的影響,需要小型電風扇。最后教師提供實驗中所需的器材,學生根據自己制定的實驗方案進行驗證,開展小組間的交流與評估。在對曬衣服這一生活化情境的深度探究中,學生通過討論，設計實驗方案,進行實驗驗證,掌握了控制變量法,學生的應用和分析的高階思維得到了發(fā)展。

4 結語

創(chuàng)設促進學生深度學習的教學情境,可以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。教師要在初中物理教學中不斷實踐、摸索,創(chuàng)設合適高效的教學情境，使我們的課堂從重視結果走向關注過程，讓學生的思維從低階向高階轉變，讓學生在不同情境中學會質疑、批判、應用和分析,最終走向創(chuàng)新。創(chuàng)設有深度、有內涵的教學情境是培養(yǎng)學生高階思維、構建高效物理課堂的有效途徑。