基于深度學(xué)習(xí)的初中生物理概念建構(gòu)質(zhì)量提高策略

摘 要：深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要學(xué)習(xí)方式.初中物理概念是物理教學(xué)的重要組成部分.初中物理概念教學(xué)中可通過(guò)問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)、認(rèn)知沖突設(shè)計(jì)、高階思維培養(yǎng)、應(yīng)用能力訓(xùn)練等途徑促進(jìn)初中生對(duì)物理概念的深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生正確建構(gòu)物理概念的內(nèi)涵和外延.

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);物理概念建構(gòu);教學(xué)策略

文章編號(hào)：1008-4134（2020）12-0012中圖分類(lèi)號(hào)：G6337文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：葉成林（1969-），男，江蘇儀征人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中物理課堂教學(xué).

1 深度學(xué)習(xí)與物理概念建構(gòu)內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，是指學(xué)習(xí)者以高階思維的發(fā)展和實(shí)際問(wèn)題的解決為目標(biāo)，以整合的知識(shí)為內(nèi)容，積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和思想，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，且能將已有的知識(shí)遷移到新的情境中的一種學(xué)習(xí)[1].當(dāng)下，世界各國(guó)都在探尋培養(yǎng)學(xué)生面向未來(lái)生活的核心素養(yǎng)之路，深度學(xué)習(xí)是與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)相匹配的學(xué)習(xí)方式[2].通過(guò)學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)中的深度學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新精神，創(chuàng)造性的問(wèn)題解決能力、社會(huì)性的溝通與合作能力，及知識(shí)建構(gòu)、遷移和應(yīng)用能力等，能夠培養(yǎng)學(xué)生面向21世紀(jì)必備的核心素養(yǎng).

可見(jiàn)，培養(yǎng)與提高初中生深度學(xué)習(xí)能力是時(shí)代的需求.但初中生深度學(xué)習(xí)能力的提升需要與學(xué)科教學(xué)融合，這樣才能使初中生深度學(xué)習(xí)能力的提升落在實(shí)處.

物理概念是物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的共同屬性和本質(zhì)特征在人腦中的反映，是對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程抽象化和概括化的思維形式.它具有客觀性、抽象性、可測(cè)性以及發(fā)展性等特征.物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要組成部分，還是構(gòu)成物理規(guī)律、建立物理公式和完善物理理論的基礎(chǔ)和前提.

建構(gòu)主義認(rèn)為，初中物理的基本概念、基本規(guī)律不是客觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的固有規(guī)律，而是科學(xué)家提出且被科學(xué)界所承認(rèn)的一種較好的模型或假設(shè)，它是科學(xué)家群體經(jīng)過(guò)社會(huì)性建構(gòu)的結(jié)果，是物理思維的產(chǎn)物，這些知識(shí)在經(jīng)學(xué)生個(gè)體重建之前對(duì)學(xué)生沒(méi)有任何意義.

通過(guò)初中生對(duì)物理概念的深度學(xué)習(xí)，突出學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知活動(dòng)的主體地位，可以促進(jìn)初中生對(duì)物理概念內(nèi)涵和外延的正確理解和建構(gòu)，提高初中生物理概念的學(xué)習(xí)質(zhì)量，發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).同時(shí)，通過(guò)聚焦物理概念建構(gòu)可以把提升初中生的深度學(xué)習(xí)能力落在實(shí)處，融入到物理教學(xué)實(shí)踐中.把初中物理課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生深度學(xué)習(xí)能力提升的基礎(chǔ)和途徑.

2 基于深度學(xué)習(xí)提高初中生物理概念建構(gòu)質(zhì)量的教學(xué)策略

初中物理概念教學(xué)中可以通過(guò)問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)、認(rèn)知沖突設(shè)計(jì)、高階思維培養(yǎng)、應(yīng)用能力訓(xùn)練等途徑促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念的深度學(xué)習(xí)，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)變化，使學(xué)生正確建構(gòu)物理概念的內(nèi)涵和外延.

2.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)初中生物理概念的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是促進(jìn)初中生深度學(xué)習(xí)的有效策略.因此，教師可在物理概念教學(xué)中從初中生的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，把物理概念教學(xué)中的重難點(diǎn)濃縮到真實(shí)的“問(wèn)題”中，以激發(fā)初中生物理概念學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，激發(fā)其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題以及解決問(wèn)題的欲望和沖動(dòng).

案例1 “壓力”物理概念引入的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)

師：請(qǐng)學(xué)生觀察多媒體展示的如圖1所示的日常生活中客車(chē)自燃圖片.引導(dǎo)學(xué)生思考：如果學(xué)生置身其中，可采用哪些方法逃生？如果用客車(chē)內(nèi)自備的逃生錘，如圖2所示，請(qǐng)學(xué)生在圖3中A、B、C三處分別畫(huà)出敲壓玻璃的力.并思考：這些力的共同特點(diǎn)是什么？

生：學(xué)生作圖，并總結(jié)出這些力的共同特點(diǎn)是與玻璃表面垂直.

師：物理學(xué)中將垂直作用于物體表面的力叫做壓力.

師：教師站在教室的地面上，請(qǐng)學(xué)生指出壓力的三個(gè)要素.并讓學(xué)生分析此時(shí)壓力與重力的大小關(guān)系.

分析：“壓力”是初中物理力學(xué)體系中比較重要的物理概念，是繼重力、彈力、摩擦力之后初中生學(xué)習(xí)的又一力學(xué)概念.它是學(xué)習(xí)壓強(qiáng)和浮力的基礎(chǔ).初中生對(duì)壓力內(nèi)涵的理解影響著壓力作用效果影響因素的學(xué)習(xí)與深化.筆者通過(guò)讓學(xué)生身臨其境來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，通過(guò)學(xué)生的具體性活動(dòng)深刻感悟壓力最顯著的特點(diǎn)是壓力方向與受壓面垂直.

2.2 利用認(rèn)知沖突，促進(jìn)初中生物理概念的深度建構(gòu)

皮亞杰認(rèn)為，個(gè)體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是通過(guò)同化和順應(yīng)而不斷發(fā)展，以適應(yīng)新的環(huán)境.一般而言，個(gè)體每當(dāng)遇到新的刺激，總是試圖用原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)去同化，使它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，若獲得成功，便得到暫時(shí)的平衡;如果用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)無(wú)法同化環(huán)境刺激，個(gè)體便會(huì)做出順應(yīng)，即調(diào)節(jié)原有或重建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，直至達(dá)到認(rèn)識(shí)上的新平衡.

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者在對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的同化和順應(yīng)，來(lái)調(diào)整原有的個(gè)人認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并不斷對(duì)建構(gòu)結(jié)果和過(guò)程進(jìn)行反思和調(diào)整[3].初中物理概念教學(xué)過(guò)程中教師的任務(wù)則是選擇有效地促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變的教學(xué)方法，發(fā)揮初中生認(rèn)知主體作用，讓初中生在與課本、與他人、與實(shí)驗(yàn)器材交互過(guò)程中，調(diào)整個(gè)人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展個(gè)人元認(rèn)知能力，促進(jìn)對(duì)物理概念的深度建構(gòu).而創(chuàng)設(shè)引起學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突的教學(xué)活動(dòng)，這是促進(jìn)初中生深度建構(gòu)新物理概念的有效方法.

案例2 探究“影響壓力作用效果的因素”

師：教師演示用不同的力按壓氣球，如圖4所示，學(xué)生觀察氣球的形變大小，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想：壓力的作用效果可能與壓力大小有關(guān)，壓力越大，壓力作用的效果越明顯.

師：壓力越大，壓力作用的效果一定越明顯嗎？教師分別演示圖5與圖6的實(shí)驗(yàn)，帶腿的小桌放在海綿上，但海綿的形變大小不一樣.并不是壓力越大，壓力的作用效果越明顯.壓力的作用效果可能還與什么有關(guān)？

生：從實(shí)驗(yàn)可知，壓力的作用效果除了可能與壓力大小有關(guān)外，還可能與受力面積大小有關(guān).

師：請(qǐng)學(xué)生根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)器材：用釘子做腿的小桌、海綿、銅塊、木塊、盛有適量水的礦泉水瓶、裝有沙子的容器，如圖7所示，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究影響壓力作用效果的因素.

生：學(xué)生自主設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案.展示交流，相互評(píng)價(jià)，完善實(shí)驗(yàn)方案.之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

案例3 繼續(xù)探究“影響壓力作用效果的因素”

師：將放有銅塊的小桌分別正放在海綿與木塊上，請(qǐng)學(xué)生觀察海綿與木塊的形變程度.如圖8和圖9所示.為什么壓力大小與受力面積大小都相同，壓力作用的效果卻不相同？在探究“影響壓力作用效果因素”實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意什么？

生：雖然兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的壓力大小與受力面積大小都相同，但海綿與木塊的形變大小不同，這是由于海綿與木塊兩個(gè)物體的硬度不相同，因而無(wú)法比較壓力的作用效果.因此，在探究“影響壓力作用效果的因素”實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選擇易發(fā)生形變的物體（如海綿、泡沫塑料、細(xì)沙）做受壓面，這樣可使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯.

分析：在案例2中，通過(guò)圖5與圖6的教師演示實(shí)驗(yàn)，引起學(xué)生認(rèn)知沖突，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到并不是壓力越大，壓力的作用效果越明顯，還與受力面積大小有關(guān).為學(xué)生正確選擇實(shí)驗(yàn)器材、采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法探究“影響壓力作用效果的因素”奠定基礎(chǔ).并通過(guò)圖8與圖9的教師演示實(shí)驗(yàn)，引起學(xué)生另一個(gè)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生知道在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，應(yīng)選擇易發(fā)生形變的物體作為支撐面，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果.通過(guò)引起學(xué)生認(rèn)知沖突的教學(xué)設(shè)計(jì)，在激發(fā)學(xué)生認(rèn)知興趣的同時(shí)，關(guān)鍵可促使學(xué)生不斷調(diào)整、完善自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)內(nèi)涵不同層面的理解，以完成對(duì)物理概念的深度建構(gòu).

2.3 注重批判思維，引發(fā)初中生物理概念的深度理解

高階思維是深度學(xué)習(xí)的核心特征，是深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)的最大區(qū)別.深度學(xué)習(xí)是一種以促進(jìn)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新精神發(fā)展為目的的學(xué)習(xí)[3].

批判性思維是決定學(xué)生信念和行動(dòng)而進(jìn)行的合理反思性思維.批判性思維是學(xué)生受用終身的能力與品格，是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)[4].培養(yǎng)學(xué)生批判性思維是時(shí)代的需求.前美國(guó)駐華大使駱家輝曾說(shuō)：美國(guó)長(zhǎng)期從基礎(chǔ)教育開(kāi)始進(jìn)行批判性思維教育，這是美國(guó)科技、商業(yè)、文化等一直領(lǐng)先世界的原因[5].美國(guó)杜克大學(xué)教育督導(dǎo)團(tuán)隊(duì)所研究撰寫(xiě)的《2011中國(guó)SAT年度報(bào)告》指出：中國(guó)學(xué)生整體欠缺有效的批判性思維能力訓(xùn)練.這是目前限制中國(guó)學(xué)生學(xué)術(shù)能力的最重要因素之一，是我國(guó)科技人員缺乏學(xué)術(shù)研究能力和創(chuàng)造性的重要原因，也是實(shí)現(xiàn)習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)國(guó)和民族復(fù)興夢(mèng)的最大障礙.

在物理概念教學(xué)中培養(yǎng)初中生批判性思維，就是要求學(xué)生在理解事物的基礎(chǔ)上善于質(zhì)疑辨析，在質(zhì)疑辨析中加深對(duì)深層知識(shí)和復(fù)雜概念的理解.

案例4 對(duì)“壓強(qiáng)”概念深度理解

師：教材中用物體所受的壓力與受力面積比值定義壓強(qiáng)概念，請(qǐng)問(wèn)能否用受力面積與壓力的比值來(lái)表示壓力的作用效果？如果能，物理教材中為什么不采用這種比值定義法呢？初二年級(jí)還有哪一個(gè)物理概念的定義與此相似？請(qǐng)同學(xué)們討論、反思與辨析.

生：也能用受力面積與壓力的比值來(lái)表示壓力的作用效果.但不符合人們的思維習(xí)慣，因而物理教材中沒(méi)有采用.初二物理中速度的概念定義與此類(lèi)似.

分析：壓力與受力面積的比值表示物體在單位面積上所受的壓力，是受力面積相同時(shí)通過(guò)比較壓力大小來(lái)反映壓力的作用效果，比值越大表示壓力作用效果越明顯，符合人們的思維習(xí)慣，因而被教材采用.而受力面積與壓力的比值表示物體在單位壓力上的受力面積，是壓力相同時(shí)通過(guò)比較受力面積大小來(lái)反映壓力的作用效果，比值越小表示壓力作用效果越明顯，這不符合人們的思維習(xí)慣，因而沒(méi)有被教材所采用.通過(guò)與初二年級(jí)速度概念建構(gòu)過(guò)程的類(lèi)比、反思與辨析，可進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生深度理解壓強(qiáng)概念內(nèi)涵.

案例5 對(duì)“壓力”概念的深度理解

師：教師站在水平地面上，此時(shí)教師對(duì)地面的壓力大小與教師的重力大小相等.此時(shí)，壓力就是重力嗎？為什么？請(qǐng)同學(xué)們反思與辨析.

生：此時(shí)壓力不是重力.雖然此時(shí)壓力與重力在大小上相等，但兩個(gè)力的施力物體與受力物體不同，許多時(shí)候兩個(gè)力的方向不一定相同，且兩個(gè)力的性質(zhì)不同.

在物理概念教學(xué)中，教師應(yīng)適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)信息分析、深入思考、合理論辯、推理論證以及綜合判斷等途徑來(lái)發(fā)展學(xué)生以批判性思維為核心的高階思維能力，在促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念深度理解的同時(shí)，提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

2.4 加強(qiáng)拓展遷移，提高初中生物理概念的應(yīng)用能力

從深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵來(lái)看，它著意遷移運(yùn)用，要求學(xué)生不僅要理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，還要將知識(shí)運(yùn)用至新情境來(lái)解決問(wèn)題，提高學(xué)生復(fù)雜問(wèn)題的解決能力.

案例6 增大與減小壓強(qiáng)的方法應(yīng)用

師：教室的講臺(tái)上有幾張相同的報(bào)紙.一張報(bào)紙平放時(shí)對(duì)桌面的壓強(qiáng)約為1Pa.請(qǐng)學(xué)生思考如何產(chǎn)生2Pa和4 Pa的壓強(qiáng).

生：只使用一張報(bào)時(shí)，可將報(bào)紙分別折疊1次與2次，可分別產(chǎn)生2Pa和4Pa的壓強(qiáng).也可在剛才的報(bào)紙上分別再放上1張和3張相同的報(bào)紙，也可產(chǎn)生上述壓強(qiáng).

初中物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分.初中生物理概念的建構(gòu)質(zhì)量決定初中物理課堂教學(xué)成效.實(shí)踐證明：深度學(xué)習(xí)是提高初中生物理概念建構(gòu)質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要學(xué)習(xí)方式，發(fā)展初中生深度學(xué)習(xí)能力對(duì)提高初中生物理概念教學(xué)質(zhì)量具有重要意義.

案例7：學(xué)生活動(dòng)體驗(yàn)：估測(cè)人站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng).

師：每一個(gè)學(xué)生事先發(fā)放一張統(tǒng)一印制的方格紙.教師指出每小格面積為4cm2.教師提示測(cè)腳印面積的方法：先數(shù)出不滿(mǎn)一格的方格數(shù)，并除以2，再加上完整的方格數(shù).利用每小格面積，則可求得鞋印的面積.

生：學(xué)生活動(dòng)，利用自身質(zhì)量與所測(cè)的腳印面積，計(jì)算站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)，詳細(xì)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，并展示交流.

分析：上述兩個(gè)學(xué)生活動(dòng)，著意學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)知識(shí)的遷移應(yīng)用，在不同情境中，側(cè)重通過(guò)學(xué)生的具身性活動(dòng)，提高學(xué)生問(wèn)題能力，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí).

初中物理概念是物理教學(xué)的重要組成部分.初中生物理概念的建構(gòu)質(zhì)量決定初中物理課堂教學(xué)成效.實(shí)踐證明：深度學(xué)習(xí)是提高初中生物理概念建構(gòu)質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要學(xué)習(xí)方式，發(fā)展初中生深度學(xué)習(xí)能力對(duì)提高初中生物理概念教學(xué)質(zhì)量具有重要意義.

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（收稿日期：2020-03-02）