深度學(xué)習(xí)視域下 高中物理教學(xué)改進(jìn)策略

石瀚松

[摘要] 深度學(xué)習(xí)視域下的高中物理教學(xué)是落實培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑，而物理學(xué)科的特點與深度學(xué)習(xí)特征的契合進(jìn)一步表明將深度學(xué)習(xí)用于高中物理教學(xué)的必要性。本文以高中物理為例，在闡釋高中物理學(xué)習(xí)特點的基礎(chǔ)上，提出了基于深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)策略，希望為一線物理教師提供新的教學(xué)視角與實踐參考。

[關(guān)鍵詞] 深度學(xué)習(xí);高中物理;教學(xué)設(shè)計;改進(jìn)策略

新舊世紀(jì)交替之際，基礎(chǔ)教育迎來了一輪改革。就高中物理教育教學(xué)來說，經(jīng)過20年的沉淀，無論是在課程結(jié)構(gòu)、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)過程還是教學(xué)評價等方面的調(diào)整，都積極體現(xiàn)出人的全面發(fā)展理論在教育教學(xué)中的實踐。然而，我們同樣發(fā)現(xiàn)，高中物理教師教學(xué)雖然一直努力在向培養(yǎng)學(xué)生“核心素養(yǎng)”的目標(biāo)靠攏，但教學(xué)設(shè)計仍然存在桎梏。一方面，我國是一個應(yīng)試底蘊濃厚的國家，“唯分?jǐn)?shù)論”很大程度決定了教學(xué)內(nèi)容必須圍繞考試內(nèi)容而展開，學(xué)生對物理概念及其本質(zhì)的理解、公式技巧的應(yīng)用仍局限于如何考取高分，缺少主動建構(gòu)物理觀念、物理思維，掌握物理探究方法，因而容易造成學(xué)生機械化學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)與生活脫節(jié)，學(xué)生面對情景問題反應(yīng)遲緩，難以運用學(xué)科知識進(jìn)行主動分析;另一方面，如何讓學(xué)科知識服務(wù)于自然生活，如何科學(xué)整合非結(jié)構(gòu)化知識，如何在教學(xué)中提升學(xué)生遷移解決問題能力，如何引導(dǎo)學(xué)生塑造批判性思維等，都是教學(xué)策略制定中需要重點把握的難題。物理學(xué)科學(xué)習(xí)的嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性與強應(yīng)用性都決定了教師在教學(xué)設(shè)計上務(wù)必精雕細(xì)琢，才能事半功倍。于此，相關(guān)研究指出，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入物理學(xué)習(xí)的深度學(xué)習(xí)是解決以上問題，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑和有效方式。

一、深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

“深度學(xué)習(xí)”這一概念，是由馬頓和賽爾喬在布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類理論的基礎(chǔ)上提出的[1]，而后在計算機機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域廣為發(fā)展，最為著名的是以深度學(xué)習(xí)為技術(shù)支持的AlphaGo，在2016年3月以4：1的比分戰(zhàn)勝圍棋冠軍李世石。而在教育界，學(xué)者們也圍繞“深度學(xué)習(xí)”展開了長時間的討論，黎加厚等在《促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)》一文中認(rèn)為深度學(xué)習(xí)是指在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實，并將其融入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能將眾多思想進(jìn)行聯(lián)系，并將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學(xué)習(xí)[2];張浩認(rèn)為深度學(xué)習(xí)是一種主動的、批判性的學(xué)習(xí)方式，也是實現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的有效方式[3];郭華則從教師引導(dǎo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)生情感等方面總結(jié)深度學(xué)習(xí)的特點[4]。目前，雖然對“深度學(xué)習(xí)”并沒有統(tǒng)一的概念界定，但結(jié)合學(xué)者的研究不難總結(jié)，相比于淺層學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)是一種具備高階思維、高意志情緒投入并且注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的整合關(guān)聯(lián)，注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的遷移應(yīng)用的學(xué)習(xí)方式（如表1）。

如果把學(xué)生接收到的信息比作河流，把信息中重要的知識比作河流中的魚，那么學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是用漁網(wǎng)捕魚的過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、思維層次、學(xué)習(xí)狀態(tài)決定了學(xué)生能在湍急、龐大的信息流中捕獲多少有用的知識作為自己的營養(yǎng)來源。而基于深度學(xué)習(xí)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，則能讓這張漁網(wǎng)更加結(jié)實，撒網(wǎng)面積更大，幫助學(xué)生以更高效的方式去主動捕獲信息。

二、深度學(xué)習(xí)與物理教學(xué)的契合

物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學(xué)，它用數(shù)學(xué)作為自己的工作語言，是當(dāng)今最精密的一門自然科學(xué)學(xué)科[5]。雖然高中物理教學(xué)內(nèi)容因其受眾群體的平均發(fā)展認(rèn)知規(guī)律與相對應(yīng)試的教學(xué)目標(biāo)的限定，僅僅保留了物理學(xué)中少部分的內(nèi)容，但不影響這部分內(nèi)容的經(jīng)典性、綜合性及教學(xué)價值。整理高中物理教材發(fā)現(xiàn)以下特點：

第一，教學(xué)強調(diào)知識的整合。高中物理內(nèi)容主要以力學(xué)和電磁學(xué)為核心延伸打造知識體系，概念與概念之間逐步發(fā)展，單元與單元內(nèi)容之間層層遞進(jìn)，難度上呈螺旋上升。以新課標(biāo)高中物理教材必修1和必修2內(nèi)容為例，在研究物體“運動”主題上，教材以分析質(zhì)點運動的基本要素（速度、位移）為起點，逐步引入力與運動之間的關(guān)系，揭示質(zhì)點運動規(guī)律，再代入經(jīng)典的質(zhì)點運動場景，如曲線運動、圓周運動、天體運動等，最后通過分析此類經(jīng)典的質(zhì)點運動，重新鞏固質(zhì)點運動的基本要素，可見教材中各知識點要素呈現(xiàn)的順序關(guān)系緊密，整體性強。

第二，實驗是物理教學(xué)的特色。高中物理教學(xué)主要以傳授間接經(jīng)驗為主，而知識是對事物普遍規(guī)律的抽象概括，缺乏教學(xué)的直觀性，所以，物理現(xiàn)象雖然在生活中隨處可見，但是學(xué)生從生活中去發(fā)現(xiàn)、解釋且實踐物理規(guī)律的敏感度比較低。物理實驗教學(xué)作為物理教學(xué)的重要組織形式，能充分體現(xiàn)教學(xué)的直觀性原則。教師通過科學(xué)組織實驗，能直觀地顯化物理現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生感受“提出問題—猜想假設(shè)—設(shè)計實驗—實驗操作—分析數(shù)據(jù)現(xiàn)象—得出結(jié)論”的科學(xué)研究方法，并且提升學(xué)生觀察事物的主動意識，是物理這門學(xué)科獨具特色的教學(xué)資源。筆者整理人教版高中物理全冊，統(tǒng)計出20個物理實驗，覆蓋范圍包括速度、力、電磁、光等主題，內(nèi)容豐富且生動有趣，可見教材所具備的資源還是足夠足量的。但遺憾的是，實際教學(xué)過程中，多數(shù)教師并沒有組織實際的操作實驗，仍以口頭講述為主，沒有充分利用好這一優(yōu)勢資源。

第三，考驗學(xué)生解決問題能力。高中物理應(yīng)用題復(fù)雜程度高，知識點范圍廣同時內(nèi)容與數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)密切，如數(shù)學(xué)中極限法、幾何思想等在解題中都有應(yīng)用，因而物理學(xué)科要求學(xué)生具備一定的綜合能力。以2021年四川高考理綜第25題為例，如圖1所示，長度均為l的兩塊擋板豎直相對放置，間距也為l，兩擋板上邊緣P和M處于同一水平線上，在該水平線的上方區(qū)域有方向豎直向下的勻強電場，電場強度大小為E;兩擋板間有垂直紙面向外、磁感應(yīng)強度大小可調(diào)節(jié)的勻強磁場。一質(zhì)量為m，電荷量為q（q>0）的粒子自電場中某處以大小為v0的速度水平向右發(fā)射，恰好從P點處射入磁場，從兩擋板下邊緣Q和N之間射出磁場，運動過程中粒子未與擋板碰撞。已知粒子射入磁場時的速度方向與PQ的夾角為60°，不計重力，求粒子發(fā)射位置到P點的距離，磁感應(yīng)強度大小的取值范圍。

要解答此題，學(xué)生需要具備分解帶電粒子速度與位移的能力，具備分析帶電粒子在磁場電場受力情況的能力，掌握平拋運動的規(guī)律，具備通過數(shù)學(xué)幾何關(guān)系尋求粒子運動半徑的能力，只有充分掌握這些知識技能，加上精確的計算才能完成作答，可見其對學(xué)生解決問題的綜合能力要求之高。

需要說明的是，雖然物理學(xué)科具備以上特點，但并不代表任意物理教學(xué)活動的組織都能激活這些特點，而深度學(xué)習(xí)所強調(diào)的高階思維、遷移整合能力、主動持續(xù)的學(xué)習(xí)品質(zhì)及引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識、學(xué)會解決問題等特性決定了其在物理教學(xué)設(shè)計中應(yīng)用的適配性，因此，將深度學(xué)習(xí)的理念用于高中物理教學(xué)設(shè)計中勢在必行。

三、基于深度學(xué)習(xí)的物理教學(xué)設(shè)計的改進(jìn)策略

新課改背景下，高中物理教學(xué)設(shè)計一直在不斷迭代優(yōu)化，但仍存在一些問題，比如教學(xué)形式單一、物理實驗淺嘗輒止，這些流于形式、知識體系缺乏有意義建構(gòu)等問題[6]極大地限制了物理這門學(xué)科的育人價值，不利于學(xué)生有意義學(xué)習(xí)。而基于深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)設(shè)計，是在教師充分把握教材內(nèi)容，了解學(xué)生學(xué)習(xí)活動規(guī)律并且對深度學(xué)習(xí)理論理解到位的情況下展開的教學(xué)設(shè)計，對于提升教學(xué)品質(zhì)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，可謂一劑妙方。

（一）構(gòu)建思維導(dǎo)圖，整合知識體系

思維導(dǎo)圖也叫作心智圖，是一種上世紀(jì)便盛行于世界各國的教學(xué)方式，其重要理論基礎(chǔ)就是腦科學(xué)[7]。思維導(dǎo)圖因其表現(xiàn)形式與人腦思維方式有共同特征，能直觀地表征知識，建立知識之間的關(guān)聯(lián)，輔助學(xué)生進(jìn)行思維搭建，因此在教學(xué)中使用具有重要意義。如圖2所示“牛頓運動定律”思維導(dǎo)圖，將思維導(dǎo)圖融入物理教學(xué)的優(yōu)勢：（1）突出關(guān)鍵詞，幫助學(xué)生迅速鎖定核心概念，把握學(xué)習(xí)重點;（2）末端放開，教師教學(xué)和學(xué)生筆記可以隨時進(jìn)行補充，針對發(fā)散內(nèi)容教師通過口述展開，學(xué)生主動參與討論并補充;（3）提升教學(xué)和學(xué)習(xí)效率，舍棄逐字逐句的筆記方式，避免傳統(tǒng)的直線式教學(xué)使學(xué)生把精力分配給機械記錄，禁錮思維;（4）有效刺激大腦，既能在小單元內(nèi)精細(xì)講解知識點，又能引導(dǎo)學(xué)生宏觀建立知識點之間的聯(lián)系，讓學(xué)生思維經(jīng)歷從淺層到深層的遞進(jìn)。使用思維導(dǎo)圖的教學(xué)方式，需要物理教師對知識點的覆蓋范圍了如指掌，并且能夠科學(xué)建立知識點之間的聯(lián)系;而在思維導(dǎo)圖的作用下，教師可以積極調(diào)動學(xué)生的思維活躍度，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識的有意義建構(gòu)與整合，充分彰顯深度學(xué)習(xí)的優(yōu)勢。

（二）打磨物理實驗，展現(xiàn)物理本質(zhì)

高中物理實驗是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，利用物理實驗材料，對物理定律進(jìn)行探究和驗證的教學(xué)活動，其與公式、定理教學(xué)最大的區(qū)別就在于學(xué)生學(xué)習(xí)的直觀性、可操作性，學(xué)生感受更加立體。學(xué)生在完整的物理實驗流程中，對實驗探究結(jié)果的渴望、質(zhì)疑假設(shè)能力、方案設(shè)計能力、實驗操作能力、歸納總結(jié)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力，以及通過實驗現(xiàn)象分析物理本質(zhì)的能力都得到全面激活，這與深度學(xué)習(xí)所倡導(dǎo)的學(xué)生“感知覺、思維、情感、意志、價值觀全面參與、全身心投入”[8]是高度一致的。因此，重視學(xué)生物理實驗的組織，打磨好物理實驗教學(xué)的設(shè)計，是實踐深度學(xué)習(xí)的重要途徑。

物理教師在組織學(xué)生實驗中，首先在觀念上要摒棄實驗僅僅是對付應(yīng)試內(nèi)容的“舊思想”，注重實驗教學(xué)的趣味性、豐富性，同時要以學(xué)生為實驗參與的主體，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。其次，要避免陷入追求“寬基礎(chǔ)”，追求面面俱到，導(dǎo)致實驗教學(xué)過程浮光掠影的誤區(qū)，而要追求對少量主題的深度探究，精細(xì)打磨教學(xué)設(shè)計，真正地通過學(xué)生實踐傳遞物理實驗的價值精華，以最大功率進(jìn)行教育教學(xué)，展示物理本質(zhì)，展示物理學(xué)科的魅力，打造深度學(xué)習(xí)的實驗課堂。

（三）巧用原始物理問題，強化解決問題能力

“念死書”是當(dāng)前相當(dāng)一部分中學(xué)生所處的學(xué)習(xí)境況，一方面是囿于唯分?jǐn)?shù)決定升學(xué)的大環(huán)境，學(xué)生自己不得不把精力放到怎樣拿取高分，另一方面還是教師在教學(xué)策略的制訂上，忽視了培養(yǎng)學(xué)生實際解決物理問題的能力，導(dǎo)致學(xué)生只會在“題中做題”，面對結(jié)構(gòu)不良問題，面對生活情景問題難以找到解決問題的切入口。這是不利于核心素養(yǎng)建立的，而利用原始物理問題則是強化學(xué)生解決問題能力行之有效的方式。

所謂原始問題，是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中未被抽象加工的典型現(xiàn)象。這類問題是對現(xiàn)象的描述，通常來自生活情景，帶有隱含的變量、常量，對學(xué)生來說是非常規(guī)的、不能靠簡單模仿來解決的，是具有魅力和趣味的問題[9]。如圖3所示的原始物理問題：為什么火車軌道在直線道路上設(shè)計成水平的，但是在轉(zhuǎn)彎的部分要將軌道設(shè)計成內(nèi)側(cè)低、外側(cè)高呢？原始物理問題并不會直接給出抽象的物理模型，所以要解決這個問題，學(xué)生首先就要思考這個問題的物理本質(zhì)是什么，在腦海中搜尋能夠匹配問題的知識點（圓周運動、受力分析等），然后自己建立火車過彎的物理模型，最后再通過分析火車過彎時的受力情況從而解決問題。在分析解決原始物理問題中，需要學(xué)生具備的信息檢索能力、場景抽象能力和分析能力都比學(xué)生直接套用公式做題要求高很多，這恰恰是學(xué)習(xí)者在深度學(xué)習(xí)過程中調(diào)用的能力。顯然，在教學(xué)中穿插原始物理問題，既能將知識與生活結(jié)合，幫助學(xué)生會用知識，又能提升學(xué)生綜合解決問題的能力，是踐行物理深度學(xué)習(xí)的重要方式。

（四）建立“蘇格拉底”課堂，提升批判性思維

柏拉圖《理想國》中展現(xiàn)的蘇格拉底式對話，即產(chǎn)婆術(shù)，被認(rèn)為是西方教學(xué)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)。“產(chǎn)婆術(shù)”教學(xué)法本質(zhì)上是一種師生平等辯論以揭露矛盾、克服矛盾，最終獲得知識并發(fā)展能力的教學(xué)方法，也是一種幫助學(xué)生糾正錯誤觀念并產(chǎn)生新思想的藝術(shù)[10]，這種方式一般包括四個步驟：反詰、助產(chǎn)、歸納與定義[11]?！爱a(chǎn)婆術(shù)”之所以被推廣，是因為教師通過這種對話教學(xué)方式，能夠激發(fā)起學(xué)生主動思考、自我發(fā)掘的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，學(xué)生的情緒飽滿、注意力集中，能進(jìn)行批判性思考。在高中物理教學(xué)中，矯正學(xué)生“前概念”是概念教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，比如剛接觸“加速度”概念的學(xué)生，極易把“加速度”理解成速度的增加，若教師能合理運用“產(chǎn)婆術(shù)”，便可從公式定義上與學(xué)生產(chǎn)生對話。例如，“你是怎么產(chǎn)生這樣的想法的呢？”“公式中有可以表現(xiàn)出速度增加的部分嗎？”當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)加速度定義式中的ΔV與自己認(rèn)為的“速度增加”并不完全對應(yīng)且存在矛盾的時候，教師便進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從定義式來看待加速度的本質(zhì)，最后進(jìn)行歸納總結(jié)?？梢姡處熃⑻K格拉底式的課堂，合理運用“產(chǎn)婆術(shù)”，既可以避免教學(xué)進(jìn)入“一言堂”模式，更好地吸引學(xué)生注意力成為教學(xué)過程中的主體，又容易幫助學(xué)生進(jìn)行自我反思，這與深度學(xué)習(xí)所強調(diào)的主動性、批判性思維是高度一致的。

宏觀上講，深度學(xué)習(xí)視域下的高中物理教學(xué)改進(jìn)，其根本目的仍在于響應(yīng)國家提出的“培養(yǎng)全面發(fā)展的人”“培養(yǎng)具備核心素養(yǎng)的人”“培養(yǎng)學(xué)會終身學(xué)習(xí)的人”等教育目標(biāo)，是面對數(shù)字經(jīng)濟時代、生產(chǎn)智能化時代在基礎(chǔ)教育層面踐行的教學(xué)策略。微觀上講，物理教學(xué)的深度學(xué)習(xí)是為了幫助學(xué)生擺脫“死讀書，讀死書”的學(xué)習(xí)困境，是提高教學(xué)效率、促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展、助力提升學(xué)習(xí)品質(zhì)、增長學(xué)生綜合能力的有效措施。當(dāng)然，只有不斷提升個人專業(yè)素養(yǎng)，充分理解深度學(xué)習(xí)的基本特點，教師才能更好地在教育教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)生在知識、能力、情感態(tài)度等方面的協(xié)調(diào)發(fā)展，才能達(dá)成最終的教育目標(biāo)。

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