基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)研究

周小燕

(嶺南師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

在知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，僅僅對陳述性知識和程序知識進(jìn)行簡單的記憶是不夠的，學(xué)習(xí)者必須對所學(xué)的學(xué)科概念有更深層次的理解. 學(xué)習(xí)者必須對所學(xué)知識進(jìn)行批判性評價(jià)，并能以口頭和書面的形式清晰地表達(dá)自己的理解，而這種表達(dá)包括對話、撰寫論文、報(bào)告或是創(chuàng)建其他作品[1]. 表達(dá)對深度學(xué)習(xí)很有幫助，它是學(xué)生反思性地分析自己知識狀態(tài)的過程. 推文這種將視頻、語言、文字、動畫融于一體的表達(dá)方式的創(chuàng)作將是一種有效的新的學(xué)習(xí)表達(dá)方式，可以促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容的理解.

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑和方法[2]. 高師物理教育中的物理教法實(shí)驗(yàn)課程是培養(yǎng)物理師范生物理實(shí)驗(yàn)技能、學(xué)科核心素養(yǎng)和物理教師專業(yè)素養(yǎng)的一門不可缺少的課程[3-4]，其培養(yǎng)目標(biāo)不僅是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，更加重要的是培養(yǎng)物理師范生站在教師的角度理解中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)會在課堂上高效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)和指導(dǎo)中學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，如開展探究實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)等[5]. 為了提高學(xué)生的課堂參與興趣和學(xué)習(xí)成效，在混合教學(xué)環(huán)境下，基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)，應(yīng)用于高師物理師范生物理教法實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，希望通過大學(xué)生喜歡的推文創(chuàng)作的方式促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容的深度學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)學(xué)生批判性思維、反思能力、解決問題的能力等高階層思維發(fā)展的實(shí)證研究.

1 深度學(xué)習(xí)研究

深度學(xué)習(xí)(Deep learing)是美國學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo[6]于1976年基于學(xué)生閱讀的教學(xué)，對于簡單記憶和非批判性接受性知識的淺層學(xué)習(xí)首次提出的關(guān)于學(xué)習(xí)層次的一個(gè)重要概念，同時(shí)借鑒了布盧姆認(rèn)知維度劃分理論，創(chuàng)造性地提出了深度學(xué)習(xí)的概念并通過教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了深度學(xué)習(xí)的研究.

Jensen等[7]指出，深度學(xué)習(xí)是指新知識的獲取或技能的掌握必須經(jīng)歷多次學(xué)習(xí)過程，同時(shí)通過高水平思維的分析和加工，學(xué)生才能以改變之前的概念、自我控制力或行為方式來應(yīng)用新知識和技能. Nelson Laird等[8]通過研究發(fā)現(xiàn)，深度學(xué)習(xí)可以分為整合學(xué)習(xí)、反思學(xué)習(xí)和高階層學(xué)習(xí)3個(gè)部分，而且它們是相互關(guān)聯(lián)的. 黎加厚等[9]指出深度學(xué)習(xí)是在理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新概念和方法，同時(shí)可以將新的概念和方法融入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠連結(jié)眾多概念，并且能夠?qū)⑺鼈冞w移到新的情境中，做出決策和解決問題的學(xué)習(xí). 吳秀娟[10]通過挖掘反思學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)反思學(xué)習(xí)可以有效地促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，而深度學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)元認(rèn)知能力的發(fā)展，通過將反思學(xué)習(xí)的理念納入到深度學(xué)習(xí)的一般過程模型中，從而構(gòu)建了基于反思的深度學(xué)習(xí)過程模型. Andrea S.Gomoll[11]等提出教師的課程目標(biāo)是加強(qiáng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，并且越來越多的教師意識到有意義的活動和自主學(xué)習(xí)對實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)至關(guān)重要. 例如對一些在線教學(xué)工具的使用和反思,在線教學(xué)工具與傳統(tǒng)的授課方式相結(jié)合，可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí). 認(rèn)知科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)并清楚在真實(shí)世界和實(shí)際情況中如何表達(dá)這些知識時(shí)，知識會在學(xué)生頭腦中保持得更持久，他們也能夠?qū)⒅R運(yùn)用到更加廣泛的情景中[1].

基于知識的深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)比較如表1所示[12].

表1 深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)比較

2 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)

推文主要是以小組合作創(chuàng)作基于物理實(shí)驗(yàn)主題的表達(dá)，該表達(dá)整合了視頻、語音、動畫、圖片以及文字等形式，可以推送至微信公眾號進(jìn)行交流和傳播. 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)是在混合學(xué)習(xí)環(huán)境下，基于探究和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，主要包括物理模型探究和物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作2部分. 物理模型探究到物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的過程，是出現(xiàn)問題—解決問題—出現(xiàn)問題—解決問題的不斷迭代、不斷反思和創(chuàng)造的過程. 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的主要要素，學(xué)習(xí)者需要協(xié)作創(chuàng)作1篇科學(xué)推文并發(fā)表. 物理實(shí)驗(yàn)推文要體現(xiàn)明確的物理實(shí)驗(yàn)主題，融合物理模型探究過程，同時(shí)能在推文中呈現(xiàn)物理模型的效果，這就需要學(xué)習(xí)者整合視頻、語音、動畫、圖片以及文字等形式創(chuàng)造性地將其呈現(xiàn)出來.

物理實(shí)驗(yàn)推文的創(chuàng)作過程包括：

1)物理實(shí)驗(yàn)推文目標(biāo)和內(nèi)容的確定. 首先要考慮推文創(chuàng)作的目的，從而確定推文的內(nèi)容. 推文作為科學(xué)傳播的一種形式，包含科學(xué)傳播內(nèi)容、受眾和效果[12]. 因此，必須考慮使用何視頻、語音、動畫、圖片及文字，使用何方法整合視頻、語音、動畫、圖片及文字，才能最大化地突出主題，吸引受眾注意力，從而達(dá)到推文傳播和交流的目標(biāo).

2)物理模型的探究與理解. 明確物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作主題后，接著進(jìn)行物理模型探究，通過交流討論，查找資料，理解物理模型所需的科學(xué)和技術(shù)知識，利用工具和材料建構(gòu)物理模型. 同時(shí)采用圖片和視頻媒體工具記錄模型構(gòu)建的整個(gè)過程.

3)物理實(shí)驗(yàn)推文的編輯與合成. 推文要實(shí)現(xiàn)科學(xué)傳播的效果，除了有明確的物理實(shí)驗(yàn)主題，還必須達(dá)到傳播和交流的效果. 推文主題的呈現(xiàn)要有羅輯性和連貫性，推文中的視頻、語音、動畫、圖片以及文字等要安排合理，充分發(fā)揮其作用，才能吸引受眾. 創(chuàng)作推文可能用到簡書、美篇、愛剪輯、會聲會影、123微信編輯器、小螞蟻編輯器等編輯工具.

4)交流與反思. 在模型探究和推文創(chuàng)作2個(gè)環(huán)節(jié)，各小組成員可以合作，頭腦風(fēng)暴，交流討論互動，進(jìn)行自我評價(jià)、同伴評價(jià)和教師評價(jià)，模型和推文的循環(huán)改進(jìn)和創(chuàng)造. 此過程需要學(xué)習(xí)者從記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造循序漸進(jìn)地認(rèn)知參與，從而達(dá)到課程的深度學(xué)習(xí).

3 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)模式建構(gòu)

深度學(xué)習(xí)是積極的、主動的、批判的學(xué)習(xí)過程，是實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的有效方式[12]. 深度學(xué)習(xí)需要教師制定促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)，選擇有意義聯(lián)接的課程內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的環(huán)境，以持續(xù)關(guān)注的評價(jià)積極引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略[14]. 對物理教法實(shí)驗(yàn)而言，評價(jià)的作用主要在于引導(dǎo)、幫助和促進(jìn)學(xué)生不斷地加強(qiáng)和完善實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，而不僅僅是對以往學(xué)習(xí)情況的檢驗(yàn)和總結(jié)[15]. 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的評價(jià)方式是對物理知識不斷深化理解、重新組織表達(dá)的過程.

具體來說，基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)主要包括2部分：

1)物理模型探究環(huán)節(jié). 此過程主要是基于挑戰(zhàn)性的任務(wù)：小組協(xié)作，頭腦風(fēng)暴，進(jìn)行物理模型方案探究、解釋和改進(jìn)；利用工具和材料進(jìn)行物理模型構(gòu)建和調(diào)試；模型的展示與交流分享，小組內(nèi)交流討論，評價(jià)與反思，物理模型的再設(shè)計(jì)改進(jìn)與創(chuàng)新.

2)物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作環(huán)節(jié). 在此過程中，明確真實(shí)性的任務(wù)，進(jìn)行目標(biāo)所需知識與技能探索；小組合作，頭腦風(fēng)暴，確定推文的基本內(nèi)容和框架；利用前期收集的文字、圖片和視頻材料進(jìn)行推文的整合和原型創(chuàng)作；小組展示，交流討論和評價(jià)；利用推文編輯器進(jìn)行再設(shè)計(jì)與創(chuàng)作；推文評價(jià)，整合各方面資源再改進(jìn)，推送推文.

物理實(shí)驗(yàn)推文論文創(chuàng)作被當(dāng)作有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)來完成，整個(gè)過程通過設(shè)計(jì)—修改—再設(shè)計(jì)的循環(huán)迭代過程，利用文字、圖片和視頻編輯軟件，整合文字、圖片和視頻資源，有創(chuàng)造性呈現(xiàn)出科學(xué)推文. 在小組合作解決推文創(chuàng)作問題的過程中，物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)隨著推文設(shè)計(jì)與創(chuàng)造的開展而不斷深化理解. 因此，基于推文創(chuàng)作的學(xué)習(xí)可以整合為基于探究和設(shè)計(jì)的雙循環(huán)的深度學(xué)習(xí)模式，如圖1所示.

圖1 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作雙循環(huán)的深度學(xué)習(xí)模式

4 基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

以高師物理學(xué)專業(yè)大三學(xué)生的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究課程為研究對象，進(jìn)行為期2學(xué)期深度學(xué)習(xí)的實(shí)證研究. 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究課程為物理學(xué)師范專業(yè)必修課，32課時(shí)，每周1次課，每次90 min. 本研究從2018年3月開始已進(jìn)行了2個(gè)學(xué)年的實(shí)證研究. 物理實(shí)驗(yàn)課程按照主題依次展開，每個(gè)專題包括創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞骄?、教學(xué)應(yīng)用和模型效果展示評價(jià)3部分，課程的評價(jià)主要是實(shí)驗(yàn)總結(jié)和期末實(shí)驗(yàn)論文. 為了進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對課程的深度理解，研究團(tuán)隊(duì)決定增加物理實(shí)驗(yàn)推文考核方式，學(xué)生通過物理模型探索，在理解的基礎(chǔ)上再將探索學(xué)習(xí)過程用推文的方式表達(dá)，并推送到本校微信公眾號上，一方面這種反思性表達(dá)可以加深課程學(xué)習(xí)，另一方面公開發(fā)表的推文也可以起到科學(xué)傳播和交流的作用. 雙循環(huán)的物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)教學(xué)革新，有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，深化了對物理實(shí)驗(yàn)課程的理解. 認(rèn)知科學(xué)已經(jīng)反復(fù)證明反思是深度學(xué)習(xí)的強(qiáng)有力依據(jù)[1],推文的創(chuàng)作是學(xué)習(xí)者進(jìn)行反思的強(qiáng)有力表達(dá)方式. 基于視頻推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)雙循環(huán)模式，是學(xué)習(xí)者在多次迭代推文的創(chuàng)作過程中，通過反思等元認(rèn)知策略來監(jiān)控和調(diào)節(jié)自身的學(xué)習(xí)和思維活動，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正學(xué)習(xí)的概念和方法上存在的不足，深化對復(fù)雜概念及方法的理解，從而有意義地建構(gòu)知識并用來解決實(shí)際問題，最終實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí).

4.1 深度學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)

認(rèn)知科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：建立在包含真實(shí)性、探究、協(xié)作與技術(shù)這些科學(xué)原則的基礎(chǔ)上，開放學(xué)習(xí)環(huán)境更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)[5,16]. 因此基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)是在比較寬松開放教學(xué)環(huán)境進(jìn)行，教室可以容納大約50人. 由一體機(jī)、無線移動和可以移動白板組成師生互動混合教學(xué)環(huán)境，有木工工具、電工工具、激光切割機(jī)、3D打印機(jī)、木板、有機(jī)玻璃板等物理模型創(chuàng)作區(qū)，

以及多媒體記錄創(chuàng)作區(qū)和作品展示區(qū). 學(xué)生以小組為單位，自帶輔助學(xué)習(xí)的電子設(shè)備進(jìn)入教室，組員可以利用自帶的iPad、手機(jī)和電腦查找資料，自學(xué)線上案例資源，輔助成果展示與交流，編輯與發(fā)布推文，等等.

4.2 基于物理實(shí)驗(yàn)推文深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐

學(xué)習(xí)是人的一種與生俱來的本能，隨著學(xué)習(xí)研究的深入，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知參與循序漸進(jìn)深刻. 安德森將知識認(rèn)知過程分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造循序漸進(jìn)的層次，其中深度學(xué)習(xí)是對知識的深度理解和遷移應(yīng)用，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平處于應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)造層次[17]. 在此基礎(chǔ)上，祝智庭教授[18]提出創(chuàng)造驅(qū)動的學(xué)習(xí)方法，將學(xué)習(xí)由記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造的循序漸進(jìn)的過程轉(zhuǎn)變?yōu)橐詣?chuàng)造為中心驅(qū)動法. 學(xué)習(xí)者為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造任務(wù)而學(xué)，在創(chuàng)造過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)需要用到的科學(xué)和技術(shù)知識，開展需要的科學(xué)思維活動.

從教師的角度出發(fā)，以“尖端放電”為例闡述教師如何基于創(chuàng)作為中心，引導(dǎo)學(xué)生展開深度學(xué)習(xí)的全過程. 基于尖端放電實(shí)驗(yàn)的推文創(chuàng)作深度學(xué)習(xí)過程見圖2和圖3[19].

圖2 基于尖端放電實(shí)驗(yàn)的推文創(chuàng)作深度學(xué)習(xí)過程

圖3 推文范例：尖端放電實(shí)驗(yàn)

1)在物理模型探究階段，教師根據(jù)課程目標(biāo)，明確提出設(shè)計(jì)尖端放電模型的探究任務(wù)，通過小組合作、頭腦風(fēng)暴和調(diào)查研究，理解尖端放電模型中物理原理和技術(shù)等方面知識. 整合科學(xué)、技術(shù)和工程等資源，完成尖端放電模型的設(shè)計(jì)，進(jìn)行測試與改進(jìn). 通過展示與交流，對尖端放電模型效果進(jìn)行分析與評價(jià). 總結(jié)反思，改進(jìn)與創(chuàng)新，最大優(yōu)化尖端放電模型的教學(xué)效果.

2)在物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作階段，明確推文創(chuàng)作的任務(wù)：推文不僅是學(xué)習(xí)的反思和總結(jié)，還是科學(xué)普及傳播的手段. 理解科學(xué)推文文字、圖片、視頻、內(nèi)容結(jié)構(gòu)等技術(shù)方面知識. 結(jié)合模型探究過程的各種圖片、視頻等材料，整合推文創(chuàng)作所需要的文字編輯、圖片編輯、視頻編輯和推文編輯工具，進(jìn)行推文設(shè)計(jì)原型創(chuàng)作. 同時(shí)進(jìn)行展示與分享，同伴間、小組間、師生間對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)分析，依據(jù)反饋對推文進(jìn)一步完善，并依據(jù)需要進(jìn)行再次的編輯. 在微信公眾號上推送推文，線上關(guān)注推文被關(guān)注情況.

在尖端放電實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)過程，基于輕松開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，小組協(xié)作學(xué)習(xí)，反思涵蓋在深度學(xué)習(xí)的全過程. 交流討論，理解科學(xué)和技術(shù)的知識，主動建構(gòu)和整合相關(guān)知識；通過知識的遷移和應(yīng)用，建構(gòu)物理模型；通過作品的展示，通過他評、自評、教師評價(jià)等形式對物理模型進(jìn)行分析和評價(jià)；通過反思、修改和完善，小組成員根據(jù)需要進(jìn)行再次的探究和設(shè)計(jì)，開展自主探究學(xué)習(xí)，形成創(chuàng)造性的物理實(shí)驗(yàn)推文，通過編輯并發(fā)布最終學(xué)習(xí)成果，從而進(jìn)一步深化課程學(xué)習(xí).

5 結(jié)束語

推文的文本與可視化的圖像相整合的創(chuàng)作將是有效的新的學(xué)習(xí)表達(dá)方式，可以提升和促進(jìn)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解. 微信公眾號推文為物理實(shí)驗(yàn)課程的深度學(xué)習(xí)提供了新的視角，它可以整合到微信公眾號平臺中有效支持知識主動建構(gòu)、深度學(xué)習(xí)互動的開展，促使課程線下評價(jià)向課程線上評價(jià)的轉(zhuǎn)變；它不再局限于傳統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)方式，開始關(guān)注移動平臺上不同人的思想聯(lián)接，強(qiáng)調(diào)基于創(chuàng)造為中心的驅(qū)動下，引發(fā)學(xué)生的知識遷移、應(yīng)用和創(chuàng)造，使面向批判理解、信息整合、知識構(gòu)建、遷移運(yùn)用和問題解決的深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生. 從理論層面探討了如何通過創(chuàng)作物理實(shí)驗(yàn)推文來促進(jìn)學(xué)習(xí)者課程的深度學(xué)習(xí)，并構(gòu)建了基于物理實(shí)驗(yàn)推文創(chuàng)作的深度學(xué)習(xí)實(shí)踐模式. 2年的物理師范生中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐表明：學(xué)生通過物理模型的探究，在理解物理模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)作物理實(shí)驗(yàn)推文，將反思融入到整個(gè)課程教學(xué)中，從而促進(jìn)了學(xué)生對課程的深度學(xué)習(xí).