以大概念教學促進初中物理深度學習

摘 要：深度學習倡導基于大概念的單元學習，大概念是物理深度學習的邏輯起點、過程保障和價值追求.本文以“浮力”單元教學設計為例，淺談指向初中物理深度學習的大概念教學的四個重要環(huán)節(jié)：明確教學目標、整合探究過程、注重交流合作、設置變式任務.

關鍵詞：大概念;核心概念;初中物理深度學習

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0025-03

基金項目：廈門市湖里區(qū)重點規(guī)劃課題“指向深度學習的初中物理大概念教學研究”.

作者簡介：盧霞（1985-），女，江蘇大豐人，本科，中學一級教師，研究方向：初中物理課堂教學實踐.

1 大概念教學和初中物理深度學習的概念界定

1.1 大概念教學

21世紀以來，大概念教學已經(jīng)成為國內外研究的熱點問題.2005年美國科學促進會將大概念界定為“能將眾多的科學知識聯(lián)為一個整體的科學學習的核心”.把大概念統(tǒng)領下的大量概念、規(guī)律、原理等具體教學內容按照一定的邏輯線索組成由淺入深、由簡單到復雜、帶有層級的結構化教學素材，稱之為大概念教學.美國著名教育學家赫德認為：“組成科學課程中的概念和原理應該能夠展現(xiàn)當代學科圖景，是學科結構的主干部分，它們被稱為核心概念.”新課標中物理學科核心素養(yǎng)之一——物理觀念就是基于物理學科核心概念的“學習”進行的提煉和概括.大概念和核心概念在知識的屬性和特質上并無本質區(qū)別.國內指向核心素養(yǎng)落實的大概念課程設計和大單元整體教學法等都成為權威專家研究的重點.

1.2 初中物理深度學習

基于我國教育部基礎教育課程教材發(fā)展中心負責的深度學習總項目組對深度學習的定義，初中物理深度學習界定為：“在教師的引領下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的物理學習主題，全身心參與以生活實際情境和物理實驗為主的多種探究活動及情境互動，從形成物理觀念的視角，運用模型建構與推理論證等科學思維方式，解決真實問題，體驗成功，獲得物理學科核心知識，理解物理學習的過程，把握物理學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀，在物理學科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展，成為具有創(chuàng)新精神和實踐能力、基礎扎實的優(yōu)秀學習者.”

2 大概念教學和初中物理深度學習之間的關系

在傳統(tǒng)教學實踐中，常出現(xiàn)課堂直指具體知識點，缺乏核心概念的統(tǒng)領問題.學生見到的大多是零碎的知識點，導致“不識廬山真面目，只緣身在此山中”.不論是新課還是復習課，很多學生反映物理難學，雖然上課聽得懂，但解決具體問題時困難重重，被題海戰(zhàn)術搞得疲憊不堪.如何讓“核心素養(yǎng)”“深度學習”等理念在教與學的育人實踐中落地，大概念教學或可成為有力支撐點之一.美國《新一代科學教育標準》提出：強調科學與工程實踐、學科核心概念、跨學科概念.深度學習強調大概念、核心概念，強調促進學生物理觀念的形成.2018年教育部頒布20個學科的普通高中課程標準，在《序》中明確指出“學科課程標準中更新了教學內容，進一步精選了學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實”.

2.1 大概念教學是深度學習的邏輯起點

是否符合深度學習的主要依據(jù)之一在于能否實現(xiàn)知識的結構化和功能化，從而促進學生物理觀念的形成.大概念教學正是在整合分散的概念和規(guī)律中，建立概念網(wǎng)絡，“少而精”的大概念能幫助學生提煉和升華所學的物理概念和規(guī)律，這與深度學習的目標一致.

2.2 大概念教學是深度學習的過程保障

初中物理深度學習的提出是為了促進學生學習方式的真正轉變，解決教與學的表面化、師生對話淺顯、活動目的和知識結論單一等實際問題.從對核心知識的淺顯理解到內化核心知識承載的物理思維方法，從師生簡單對話到揭示物理思維過程的多輪次、多渠道交流，大概念能幫助學生將學科內縱向、學科間橫向的核心內容有機整合，為單元教學設計指明方向，保障深度學習切實發(fā)生.

2.3 大概念教學是深度學習的價值追求

大概念作為某個知識領域的中心，是一種教師希望學生理解并能得以應用的概念性知識，這些知識必須清楚地呈現(xiàn)給學生，以便學生理解與他們生活相關的事件和現(xiàn)象.將物理學中的力學、熱學、光學、電學等內容整合在一個主題中，有助于加深學生對物理學科核心概念的理解，形成對物質世界更加完整的認識.知識正在以指數(shù)級數(shù)量增長，教師必須幫助學生向更高層次的抽象度邁進以聚焦和處理信息，這樣知識才能被學生完整地和有效地存取和利用.

3 指向初中物理深度學習的大概念教學的四要素

深度學習倡導基于大概念、核心概念的單元學習，這就要求教師梳理好物理學科核心素養(yǎng)與物理學科核心內容之間的關系，依據(jù)物理課程標準和物理教材，選擇有利于培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的教學內容和情境素材，制定教學目標，進行概念分析;整合探究過程，促進概念轉變;注重交流合作，達成概念理解;設置變式任務，實現(xiàn)概念遷移.下面以初中物理“浮力”單元教學設計為例，提出筆者的嘗試性想法.

3.1 制定教學目標，進行概念分析

教師通過對課程標準和教材內容的研究，梳理出能夠反映物理學科思想方法、培養(yǎng)物理學科核心素養(yǎng)的核心概念或大概念，基于大概念從整體到局部，“自上而下”生成單元學習主題和目標.這一章需要揭示和理解的大概念是物體運動與受力之間的關系，如圖1所示.是在學生學習牛頓第一定律的基礎上，進一步幫助學生形成正確的運動與相互作用觀.深度學習視域下的單元教學要以學生的“迷思概念”為起點設計任務，使學生經(jīng)歷錯誤前概念和科學概念的沖突，由表及里、由外向內，逐步抽象概括大概念.除了指向學生的物理觀念外，單元教學目標其實還指向物理核心素養(yǎng)的其余三個方面——科學探究、科學思維和科學態(tài)度與責任，體現(xiàn)物理學科的育人價值.教師圍繞大概念確定教學目標，也有助于確立學生學習的重點，讓學生知道要學什么.

3.2 整合探究活動，促進概念轉變

學習進階理論認為，學生對核心概念的學習過程是螺旋上升式的，逐步建立起核心概念之間的相互聯(lián)系，建構出系統(tǒng)、連貫的知識網(wǎng)絡.

因此對于學生而言，概念和規(guī)律需要在真實情境中去總結，需要在實驗現(xiàn)象中激發(fā)認知沖突，不斷整合，不斷抽象概括，不斷理解升華，從而實現(xiàn)從迷思狀態(tài)到科學認知狀態(tài)的轉變，而不是教師將結論直接告知.經(jīng)過調查研究，“浮力”一章是初中物理中錯誤前概念較多的一章，如“沉底的物體不受浮力，漂浮的物體才受到浮力”“重的物體一定下沉，輕的物體一定上浮”“不改變質量和體積的沉底的物體不可能浮起來”.在本章教學中，以單元為實施單位進行統(tǒng)籌規(guī)劃，對深度學習活動及有價值的學習任務進行整體設計，這些活動需要學生綜合調用多種知識和方法，讓他們在問題的引領下，在創(chuàng)設的真實情境中借助思考、研討、分析、猜想預測、評價、建構模型等過程，展示出他們對事物的認識和理解，促進概念轉變.例如圖2中“浮力產生的原因”的實驗展示，可以引發(fā)學生思考，將類似的小實驗作為單元教學活動設計的資源很有必要.根據(jù)認知信息加工理論，問題解決者嘗試尋找答案的心理活動如圖3所示.在解決物理問題的過程中，學生掌握物理思維的常規(guī)方法，提高問題解決能力，達到實現(xiàn)深度學習的目標.

3.3 注重交流合作，達成概念理解

學生圍繞探究活動，收集證據(jù)并評價自己和同學的觀點，最后得出雙方可接受的結論，這是合作學習理念倡導的方式，也是理性思維發(fā)展的重要途徑.例如本單元的最終目的是要解決“物體什么時候會上浮，什么時候會下沉”這個核心問題，學生對“浮沉子”的三種狀態(tài)進行討論交流，在交流過程中，教師為了了解學習效果，及時發(fā)現(xiàn)物理教學中的問題，基于對學習全過程的持續(xù)觀察、記錄、反思而做出評價，這是相對于傳統(tǒng)的終結性評價而言的持續(xù)性評價，可以幫助學生有效調控自己的學習過程，提高元認知水平，使學生獲得學習的自信心和成就感.

3.4 設置變式任務，實現(xiàn)概念遷移

浮力單元的最后一個挑戰(zhàn)性任務——“自制密度計，測量液體密度”，這是對大概念的理解和遷移，真正實現(xiàn)做中學、玩中學.根據(jù)郭玉英教授團隊對物理學科能力的理論研究，遷移創(chuàng)新能力是指學生利用物理核心知識和科學方法解決陌生和不確定問題以及探尋新知識和新方法的能力.因此，新課改追求的最高層次是希望學生在基礎水平之上，形成有創(chuàng)意的實驗設計或對儀器設備功能改進，通過理論創(chuàng)新進而有效解決問題.教師教學中引導學生討論物體的浮沉條件，分析密度計的工作原理：設密度計橫截面積為S，漂浮時浸入水中的深度為H，所受浮力F浮=ρ水SHg;當它漂浮在另一種待測液體中時，所受浮力等于重力且不變.設此時浸入液體的深度為h，則ρ液=（H/h）ρ水;標注刻度方法為h=（ρ水/ρ液）H.原理確定后，指導學生小組合作，選擇可行的器材進行標刻度，并對生活中常見的液體如鹽水、可樂、酒精、牛奶等進行實際測量.在操作過程中，如果遇到一些困難疑惑教師可以組織學生討論，改進器材.進一步思考如何增大量程，如何提高精確度，為什么有的會傾斜、有的會沉底……這一教學活動，教師要促進學生圍繞本章的核心概念展開思考，使學生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)與提高.

上述所有設計環(huán)節(jié)基于大概念理念進行，對學生核心素養(yǎng)的形成有很大幫助，同時對教師的專業(yè)發(fā)展也提出挑戰(zhàn)，探索大概念教學理念下的深度學習的課堂模式也會越來越呈現(xiàn)出其獨有的價值.

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（收稿日期：2021-08-25）