淺談基于“U型模式”的物理教學(xué)樣例

劉慧娟　祖家瑞　梁波

摘? ? 要：“U型模式”是能夠引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的一種模式，包括知識的下沉、潛行、上浮三個基本組成部分。為幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)展學(xué)科能力、提升核心素養(yǎng)，文章以人教版八年級物理教學(xué)內(nèi)容為素材，敘述了“U型模式”運(yùn)用于教學(xué)過程中的樣例，以期能為一線教師的課堂教學(xué)提供思路。

關(guān)鍵詞：“U型模式”;深度學(xué)習(xí);教學(xué)樣例

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）8-0029-5

1? ? “U型模式”概述

“U型模式”是基于深度學(xué)習(xí)理論提出來的，是對杜威經(jīng)驗(yàn)教學(xué)理論的提煉和概括[1]?！癠型模式”具有深度學(xué)習(xí)的一般特征，在學(xué)習(xí)動機(jī)上強(qiáng)調(diào)積極主動的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)方式上倡導(dǎo)情境式學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程上重視問題的解決和遷移應(yīng)用，在思維品質(zhì)上突出理解和批判性思考，在信息表征上注重信息的整合與聯(lián)系，在學(xué)習(xí)價值上強(qiáng)調(diào)個體對知識的建構(gòu)并獲得意義[2]。知識的學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜的過程，“U型模式”指出，學(xué)習(xí)者將外界知識變?yōu)閭€體知識需要經(jīng)歷三個階段：首先是下沉，即對知識背景進(jìn)行還原，通過合理具象、觀察聯(lián)想或文化熏陶建立關(guān)聯(lián)的過程;其次是潛行，這是最關(guān)鍵和復(fù)雜的階段，學(xué)習(xí)者對知識進(jìn)行自我加工，經(jīng)歷體驗(yàn)與探究的過程，通過交流討論、多元表征理解知識的內(nèi)涵;最后是上浮，學(xué)習(xí)者能夠?qū)χR進(jìn)行表達(dá)和反思，在具體情境中合理遷移與應(yīng)用，完成知識建構(gòu)，整個過程類似“U型”[3]。

2? ? “U型模式”教學(xué)樣例

開展“U型模式”的教學(xué)，有助于引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷完整的學(xué)習(xí)過程。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對“U型模式”的三個過程舉例說明，以期與同行交流與探討。

2.1? ? 下沉——進(jìn)入學(xué)習(xí)的門戶

2.1.1? ? 巧妙具象，激趣解惑

具象是指將看不見摸不著的物理現(xiàn)象或者抽象的物理概念、規(guī)律用形象直觀的具體事物表示出來[4]，以降低學(xué)生理解的難度，幫助學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)情境。

例如，在《汽化和液化》教學(xué)中，“汽化”與“液化”的概念比較抽象，考慮到學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，可在燒瓶里滴入酒精，觀察燒瓶在受熱和冷卻后氣球的變化（如圖1、圖2）。在《顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡》一節(jié)的“望遠(yuǎn)鏡”教學(xué)中，學(xué)生對普通光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的原理能夠理解，當(dāng)介紹到被譽(yù)為“中國天眼”的射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）時，學(xué)生受前概念的影響很難理解其原理。可利用碗和乒乓球做模擬實(shí)驗(yàn)（如圖3），讓乒乓球豎直下落擊打到碗上任意位置，反彈后的乒乓球都會經(jīng)過同一個點(diǎn)（焦點(diǎn)），可以把下落的小球比作來自宇宙的信息，射電望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)于凹面鏡，能對反射后的信息進(jìn)行收集、放大和分析。

合理的具象能夠?qū)?fù)雜、深奧的道理巧妙地用簡單事物展現(xiàn)出來，有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生眼界，轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維方式，從不同角度認(rèn)識知識的本質(zhì)。

2.1.2? ? 還原生活，建立關(guān)聯(lián)

物理來源于生活，是對生活現(xiàn)象和規(guī)律的提煉，中學(xué)物理的每個知識點(diǎn)幾乎都有其現(xiàn)實(shí)原型，因此教師可以利用生活中鮮活的素材，搭建生活與理論的橋梁，讓學(xué)生感受到物理的“接地氣”。

例如，在《光的折射》教學(xué)中，模擬“漁夫捕魚”作為生活現(xiàn)象引入（如圖4），學(xué)生會產(chǎn)生雖已瞄準(zhǔn)卻沒能叉中的疑問，從而帶著求知的渴望進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)。在《滑輪》教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)有可用杠桿提升重物的觀念，以此作為生活經(jīng)驗(yàn)引入（如圖5），向?qū)W生提問：杠桿能否將重物提升到豎直桿的頂部？學(xué)生發(fā)現(xiàn)使用杠桿有時不能將重物提升到所需要的高度，這時再引導(dǎo)學(xué)生思考有沒有什么裝置能夠持續(xù)不斷拉動繩子從而將重物升起？學(xué)生便容易想到升旗的場景，這時再將杠桿換成滑輪進(jìn)行操作（如圖6），讓學(xué)生明白引入滑輪的必要性。

生活經(jīng)驗(yàn)對物理知識的學(xué)習(xí)具有催化功能，表現(xiàn)為形成沖突、引發(fā)思考，而物理知識的學(xué)習(xí)又需要建立在生活原型的基礎(chǔ)上，表現(xiàn)為反饋調(diào)節(jié)、促進(jìn)理解。建立物理知識與生活的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)知識的有效下沉。

2.1.3? ? 嵌入文化，無形熏陶

物理學(xué)的每一次重大發(fā)現(xiàn)，都體現(xiàn)著人類艱辛探索的歷程，包含著大量的科學(xué)思維形成和發(fā)展的案例[5]。在教學(xué)中，若能結(jié)合物理史實(shí)以一段科學(xué)發(fā)現(xiàn)的背景引入，不僅可以讓學(xué)生理解科學(xué)知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程，喚起學(xué)生探索的欲望，還有利于學(xué)生科學(xué)思維和價值觀念的形成。

例如，在《光的色散》教學(xué)中，通過重溫牛頓利用三棱鏡發(fā)現(xiàn)七色光的故事，讓學(xué)生明白真理的發(fā)現(xiàn)在于不放過任何一次生活中的偶然;在《牛頓第一定律》一節(jié)研究運(yùn)動和力的關(guān)系中，可以模擬伽利略對亞里士多德觀點(diǎn)的質(zhì)疑與論證過程，讓學(xué)生明白科學(xué)的發(fā)展、進(jìn)步不僅需要敢于質(zhì)疑的勇氣，更需要正確的研究方法;在《液體的壓強(qiáng)》一節(jié)以帕斯卡的“裂桶實(shí)驗(yàn)”引入，讓學(xué)生感悟科學(xué)的力量，相信實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn);在《阿基米德原理》教學(xué)中，向?qū)W生講述阿基米德在洗澡時有了測王冠體積的靈感，讓學(xué)生感受物理知識不只是枯燥的符號和文字，更可用于實(shí)驗(yàn)問題的解決。

以物理文化的嵌入作為下沉的手段，帶給學(xué)生的不僅僅是自然科學(xué)的知識，更多的是一種堅持不懈的科學(xué)態(tài)度，一種探索發(fā)現(xiàn)的精神力量，正如拉格朗日評論牛頓時說過的一句話：“偶然總是遇上配得上它的人”。

2.2? ? 潛行——深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐

2.2.1? ? 體驗(yàn)探究，經(jīng)歷知識的形成過程

物理的教與學(xué)是師生間的互動過程，在教師的組織安排下，學(xué)生經(jīng)歷觀察與思考、猜想與假設(shè)、分析與判斷、推理與論證等活動，感受知識的產(chǎn)生過程，形成對知識的深層理解。

例如，在《密度》一節(jié)中，密度概念是一個教學(xué)難點(diǎn)，很難用具體的事物進(jìn)行比擬。可以讓學(xué)生經(jīng)歷密度概念的形成過程。例如，將不同的矩形物塊（如圖7）發(fā)給不同組的學(xué)生，讓學(xué)生分別測出物塊的質(zhì)量和體積，然后在坐標(biāo)紙上繪出圖像，得到質(zhì)量與體積的關(guān)系。學(xué)生經(jīng)歷知識的形成過程后，不僅知道密度概念引出的方式和意義，還明確了用密度鑒別物質(zhì)的方法。再比如，在《凸透鏡成像的規(guī)律》一節(jié)中，一般都是學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)記錄總結(jié)規(guī)律，這對學(xué)生而言有些難度，若讓學(xué)生用不同顏色的紙條將物體和像按比例貼在圖紙對應(yīng)位置處（如圖8），使成像規(guī)律更直觀，從而使學(xué)生對規(guī)律的理解和記憶更加深刻。

學(xué)生是具有主觀能動性的個體，是知識的積極探究者，教師要在合適的時間創(chuàng)設(shè)必要的活動，給學(xué)生自己去探究、發(fā)現(xiàn)、思考的空間，提升學(xué)生的探究能力。

2.2.2? ? 交流對話，啟迪學(xué)生深度思考

師生間有效的交流對話不是簡單地你問我答，而是在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞某個核心問題進(jìn)行深入討論和思考。

例如，在《浮力》一節(jié)中，為了讓學(xué)生更深入地理解浮力產(chǎn)生的原因，教師可以提出問題：浸在水中的物體是否一定受到浮力的作用？學(xué)生一時難以回答，接著教師邊演示邊和學(xué)生交流：①將蠟塊放入水槽中，蠟塊最終漂浮，將蠟塊底部磨平壓入水槽底部后再倒水，蠟塊不浮，蠟塊到底是否受到浮力作用？②將乒乓球放入瓶內(nèi)，向瓶里倒水，乒乓球不浮起（如圖9），將瓶下口堵住，乒乓球浮起（如圖10），乒乓球是否受到浮力作用？通過對話交流，讓學(xué)生認(rèn)識到浮力產(chǎn)生的條件，并直觀地認(rèn)識到不是所有浸在水中的物體都受到浮力。再比如，在《滑輪》一節(jié)中，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻贸鍪褂脛踊喛梢允×Φ慕Y(jié)論，這時教師可以順勢提出“動滑輪是否一定省力”這樣的質(zhì)疑，啟發(fā)學(xué)生思考并進(jìn)行深入探究，從而對動滑輪形成更深層次的認(rèn)識。

對話性的溝通具有建構(gòu)意義的功能，自己的認(rèn)知被他人喚起，他人的信息被自己吸收，從而形成新的思想。因此，教師要在知識的關(guān)鍵處、難點(diǎn)的突破處、思想的轉(zhuǎn)折處與學(xué)生進(jìn)行深入對話，助推學(xué)生的思維向更深處發(fā)展。

2.2.3? ? 多元表征，促進(jìn)知識個性理解

多元表征指的是一件事情用不同的方式去呈現(xiàn)，如文字描述、數(shù)學(xué)符號、物理圖像等。對知識進(jìn)行多元表征能夠讓學(xué)生從不同角度理解知識內(nèi)涵、領(lǐng)悟核心思想，進(jìn)而促進(jìn)個性理解、豐富學(xué)生認(rèn)知。教師在教學(xué)中可以有意識地讓學(xué)生在不同表征間進(jìn)行置換，形成一個和諧統(tǒng)一的表征系統(tǒng)。

例如，在《運(yùn)動的快慢》一節(jié)中第一次出現(xiàn)“勻速直線運(yùn)動”的概念，其在初高中物理學(xué)習(xí)中都占有非常重要的基礎(chǔ)性地位。為了更透徹地理解其內(nèi)涵，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多元表征。具體如下：

文字表征：物體沿著直線且速度不變的運(yùn)動。

現(xiàn)象表征：如圖11所示。

符號表征：v=30 m/s。

圖像表征：路程-時間圖像（如圖12的s-t圖）、速度-時間圖像（如圖13的v-t圖）。

再比如，在《聲音的特性》一節(jié)中關(guān)于音調(diào)和響度的介紹，由于受生活前概念的干擾，學(xué)生對二者容易混淆，可帶領(lǐng)學(xué)生從不同方面進(jìn)行表征（見表1）。

2.3? ? 上浮——知識建構(gòu)的完成

2.3.1? ? 引導(dǎo)反思，感悟思想

科學(xué)思想是物理學(xué)習(xí)的精髓，影響著學(xué)生看待事物和處理問題的方式。教師在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生及時反思，提煉、概括出解決問題所用的方法，感悟其中蘊(yùn)含的科學(xué)思想。

例如，在《機(jī)械運(yùn)動》一章中，通過對擺的周期和硬幣周長的測量，讓學(xué)生體會“累積”和“化曲為直”的巧妙思維。在《聲現(xiàn)象》一章中，將乒乓球放在音叉附近觀察音叉的振動，感悟“轉(zhuǎn)化”和“放大”的思想;演示真空不能傳聲的實(shí)驗(yàn)中，理解“實(shí)驗(yàn)推理”的科學(xué)方法;將聲波“類比”水波;用“控制變量法”來探究決定音調(diào)和響度的因素等。在《光現(xiàn)象》一章中，用帶箭頭的直線表示光線，建立光的“理想模型”，在探究平面鏡成像規(guī)律時，用一個相同的未點(diǎn)燃的蠟燭代替燃燒的蠟燭的像作“等效替代”等。這前幾個章節(jié)已經(jīng)向?qū)W生展現(xiàn)出了物理豐富的研究思想，這些思想的建立不僅為學(xué)生后續(xù)的物理學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，更重要的是打開了學(xué)生思維領(lǐng)域的大門。

物理學(xué)家勞厄在談教育時說：“教育無非是將一切已學(xué)過的東西都遺忘時所剩下來的東西”，這個“所剩下來的東西”就是思維能力、科學(xué)思想。這些思想不僅是自然科學(xué)領(lǐng)域的研究方法，也是學(xué)生適應(yīng)社會生活的一種思考方式。

2.3.2? ? 及時歸納，完善認(rèn)知

學(xué)生學(xué)習(xí)的過程其實(shí)是自我認(rèn)知結(jié)構(gòu)修復(fù)和完善的過程，教學(xué)中教師要有意識地從整體上、從高度處著手，幫助學(xué)生將零散的知識梳理起來，形成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的體系。

例如，在講到《大氣壓強(qiáng)》中自制氣壓計時（如圖18），可引導(dǎo)學(xué)生回憶此裝置的其他用途，如反映液體的熱脹冷縮、驗(yàn)證力作用下的微小形變，讓學(xué)生對此裝置的放大作用有更全面的認(rèn)識。再比如，學(xué)完光學(xué)內(nèi)容后，教師可以組織學(xué)生對下列生活現(xiàn)象或光學(xué)器具進(jìn)行辨認(rèn)和分類：樹蔭下地面上的圓形光斑、水中的魚、日食、街頭拐彎處的反光鏡、穿衣鏡、放大鏡、近視鏡、老花鏡、照相機(jī)、幻燈機(jī)、太陽灶等。給學(xué)生自由發(fā)揮的空間，讓學(xué)生按照自己的理解分類，只要說出理由即可，通過這種方式對光學(xué)知識進(jìn)行整理和歸納。

學(xué)生在課堂中獲得的知識和經(jīng)驗(yàn)是一個個的片段，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行梳理，將零散的知識和經(jīng)驗(yàn)穿成串、形成鏈、構(gòu)成網(wǎng)，建立知識間的聯(lián)系，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2.3.3? ? 掌握策略，解決問題

完成知識建構(gòu)的證據(jù)之一是能夠掌握解決問題的方法和策略，主要表現(xiàn)為新情境中能夠?qū)χR進(jìn)行有效的遷移與應(yīng)用。

例如，求解浮力計算題時，學(xué)生總是感覺無從下手，原因在于沒有總結(jié)不同情境中問題的共同點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)解決問題的一般策略。在教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生按照步驟分析：確定研究對象—畫受力分析圖—定物體狀態(tài)—選擇合適方法求解，逐步培養(yǎng)學(xué)生的思維策略。再比如，通過變式進(jìn)行訓(xùn)練，如圖19中已知物體和動滑輪的重力，豎直勻速提起時（不計摩擦）求拉力;變式為圖20中水平勻速拉動時（不計滑輪的重力和滑輪與繩間摩擦），已知彈簧測力計示數(shù)，求拉力;再繼續(xù)變式為圖21中用同一個動滑輪先后提升同一物體（不計摩擦、動滑輪重和繩重），使物體以相同的速度勻速上升相同的高度，比較兩次拉力大小和拉力功率大小。雖然改變了問題情境，但核心知識都是動滑輪的特點(diǎn)，學(xué)生在變式的層層遞進(jìn)中不斷提高分析和解決問題的能力。

學(xué)生能否合理選擇解題策略，在一定程度上反映了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的能力，教師要有點(diǎn)撥策略的意識，及時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思總結(jié)、掌握方法，完成上浮過程的知識建構(gòu)。

3? ? 結(jié)? 語

“U型模式”的下沉、潛行、上浮三個過程，為學(xué)生提供了一條完整的學(xué)習(xí)路徑，下沉環(huán)節(jié)注重知識與經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系，潛行環(huán)節(jié)關(guān)注學(xué)生學(xué)科思維與能力的培養(yǎng)，上浮環(huán)節(jié)重視知識結(jié)構(gòu)的形成與完善，三個環(huán)節(jié)順次連接、彼此聯(lián)系，符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。此外，教師在運(yùn)用“U型模式”實(shí)施教學(xué)的過程中，要注意引導(dǎo)學(xué)生多樣化的投入，包括經(jīng)驗(yàn)投入、思想投入、情感投入等，進(jìn)行深入地思考、探究、對話、理解與反思，實(shí)現(xiàn)意義性、建構(gòu)性、發(fā)展性學(xué)習(xí)，從而幫助學(xué)生形成適應(yīng)個體終身發(fā)展和社會需要的品格和能力。

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（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）