指向深度學習的高中物理教學模式研究

□貴州省威寧縣第九中學 趙 芹

新一輪課程改革以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)為基本目標、以“立德樹人”為根本任務(wù)，意在實現(xiàn)促進“人的全面發(fā)展”目標。高中物理學科核心素養(yǎng)涵蓋“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面，強調(diào)學科的育人價值，對新課程標準提出的三維目標做出提煉與升華。但若想使物理教學從“知識為本”逐步過渡到“以人為本”，在學習方式、學習過程、學習目標等方面均需開展深度學習。基于此，深入探究指向深度學習的高中物理教學模式具有重要現(xiàn)實意義。

一、構(gòu)建指向深度學習的高中物理教學模式理論框架

（一）深度學習的內(nèi)涵與特征

深度學習是基于知識理解的高水平學習活動，泛指教師指導學生將所學知識應(yīng)用于新情境，以解決新問題的學習過程。深度學習指向?qū)W生的高階思維發(fā)展，目的是整合知識或建構(gòu)知識體系，指導學生批判地思考，將新知識與原有知識體系結(jié)合，且在新知學習中能夠利用所學知識解決問題，形成對新知識的深刻理解，逐步完善自身的知識體系，提升知識遷移能力。具體的深度學習如下（圖1）所示。

圖1 深度學習過程示意圖

深度學習主要有以下特征：1.重視整合與遷移基礎(chǔ)知識，需要學習者在學習中深度理解概念性知識，整合資源，構(gòu)建知識體系，學會反思與批判、知識遷移應(yīng)用；2.激發(fā)內(nèi)在學習動機，需要學習者深度探究、反思、批判，在學習期間不斷發(fā)現(xiàn)新問題、解決新問題，并非在家長以及升學考試的壓力下被動學習；3.具有批判理解、靈活應(yīng)用、高階思維等特征，在深度學習中培養(yǎng)學習者的形象思維能力、歸納概括能力、批判性思維能力、演繹推理能力，促使學習者遷移應(yīng)用新舊知識，產(chǎn)生新的體驗、理解，獲取新知識，用于自我精神世界構(gòu)建。

綜上，單純從理論層面來看，在高中物理中構(gòu)建指向深度學習的教學模式，有利于發(fā)展高水平的思維認知。

（二）深度學習在高中物理教學中應(yīng)用的可行性

物理是追求事物現(xiàn)象的本質(zhì)通過字母符號表象知識、方法的學科。目前，人教版高中物理教材以力學、電磁學等內(nèi)容為基礎(chǔ)，引導學生通過實驗觀察構(gòu)建抽象物理模型，再基于數(shù)學技術(shù)、推理論證等構(gòu)建知識體系，各個知識模塊之間聯(lián)系緊密、邏輯系統(tǒng)。同時，科學方法是物理知識與知識體系建構(gòu)、知識應(yīng)用之間的橋梁。物理知識體系的構(gòu)建需要物理方法的支持。解決物理問題過程中必然需要融會多個知識點、運用不同思維方法。因此，看似知識龐雜、混亂的高中物理，其知識之間具有較強的系統(tǒng)性，需要真正觸發(fā)學生內(nèi)在學習動機、情感、思維，才能有效引導其在學習中完成知識構(gòu)建、學會解決問題與身份構(gòu)建，形成綜合性學習需要的高階思維。由此來看，物理學科特點、知識結(jié)構(gòu)均決定深度學習在高中物理教學中應(yīng)用具有可行性和必要性。

二、指向深度學習的高中物理教學模式構(gòu)建

（一）物理概念教學模式

基于深度教學理論，引導學生在學習中思維逐步從淺層過渡到深層，得到以下概念教學模式的基本模型：

（1）選擇現(xiàn)實生活中的真實案例或?qū)W生生活中親身經(jīng)歷的案例創(chuàng)設(shè)情境，架起物理實驗與生活之間的聯(lián)系橋梁，并向?qū)W生提供直觀且有意義的前概念，激活大腦、引發(fā)思考。

（2）先完成知識表征模型構(gòu)建，引導學生積極回憶，在腦海中重現(xiàn)已學知識與相關(guān)前概念，再將思維調(diào)整到探究對象上，使學生能夠自主分析、拆解探究對象。

（3）從實踐視角出發(fā)，基于概念知識設(shè)計相關(guān)體驗活動，盡量避免與前概念發(fā)展沖突或矛盾，基于同化、順應(yīng)原則使學生能夠全身心地投入，深刻感知概念形成過程。

（4）在解決探究問題方向給予指導，使學生選擇合理的思維方法解決物理概念問題、論證概念。

（5）以學習小組探究討論的形式對物理原理進行理解。運用反證法，讓學生對物理原理的聯(lián)系與區(qū)別產(chǎn)生客觀的認識，進而能夠深入探索概念知識內(nèi)涵，拓展思維，掌握知識外延。

（二）物理規(guī)律教學模式

基于深度教學理論，引導學生正確理解物理過程內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，探索分析方法。物理教學可以劃分為五個階段：情境創(chuàng)設(shè)、知識分析、實驗探究、問題解決、交流反思?；诖?，規(guī)律教學模式的基本模型如下所述：

（1）將物理實驗與物理規(guī)律推理作為載體，創(chuàng)設(shè)教學情境，制造能夠引發(fā)與前概念矛盾的情境，形成認知上的沖突。

（2）深入分析與探索問題，對其中的物理概念、物理現(xiàn)象進行匯總，獲取總結(jié)物理規(guī)律所必需的顯化問題要素。

（3）以物理規(guī)律為基礎(chǔ)，設(shè)計實驗或探究活動，創(chuàng)造學生參與課堂體驗的機會，使學生自主完成活動任務(wù)，還原、感知物理規(guī)律建立過程。

（4）在體驗與實驗活動中掌握物理規(guī)律探究方法以及解決問題的思路，內(nèi)化物理原理，熟悉概念之間聯(lián)系，準確解釋探究問題。

（5）運用合作探究學習模式完成深入討論與探究，將物理規(guī)律同物理概念聯(lián)系起來，辨析兩者的關(guān)系；回顧規(guī)律建立過程，反思實驗或推理，總結(jié)兩者之間管理，并進一步總結(jié)物理規(guī)律的局限性與近似性。

（三）物理實驗教學模式

基于深度學習，引導學生在物理實驗中展開深度探究，具體過程為創(chuàng)設(shè)實驗情境、分析知識表征、探究實驗問題、解釋實驗原理、合作交流反思。基于此，實驗教學模式的基本模型如下所述：

（1）提供生活情境中與之相關(guān)的視頻或圖片，創(chuàng)設(shè)真實問題情境，引出實驗主題。

（2）師生交流，引導學生提出合理猜想，形成實驗假設(shè)，完成自主整合實驗信息。

（3）驅(qū)動學生自主設(shè)計實驗方案，圍繞探究目標展開實驗，獨立完成實驗操作，完整地感受、體驗實驗過程。

（4）幫助學生尋找實驗數(shù)據(jù)，指導學生選擇合理的數(shù)據(jù)處理方法，對實驗數(shù)據(jù)展開分析，逐步提升有效處理信息能力。

（5）從現(xiàn)實出發(fā)，設(shè)計與試驗相關(guān)且更為復雜的疑難現(xiàn)象，解釋實驗問題。

（6）組織學生在學習小組內(nèi)討論實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、結(jié)果，在交互合作中完成深度探究。

（7）引導學生回顧實驗與探究過程，進行批判性反思，獲得實驗結(jié)論，分析誤差。

三、指向深度學習的高中物理教學模式應(yīng)用

（一）深度導入——搭橋類比策略

搭橋類比策略是物理教學的最大優(yōu)勢，可促進學生轉(zhuǎn)化概念。策略實施以參照情境為基礎(chǔ)，設(shè)置具有漸進式特征的問題，幫助學生打開思路，從而在常規(guī)正確直接判斷基礎(chǔ)上拓寬學生的思維與視野，從多視角出發(fā)探究解決情境中問題的方法。在探究問題導入環(huán)節(jié)運用搭橋類比策略設(shè)置情境，能夠有效調(diào)動學生對前概念的記憶，使其在解決問題中自覺將物理概念聯(lián)系起來，形成完整的認知，主動體驗有意義的知識建構(gòu)。同時，也可以在直覺判斷中不斷調(diào)整解決問題方向，為學生提供自主思考、分析的機會，并非直接將問題答案提供給學生。

以人教版物理選擇性必修二《電磁感應(yīng)》中“楞次定律”教學為例，教學重點是掌握感應(yīng)磁場方向與原磁通量變化之間的關(guān)系。教學中，教師通過直接演示創(chuàng)設(shè)直觀情境，即將磁鐵兩級分別靠近載有線圈的小車，繼而銜接問題情境，引發(fā)學生思考。具體問題如下：（1）當N 級與線圈接近時，線圈中磁通量發(fā)生改變，該怎樣分析這種變化？（2）同性相斥，原磁場與感應(yīng)磁場的方向相同嗎？（3）線圈中的磁通量是否會受到感應(yīng)磁場的阻礙影響？磁通量發(fā)生怎樣的變化？

設(shè)置以上問題形成問題串，要求學生分析不同情況下感應(yīng)磁場與原磁場之間的關(guān)系。問題之間存在遞進關(guān)系，解決一個問題后，會出現(xiàn)情況更為復雜的問題，因此需要學生不斷深入分析、理解，學會從不同方向探索問題、建立知識之間的聯(lián)系。因此，教師發(fā)揮自身在探討過程中的引導與幫助作用，通過搭橋類比策略創(chuàng)建問題情境，助力學生突破物理學習難點，提高物理學習積極性，使其自覺跟隨進度完成深度思考，并真正做到尊重學生、轉(zhuǎn)換角色，積極創(chuàng)造學生發(fā)揮主體作用的條件。而從易到難、從淺入深的問題串，不僅可以探索出問題的答案，也可以深化探究楞次定律形成過程的學習體驗。

由此來看，本次教學符合“最近發(fā)展區(qū)”理論，整個教學過程均保證走在學生思維發(fā)展前面，符合學生認知規(guī)律，在引導學生自主感受、探索物理規(guī)律的過程中提升認知能力。

（二）深入研究——實驗探究策略

實驗探究策略是物理教學從實踐角度出發(fā)引導學生參與學習體驗的契機，強調(diào)應(yīng)利用情境引導學生積極主動地參與實驗，通過實驗中物理現(xiàn)象的產(chǎn)生、變化、數(shù)據(jù)、結(jié)論尋找解決問題方法，完成深入研究。在教學過程中，教師可以從故事情境出發(fā)，發(fā)揮學生已有認知的驅(qū)動作用，將探究實驗從完成學習任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足學生內(nèi)在需求。實驗探究策略是在實驗中賦予學生充分自主權(quán)，創(chuàng)建自主學習情境，營造輕松的實驗探究氛圍，深化學生對物理原理的理解，使其更客觀地感受物理學習的意義與價值，從而使物理知識的作用更加鮮活生動。

以人教版高中物理必修第一冊《相互作用——力》中“力的合成和分解”教學為例，為探究分力與合力之間的關(guān)系展開實驗。教學過程如下：

1.創(chuàng)設(shè)情境，引出實驗主題。

首先要求兩名女同學共同提起一桶水，使水桶在空中靜止。再由一名男同學提起這桶水，在空中靜止。兩名女同學可以做到的事一名男同學也做到了，說明什么？

待學生總結(jié)出兩個力與一個力等效、一個力產(chǎn)生兩個效果后，再引導學生從現(xiàn)實生活出發(fā)舉出兩個力與一個力等效的事例，加深理解，繼而總結(jié)合力與分力的概念以及力的合成與分解。

2.實驗探究，學習新課知識。

向?qū)W生提供砝碼，還原男、女同學提水的場景。利用兩個彈簧測力計將砝碼提起，靜止在空中，讀出彈簧測力計上的示數(shù)；用一個彈簧測力計將砝碼提起，靜止在空中，讀出示數(shù)。分析示數(shù)之間的關(guān)系，探究分力與合力之間的關(guān)系——兩個力的合力大小不等于兩個分力大小之和。

首先，實驗前設(shè)置“同學提水”實驗情境，還原現(xiàn)實生活中常見現(xiàn)象，激發(fā)學生興趣，也使學生產(chǎn)生好奇，即簡單而普通的生活現(xiàn)象背后能夠蘊含高深的物理知識，拉近學生與知識之間的距離，但又無法完全理解，從而基于學生強烈的探究欲望引出實驗的主題。其次，實驗過程中，學生結(jié)合已學知識僅能明確力的作用是相互的，可以對物體的狀態(tài)做出改變；從已有生活經(jīng)驗出發(fā)，兩個人同時用力，力會疊加產(chǎn)生更大的力。在此基礎(chǔ)上加深思考，在兩個力與一個力相等時，其中兩個力為分力，一個力為合力，可以認為一個合力能夠拆分成兩個力，從而探究新知識點。最后，從物理邏輯思維出發(fā)，引導學生辯證看待問題，當兩個力與一個力不相等時，分力與合力又會出現(xiàn)哪些情況，由此則可以結(jié)合實驗中彈簧測力計的數(shù)據(jù)展開分析，探索解釋實驗現(xiàn)象的答案。

可見，在簡單的情境下激活學生內(nèi)在學習動機，將實驗任務(wù)自然而然地呈現(xiàn)在課堂，通過實驗體驗提升學生探究思維與解決問題能力，進而進入深度學習狀態(tài)，有效提高教學效果。

（三）深化評估——認知診斷策略

認知診斷策略將教育心理學領(lǐng)域的心理測量模型與教育學領(lǐng)域的認知理論模型有機結(jié)合在一起，對學生進行系統(tǒng)、科學評測，使其認識自身在認知發(fā)展中存在的優(yōu)勢與劣勢。從實踐層面來講，實施認知診斷策略過程中需要以知識點、思維過程、思維方法為載體構(gòu)建問題測量模型，通過模型直觀了解學生認知情況，可以客觀判斷知識掌握程度、核心素養(yǎng)發(fā)展情況。而通過認知診斷測量可以回顧與反思學習過程，了解學生學習中遇到的障礙，幫助學生分析未來學習中可能遇到的障礙，以便引導學生深度理解物理概念與規(guī)律。

以人教版物理必修三《靜電場及其應(yīng)用》中的“庫侖定律”教學為例，在完成探究與學習后，可引導學生反思庫侖定律的局限性與近似性。

學生了解到求解真空中靜止點電荷相問題，涉及庫侖定律的應(yīng)用，若電荷非點電荷，r 大于電荷尺度，庫侖定律同樣適用。通常情況下庫侖定律相關(guān)知識的教學會到此結(jié)束，后續(xù)教學主要集中在定律的應(yīng)用上。但從已有教學經(jīng)驗來看，學生會出現(xiàn)機械片面的認知，在應(yīng)用知識時只是盲目地代入公式，難以使思維從淺層過渡到深層，即庫侖定理適用于真空中的點電荷產(chǎn)生的電場，當r=0 時，電荷不能看成點電荷，庫侖定律不再適用?；诖耍瑧?yīng)回顧問題解決的過程，引導學生有針對性地進行反思，找出矛盾點，分析庫侖定律的適用性。在已得結(jié)論基礎(chǔ)上，通過特殊情況出現(xiàn)的特殊矛盾引導學生認知診斷，找到思維認知中出現(xiàn)的障礙，即未“吃透”知識的部分，促使學生加深理解，掌握更多外延概念，使深度學習走向開放。

可見，實施認知診斷策略既可以助力學生完善知識體系、探索完整結(jié)論，也可以引領(lǐng)學生的思維走向更深層次，促進學科核心素養(yǎng)發(fā)展。

四、結(jié)語

總而言之，構(gòu)建指向深度學習的高中物理教學模式對培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)具有重要意義。教師應(yīng)認識到深度學習在高中物理教學中的適用性，并結(jié)合物理內(nèi)容特點，構(gòu)建物理概念、物理規(guī)律、物理實驗的教學模型，完善物理教學方案。教師還需根據(jù)學生在物理學習中的反饋，靈活調(diào)整課程內(nèi)容，使教學模式與學生的認知發(fā)展相適配，助力學生知識意義建構(gòu)、思維高階提升、能力快速發(fā)展，培養(yǎng)推理、遷移、反思、批判、創(chuàng)新等一系列高階思維。