淺談深度學(xué)習(xí)與大學(xué)物理教育*

何瑩松

(北方民族大學(xué)預(yù)科教育學(xué)院 寧夏 銀川 750021)

恩格斯說：“一個民族要想站在科學(xué)的最高峰，就一刻也不能沒有理論思維.”理論思維的重要性不言而喻.教育部高等學(xué)校本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范曾對人才培養(yǎng)提出了：“素質(zhì)、能力和知識”3個基本要求，其中在創(chuàng)新能力方面，首次強調(diào)應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生具備“批判性思維能力”[1].大學(xué)物理作為高等學(xué)校理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，在理科教育中屬于基本框架結(jié)構(gòu)之一.在物理學(xué)的理論、規(guī)律、概念學(xué)習(xí)中激發(fā)學(xué)習(xí)者問題意識，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)顯得越來越重要.

1 深度學(xué)習(xí)引發(fā)教育思考

深度學(xué)習(xí)源于機器學(xué)習(xí)，既然人類能夠教會機器深度學(xué)習(xí)，為何在學(xué)校中我們不能教會學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)？“深度學(xué)習(xí)”引發(fā)教育反思.2002年在美國成立教育領(lǐng)軍機構(gòu)、大企業(yè)加盟2007年推出最負盛名的《21世紀(jì)學(xué)習(xí)框架》.《框架》勾勒了21世紀(jì)學(xué)習(xí)的藍圖：

(1)學(xué)習(xí)結(jié)果方面.描繪了在生活、工作等領(lǐng)域獲得成功所需的核心知識與技能(21世紀(jì)能力).

(2)支持系統(tǒng)方面.描述了確保學(xué)習(xí)者掌握21世紀(jì)能力的關(guān)鍵系統(tǒng)的特征.

《框架》作為21世紀(jì)學(xué)習(xí)的綱領(lǐng)性文件，對后續(xù)教育變革具有深遠影響.同時也引領(lǐng)著全球教育改革.2015年美國州立教育董事會國家協(xié)會(National Association of State Boards of Education)發(fā)布文件，將深度學(xué)習(xí)作為美國21世紀(jì)教育的國策[2].國內(nèi)比較成熟且有一定影響力的是華東師范大學(xué)祝智庭教授提出的智慧教育，正是對這一問題反思的結(jié)果.祝智庭教授指出深度學(xué)習(xí)是一種能夠使學(xué)習(xí)者從某一情景中的所學(xué)應(yīng)用到學(xué)習(xí)新情景中的學(xué)習(xí)過程(即遷移).深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者高階認知的重要指標(biāo).批判性思維是深度學(xué)習(xí)的要素，作為一種優(yōu)秀思維品質(zhì)，必定有高階認知的介入.作為教育實踐者，我們一直致力于學(xué)習(xí)者創(chuàng)新精神與實踐能力培養(yǎng)的探索.抓住批判性思維這一基本要素，以批判性思維學(xué)習(xí)與運用達成知識深度加工，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí).

2 物理學(xué)研究中的批判性思維

高等教育走向智慧可從基礎(chǔ)學(xué)科入手，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí).以物理學(xué)習(xí)來講，通常都認為物理是基礎(chǔ)學(xué)科中最難教又難學(xué)的一門，筆者認為這種認識歸根到底是沒有理清物理學(xué)對思維發(fā)展的影響.縱觀物理學(xué)發(fā)展，呈現(xiàn)出的正是物理學(xué)家的批判性思維，這也是推動物理學(xué)不斷前進的主要動力.

《牛頓傳》中有這樣的評價：推理說，奇跡；牛頓卻說，懷疑；這是解釋自然的一切的方法.懷疑，沒有實驗就不要相信[3].牛頓不同于常人之處是他敏銳的洞察力.在觀察自然界時，他能穿透事物的表面，看到事物的內(nèi)部架構(gòu)，感覺到內(nèi)在的東西.對幾何學(xué)和微積分的學(xué)習(xí)，使他能把看似不相關(guān)的物理現(xiàn)象、相差很大的量聯(lián)系起來.這不是一般人能做到的.他觀察劍橋大學(xué)網(wǎng)球場上飛過的網(wǎng)球時，看到空氣中無形的漩渦，隨即聯(lián)想到沃斯索普小河中的石頭.當(dāng)然，解決一個面臨的科學(xué)問題是有章可循的，可分為4個步驟：

第一步，提出初步的解析性假說；

第二步，進一步收集事實；

第三步，完成解釋性的假說；

第四步，從假說中得出新的預(yù)言.

愛因斯坦不同于牛頓的是，他面對的是長期的、根本性的難題，需要科學(xué)家突破現(xiàn)有知識和原理，尋求新的觀念和規(guī)律來解釋.狹義相對論，正是運用已有知識和突破已有知識的結(jié)合而獲得的.著名物理學(xué)家湯姆孫說：“愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一”. 愛因斯坦的相對論是在克服自身認識上的誤區(qū),以異于常人的靈感與想象提出的.應(yīng)該說相對論是人類理論思維的一件藝術(shù)品.愛因斯坦的思維超乎尋常，霍金則更是不一般.打賭是一種猜測，是批判性思維淋漓盡致的體現(xiàn).霍金是物理學(xué)家中最喜歡打賭的一位.他把對科學(xué)真理的追求以詼諧幽默的博弈方式與同事爭論.在科學(xué)問題上打賭的風(fēng)氣由來已久，這也算是科學(xué)的另一種魅力.

還有一位美國物理學(xué)家卡爾·埃德溫·韋曼，因在堿性原子稀薄氣體的玻色——愛因斯坦凝聚態(tài)方面取得成就，以及對凝聚態(tài)物質(zhì)性質(zhì)的早期基礎(chǔ)性研究，獲得2001年度諾貝爾物理學(xué)獎.韋曼教授在一次記者訪談中對理科教育發(fā)表了這樣的見解.現(xiàn)在理科教育最根本的癥結(jié)在于沒有將科學(xué)方法貼近教育.教師都有一套能夠自圓其說的教育方法，并成為傳統(tǒng).但他們的教育方法并不是以衡量“學(xué)生到底學(xué)到了什么”為基礎(chǔ)[1].筆者非常贊同韋曼教授對理科教育的認識.科學(xué)的學(xué)習(xí)過程并不只是信息的轉(zhuǎn)移，而應(yīng)該是大腦的開發(fā).只是聽別人關(guān)于某一事物的講解是不可能提高學(xué)習(xí)效率的.理想的理科教育應(yīng)該有3個要素：

第一，學(xué)習(xí)者要建立明確的學(xué)習(xí)動機，即提供給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)某種東西的必要性的素材.

第二，必須讓學(xué)習(xí)者對所學(xué)問題進行深入的思考，即提供給學(xué)習(xí)者堅持不懈、深入思考有價值的科學(xué)問題.

第三，不期望學(xué)習(xí)者能解決所有問題，需對他們的思考提供支持和幫助，即知道他們在思考什么.

從牛頓、愛因斯坦、霍金、韋曼等物理學(xué)家身上，總能透出批判性思維在物理事件中發(fā)揮至關(guān)重要的作用.筆者由此設(shè)想，雖然深度學(xué)習(xí)最早源于機器學(xué)習(xí)，但有批判性思維這個要素的存在，必將在教育領(lǐng)域發(fā)揮作用.物理學(xué)的發(fā)展正是深度學(xué)習(xí)的體現(xiàn)，也是科學(xué)家創(chuàng)新思維的表現(xiàn).著名物理學(xué)家費曼講：“科學(xué)是懷疑的文化”.正是這種懷疑精神推進科學(xué)勇往直前永不停息，也讓物理學(xué)成為自然科學(xué)的開路先鋒、中流砥柱.

3 以深度學(xué)習(xí)促大學(xué)物理教育探析

物理學(xué)發(fā)展正是在不斷懷疑質(zhì)疑中前行，正如韋曼教授所說，物理教育缺失的正是物理學(xué)發(fā)展中最值得學(xué)習(xí)研究的批判性思維.所以大學(xué)物理教育中引入深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者批判的思維品質(zhì)，是提高其科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑，同時也是培養(yǎng)學(xué)科研究人才的基礎(chǔ)性教育工作.

筆者認為在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中，運用深度學(xué)習(xí)的一般過程完成物理知識的基本學(xué)習(xí)是促進物理學(xué)習(xí)的有效途徑.深度學(xué)習(xí)的一般過程強調(diào)幾個關(guān)鍵，首先“注意與預(yù)期”“回憶已知”,這是絕大多數(shù)學(xué)習(xí)都會經(jīng)歷的過程，是深度學(xué)習(xí)的必要基礎(chǔ).注意、預(yù)期和回憶已知是指學(xué)習(xí)者感知刺激材料的過程.“聯(lián)系新知”“建構(gòu)知識”是深度學(xué)習(xí)的基本要素，學(xué)習(xí)者通過深度學(xué)習(xí)的基本要素可以實現(xiàn)知識基本學(xué)習(xí)，而物理學(xué)習(xí)特點是對事物本質(zhì)的認識，定理定律學(xué)習(xí)及應(yīng)用.應(yīng)用深度學(xué)習(xí)基本要素可以完成物理概念學(xué)習(xí).但此時還不能達到較高層次的深度學(xué)習(xí).要想進一步達到批判性思維養(yǎng)成，學(xué)習(xí)者可通過遷移，在新情境中運用新知，達到物理知識鞏固和深度理解.通過問題解決，學(xué)習(xí)者能夠在復(fù)雜情境中運用知識解決問題，實現(xiàn)更高程度深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)批判性思維養(yǎng)成.遷移是知識內(nèi)化運用，是學(xué)習(xí)者高階思維品質(zhì)的體現(xiàn)，更是深度學(xué)習(xí)的核心.在物理學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者通過回憶已知、構(gòu)建知識、知識遷移形成高階物理思維，學(xué)會思考、學(xué)會解決問題.

融入批判性思維的深度學(xué)習(xí)能促進學(xué)習(xí)者基于審慎分析、推斷和整合，深度理解和建構(gòu)知識；融入批判性思維的深度學(xué)習(xí)能幫助學(xué)習(xí)者多角度審視知識，建立理性、周密的認識，提升溝通與協(xié)作的質(zhì)量與水平；在深度學(xué)習(xí)中融入批判性思維能使學(xué)習(xí)者具有反省性，激勵學(xué)習(xí)者監(jiān)控自身的思維活動，養(yǎng)成嚴(yán)密、謹(jǐn)慎的思維習(xí)慣，激發(fā)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力.

國內(nèi)外一些優(yōu)秀物理教材近些年開始關(guān)注批判性思維挖掘.如美國關(guān)注度較高的教材《物理學(xué)基礎(chǔ)》(哈里德等著)、《物理學(xué)的概念與文化素養(yǎng)》(阿特·霍布森著)對物理知識呈現(xiàn)強調(diào)3點:

一是側(cè)重引發(fā)思考；

二是基于問題的探討；

三是對知識的遷移.

這些都是對學(xué)習(xí)者高階思維的訓(xùn)練.國內(nèi)同類教材較受歡迎的有：復(fù)旦大學(xué)倪光炯、王炎森編著的《物理與文化》、北京大學(xué)趙崢編著的《物理學(xué)與人類文明十六講》.這些教材都滲透了培養(yǎng)學(xué)習(xí)者批判性思維的理念，而批判性思維正是目前大學(xué)物理教學(xué)關(guān)注的核心問題.如果只是單純拼知識學(xué)習(xí)，那么實現(xiàn)學(xué)習(xí)者創(chuàng)新精神、科學(xué)素養(yǎng)提升就只是空中樓閣.深度學(xué)習(xí)的基本特質(zhì)是遷移運用和問題解決，加之優(yōu)秀教材所滲透教育理念驅(qū)動，大學(xué)物理教育以深度學(xué)習(xí)指引學(xué)習(xí)者，使其形成良好的思維品質(zhì)，不斷提高創(chuàng)新能力，將會初見成效.

4 結(jié)束語

在當(dāng)前國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新時代，大學(xué)物理教育作為高等教育的重要組成部分，肩負著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的歷史使命.而培養(yǎng)高質(zhì)量的創(chuàng)新人才，在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)是一個很重要的方面.隨著深度學(xué)習(xí)在教育領(lǐng)域研究的深入，如何用深度學(xué)習(xí)提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，達到高階思維提升已倍受關(guān)注.從高階思維品質(zhì)培養(yǎng)與物理學(xué)習(xí)的密切關(guān)系不難發(fā)現(xiàn)，大學(xué)物理教學(xué)引入深度學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等都在發(fā)揮重要作用.