指向深度學(xué)習(xí)的“高見度”實驗教學(xué)策略

黃建林

摘要：分析物理實驗教學(xué)存在的問題，以小孔成像實驗為例，提出了指向深度學(xué)習(xí)的“高見度”實驗教學(xué)的七種策略：“真實情境”引發(fā)深度思考、“模型建構(gòu)”導(dǎo)向深度研究、“認(rèn)知沖突”進(jìn)行深度投入、“設(shè)計評價”進(jìn)行深度學(xué)習(xí)、“創(chuàng)新實驗”促使深度進(jìn)階、“多重對比”達(dá)成深度理解、“疑難問題”延向深度探究，以此來促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，提高實驗教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)? 高見度? 實驗教學(xué)? 小孔成像

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning），又叫深層學(xué)習(xí)。它是指在理解的基礎(chǔ)上，批判性地學(xué)習(xí)新知識和思想，并將新知識和思想融入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，建立聯(lián)系并能遷移到新情境中，作為決策和解決問題的一種學(xué)習(xí)方式[1]。它注重對知識學(xué)習(xí)的批判性理解，強(qiáng)調(diào)新舊知識間的有機(jī)整合，面向的是真實問題的解決，關(guān)注學(xué)習(xí)和自我認(rèn)知的反思[2]。因此，它是一種以高階思維為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)過程，以核心素養(yǎng)為指向的學(xué)習(xí)方式。但在現(xiàn)階段的物理實驗教學(xué)中常碰到教師教得淺層、學(xué)生學(xué)得無奈、理得不深等問題。筆者經(jīng)過實踐研究，提出了以小孔成像為例的七種實驗教學(xué)策略，以此來促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

一、“真實情境”引發(fā)深度思考

深度學(xué)習(xí)面向的是真實情境下的問題解決。在實驗教學(xué)的導(dǎo)課中，努力做到知識問題化，問題情境化，情境生活化。

教師設(shè)置一個生活化情境：呈現(xiàn)一張樹下的光斑，讓學(xué)生針對現(xiàn)象提問題。他們提出了以下幾個問題：樹下的光斑是什么形狀？它的形狀跟什么因素有關(guān)？光斑是怎么來的？

設(shè)計意圖：通過生活化情境引發(fā)深度思考，為后續(xù)深度學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，通過現(xiàn)象提問題，培養(yǎng)學(xué)生針對現(xiàn)象提問題的能力。

二、“模型建構(gòu)”導(dǎo)向深度研究

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中指出：模型建構(gòu)是科學(xué)思維素養(yǎng)之一，它是物理學(xué)習(xí)的一種重要思維方式。在針對復(fù)雜問題或生活情境的教學(xué)過程中，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生把生活化問題轉(zhuǎn)化為物理問題，通過建構(gòu)模型解決實際問題。

要研究光斑，主要因素有什么？學(xué)生答：太陽光、樹孔、地面。如果用桌上的器材，可以怎么模擬實驗？答：太陽光、紙孔和白紙（光屏）。如果在室內(nèi)，可以用什么代替太陽光？答：蠟燭。這樣研究光斑的模型建構(gòu)完成，變成了蠟燭、紙孔和光屏了。

設(shè)計意圖：通過光斑現(xiàn)象提出的問題，轉(zhuǎn)化成物理問題，然后引導(dǎo)學(xué)生用建構(gòu)模型來解決物理問題，使問題簡約化、形象化。

三、“認(rèn)知沖突”進(jìn)行深度投入

深度學(xué)習(xí)的一大特征是“高投入”。如何讓學(xué)生“高投入”建構(gòu)知識，最好的辦法是基于生活經(jīng)驗，提出猜想，暴露前概念，然后引發(fā)認(rèn)知沖突。

點(diǎn)燃蠟燭，讓學(xué)生觀察光屏上有一個明亮的光斑。問：把大孔改成小孔，將看到什么現(xiàn)象？理由是什么？回答有以下幾種：一個暗點(diǎn)的光斑、一個暗點(diǎn)的蠟燭像（正立的）、半部分蠟燭像等。理由分別是：進(jìn)光量變少，要暗點(diǎn)。大孔看到大光斑，小孔看到小光斑。因為通過門縫、手指縫等小孔看景物時，看到正立的景物。通過小孔的光只有部分，看到的像也是部分。但當(dāng)教師把大孔改成小孔時，看到的卻是倒立的完整的蠟燭像。

設(shè)計意圖：通過蠟燭、孔和屏位置的擺放，為后續(xù)實驗設(shè)計埋下伏筆。通過設(shè)問成像特點(diǎn)，暴露學(xué)生前概念。通過大小孔成像對比，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，為后續(xù)實驗裝置的設(shè)計和深度學(xué)習(xí)的進(jìn)階打下基礎(chǔ)。

四、“設(shè)計評價”進(jìn)行深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)的一大特征是聚焦高階思維。高階思維包括：設(shè)計、評價和創(chuàng)造。設(shè)計是探究實驗的重要組成部分，設(shè)計裝置（方案）的好壞、成功與否對探究實驗的結(jié)論起著決定作用。評價是設(shè)計的一個有力補(bǔ)充，它對設(shè)計起指導(dǎo)作用。

教師要求學(xué)生按桌上的器材（易拉罐、兩個能套在一起的紙筒、橡皮薄膜、蠟燭等）進(jìn)行小孔成像裝置的設(shè)計，通過自己設(shè)計、討論、評價，最后他們設(shè)計出了以下兩種小孔成像裝置，如圖所示：通過評價，他們發(fā)現(xiàn)，圖1這種小孔成像裝置方便、簡單;圖2這種裝置在圖1的基礎(chǔ)上還增加了光屏可以伸縮。

設(shè)計意圖：通過設(shè)計評價，培養(yǎng)語言表達(dá)能力、批判性思維能力和創(chuàng)新思維能力;同時，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)、協(xié)作、理性的科學(xué)思維和科學(xué)品質(zhì)，也為后續(xù)實驗的創(chuàng)新打基礎(chǔ)。

五、“創(chuàng)新實驗”促使深度進(jìn)階

實驗創(chuàng)新是在實驗的設(shè)計、評價及操作基礎(chǔ)之上的，是更聚焦于高階思維和批判性思維。創(chuàng)新的起點(diǎn)是問題，它是建立在對現(xiàn)有實驗不滿的基礎(chǔ)上，提出自己的疑惑或相應(yīng)的問題。因此，在創(chuàng)新實驗前，一定要學(xué)生通過制作、操作等手段，充分理解現(xiàn)有實驗的缺陷，針對實驗的缺陷，提出改進(jìn)意見，從可見度、操作性、安全性、循環(huán)性、定量化等方面著手。通過實驗的創(chuàng)新，促使深度進(jìn)階。

確定好設(shè)計后，合作制作小孔成像儀，然后按書本對應(yīng)的實驗進(jìn)行探究。通過實驗發(fā)現(xiàn)小孔成像成的是倒立的實像，也能初步探究像與物、像距的定性關(guān)系。但是也碰到了很多的問題：如蠟燭火焰太暗，像不清晰;小孔形狀無法改變;找不到等大的像;無法探究像隨孔動態(tài)改變的情況;物距、像距與像的定量關(guān)系;不明白什么叫小孔等。他們討論提出實驗的缺陷后，也提出了一些改進(jìn)意見，如用顯微鏡的光圈來做小孔;孔形狀最好不同;把蠟燭光源改成LED燈。通過一系列的改進(jìn)和評價、討論后，最后教師和學(xué)生共同制作了如圖3、圖4所示的小孔成像儀。實驗裝置總共分為三層：最前面一層為光屏層，中間有一個紅色方框;中間層是小孔層，由一個顯微鏡光圈組成，可動態(tài)演示小孔大小;最后一層是光源層（如圖5），由幾顆LED燈構(gòu)成，邊上也有一個紅色的方框，與光屏層上的紅色方框大小、中心都一樣，目的是為了找到等大的像。在物距和像距上方都有一把刻度尺，可以直接讀出物距、像距的大小。

設(shè)計意圖：動手制作提高學(xué)生的動手能力，通過實驗找到缺陷，為實驗的創(chuàng)新設(shè)計和制作鋪墊。創(chuàng)新實驗是為了更好探究小孔成像的特點(diǎn)，如像隨孔形狀、大小改變情況等，激發(fā)他們深度學(xué)習(xí)，促使深度進(jìn)階。

六、“多重對比”達(dá)成深度理解

深度學(xué)習(xí)的一大特征是“高產(chǎn)出”，而“高產(chǎn)出”就是要促使學(xué)生深度理解，包括對知識、概念、規(guī)律的深度理解，達(dá)到“要點(diǎn)弄通、多點(diǎn)聯(lián)通和觸類旁通”[3]。對比實驗是物理教學(xué)中常用的一種方法，它是將對比和實驗兩者有機(jī)融合在一起，突出“辨異求同”和“同中求異”兩種特性，以把握物理學(xué)本質(zhì)屬性，運(yùn)用對比法教學(xué)，可以使抽象問題形象化、復(fù)雜問題簡單化、隱性問題顯性化、實驗現(xiàn)象明了化、實驗問題情景化、實驗效果放大化、知識理解深刻化等，在課堂教學(xué)上，運(yùn)用多重對比，促使學(xué)生對知識深度理解[4]。

1.物距、像距定量改變對像大小影響對比

控制物距，改變像距;控制像距，改變物距。通過物距、像距刻度尺讀數(shù)，對比得出：物距大于像距，成倒立縮小的實像;物距小于像距，成倒立放大的實像。特別是當(dāng)光屏上的像剛好填充在紅方框時，物距等于像距。把光源往上提或往下沉?xí)r，像移動方向相反，更清楚小孔成像是倒立像。順時針旋轉(zhuǎn)光源，像順時針旋轉(zhuǎn);反之，都逆時針旋轉(zhuǎn)。得出：像物旋轉(zhuǎn)方向一致。教師適時地讓學(xué)生在紙上畫光路圖，找出成像規(guī)律的原理。

設(shè)計意圖：通過物距、像距定量改變對像大小對比，得出小孔成像規(guī)律。通過兩個紅方框的對比，得出成等大像時物距等于像距。畫光路圖為了讓學(xué)生透過現(xiàn)象理解本質(zhì)，理解小孔成像的規(guī)律及原理。

2.孔大小對像的影響對比

改變小孔大小，學(xué)生觀察得出：孔變大，像變亮且變模糊;孔變小，像變暗且變清晰。并讓學(xué)生嘗試解釋原因。特別是當(dāng)孔足夠大且像距足夠近時，在光屏上成的是孔形狀——很亮的光斑，但當(dāng)孔足夠大而像距足夠遠(yuǎn)時，像又有所不同?；氐揭n實驗，讓學(xué)生思考大孔、小孔對實驗的影響，同時，讓學(xué)生聯(lián)系生活情境，解釋為什么樹下光斑多數(shù)是圓形且較暗。

設(shè)計意圖：通過原因的解釋，使學(xué)生理解孔大和孔小對進(jìn)光的多少和重疊現(xiàn)象的影響，從而明確像模糊但會亮一點(diǎn)，變清晰時卻會暗一點(diǎn)的原因。通過樹下光斑的提出聯(lián)系生活，使學(xué)習(xí)更有樂趣。

3.孔圖案變化對像影響對比

為了使學(xué)科與藝術(shù)有效融合，老師把孔圖案變成藝術(shù)味的圖案，如心形，雙心形等，讓學(xué)生看成像效果并分析原因（如圖6所示）。

設(shè)計意圖：加深學(xué)生對小孔成像的理解和印象，同時也讓學(xué)生明白科學(xué)之美，藝術(shù)之美，兩者是可以有效融合的。

七、“疑難問題”指向深度探究

學(xué)習(xí)不僅僅是課堂中短暫的40分鐘，而是一項持久的馬拉松。教師應(yīng)針對學(xué)習(xí)內(nèi)容，適時提供可持續(xù)探究的生活化原始問題，用這些問題引發(fā)學(xué)生自主思考，自主查閱相關(guān)資料并自行設(shè)計相關(guān)方案，解決問題，用疑難問題來鞏固課堂知識，同時用疑難問題來指向深度探究。

課堂接近尾聲時，教師讓學(xué)生回答上課開始時自己提出的問題，同時再提一些有關(guān)小孔問題或自己想研究的問題，如有學(xué)生提出：小孔成像為什么一定要光屏，沒有光屏是否成像，如果不能，理由是什么？針對旁邊有些近視的學(xué)生在上課時把眼睛瞇成縫，黑板上的字為什么更清晰等問題，然后讓學(xué)生課后去探究，并寫研究報告。

設(shè)計意圖：拓展一些基于生活的問題，使學(xué)習(xí)更持續(xù)化、更深度化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，也使他們的學(xué)習(xí)做到學(xué)以致用、以用促學(xué)的目的。

八、“強(qiáng)化反思”提高學(xué)習(xí)質(zhì)量

1.情境創(chuàng)設(shè)引入課堂教學(xué)

杜威曾提出：情境教學(xué)是思維訓(xùn)練很重要的條件。因此，要促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)，最好的辦法是提供一定真實的、內(nèi)容美、有思維含量且有情感體驗的學(xué)習(xí)情境，將深度學(xué)習(xí)的信息嵌入情境中，形成具有一定的體驗性、挑戰(zhàn)性、遷移性的任務(wù)活動。當(dāng)然，情境教學(xué)不能太復(fù)雜，碰到太難的問題，教師要適時提供腳手架，促使他們好學(xué)、樂學(xué)、愛學(xué)，使得深度學(xué)習(xí)真正地發(fā)生。

2.過程評價融入深度學(xué)習(xí)

評價是教學(xué)的指南針和催化劑。缺少評價的課堂將會是無源之水，無本之木，特別是深度學(xué)習(xí)的課堂應(yīng)該是基于評價的課堂。一方面教師在備課過程中就應(yīng)該清楚以評促教，以教促評;另一方面，深度學(xué)習(xí)過程中，要促使學(xué)生自主評價。通過評價，使得學(xué)習(xí)過程中的新舊知識不斷地發(fā)生沖突并不斷地同化與順應(yīng)，創(chuàng)造出新的認(rèn)知和自我結(jié)構(gòu)并在不斷的評價過程中推進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

3.實驗創(chuàng)新指向教學(xué)實踐

基于深度學(xué)習(xí)的實驗教學(xué)，最主要的設(shè)計、創(chuàng)新等手段是必不可少的。教師在實驗教學(xué)過程中，可以把創(chuàng)新實驗作為一個載體，通過不斷地評價、討論、修正完善實驗裝置，利用一定的科學(xué)方法，進(jìn)行深度探究，使得學(xué)生對知識、概念、規(guī)律等達(dá)到深度理解。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫銀黎.對深度學(xué)習(xí)的認(rèn)識[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報，2007（04）.

[2] 吳舉宏.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的中學(xué)生物學(xué)教學(xué)策略[J].生物學(xué)教學(xué)，2017（10）.

[3] 鄭東輝.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂評價[J].課程·教材·教法，2019（02）.

[4] 田城良，盛正民.對比法對物理教學(xué)的促進(jìn)作用[J].物理教學(xué)，2014（04）.

【責(zé)任編輯? 孫曉雯】