基于深度學習以物理為主導的綜合實踐探究路徑

趙立斌

［摘 要］綜合實踐活動是跨學科實踐性課程。以物理為主導的綜合實踐活動課程是將綜合實踐活動和物理學科教學相融合，它能引發(fā)學生的深度學習。以物理為主導的綜合實踐從學生的生活需要出發(fā)，通過實踐探究、分析論證、抽象建模等方式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力等。深度學習是對知識進行全面且深度的學習，促進新舊知識建立聯(lián)系，提高學生運用知識分析問題和解決問題的能力?；谏疃葘W習以物理為主導的綜合實踐探究路徑為教師結(jié)合教學進行綜合實踐探究選題、開展綜合實踐探究活動、總結(jié)綜合實踐探究成果提供了優(yōu)選思路?；谏疃葘W習以物理為主導的綜合實踐探究路徑經(jīng)過多個主題的實踐探究驗證，取得了良好的探究成果。

［關(guān)鍵詞］綜合實踐探究路徑；物理主導；深度學習

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）11-0049-03

《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》指出，綜合實踐活動是從學生的真實生活和發(fā)展需要出發(fā)，從生活情境中發(fā)現(xiàn)問題，轉(zhuǎn)化為活動主題，通過探究、服務、制作、體驗等方式，培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的跨學科實踐性課程。綜合實踐活動是普通高中新課程的八大學習領(lǐng)域之一。引導學生研修綜合實踐活動課程，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力、科學與人文素養(yǎng)、環(huán)境意識以及終身學習能力。深度學習是對知識進行全面且深度的學習，能促進新舊知識建立聯(lián)系，提高學生運用知識分析問題和解決問題的能力。研究基于深度學習以物理為主導的綜合實踐探究是非常有價值的——學生能更深刻地理解物理知識，更高水平地遷移運用物理知識，以及更好地解決在生活中遇到的問題。

一、深度學習推動高質(zhì)量的綜合實踐探究

高中物理課程有著較強的系統(tǒng)性、綜合性，注重引導學生結(jié)合生活場景進行抽象建模和通過實驗探究物理規(guī)律。為了更好地掌握物理規(guī)律，提高學科核心素養(yǎng)，學生要進行高質(zhì)量的科學探究。這就決定了在綜合實踐探究中，教師必須引導學生進行深度學習。深度學習主要體現(xiàn)在以下四個方面。

1.理解知識邏輯，增強物理觀念。深度學習能促進學生在生活中深入理解已掌握的知識，在實踐中主動拓展所學新知識，進而剖析事物的本質(zhì)，厘清物理規(guī)律，構(gòu)建更完整的知識體系。

2.增強分析運用，培養(yǎng)科學思維。深度學習能讓學生在理解知識的基礎(chǔ)上，將已掌握的知識遷移到新的物理情境中，理解知識點之間的邏輯關(guān)系，進而在實踐探究中不斷增強運用物理知識分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)科學思維。

3.實施科學探究，提高建模能力。深度學習能讓學生在實踐探究中深刻認識客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系，通過抽象概括、建構(gòu)模型，進而推理論證，正確實施科學探究方案，準確表述、評估和反思探究過程與結(jié)果。

例如，靜摩擦力是最常見的力之一，其“不可視”，難以判斷有無和方向，所以成了學生學習的難點。教學中，教師要充分利用拔河、爬桿等體驗性素材，增加學生的多感官體驗，引導學生多從生活中尋找實例，多相互交流討論，帶著問題主動思考、大膽探索、積極研討，在深度學習中融會知識，剖析問題本質(zhì)，通過抽象建模、推理論證來解決實際問題，進而形成更高層次、更準確的認識。

4.嚴謹科學態(tài)度，增強社會責任意識。深度學習能不斷激發(fā)學生學習物理的好奇心與求知欲，促使學生主動與他人合作，嚴謹發(fā)表基于證據(jù)和邏輯的見解，還能促進學生關(guān)心國內(nèi)外科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，認識科學技術(shù)和社會環(huán)境的關(guān)系，增強保護環(huán)境、節(jié)約資源、促進可持續(xù)發(fā)展的社會責任意識。

二、綜合實踐活動融合物理課程提高學生核心素養(yǎng)

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》明確要求，在高中物理課程中應注重科學探究。生產(chǎn)生活中有很多有價值的科學探究情境，在教學中教師應為學生引入這些科學探究情境，引導學生分析、解決生產(chǎn)生活中的問題，讓學生在解決問題的過程中進一步提高探究能力、增強實踐意識、養(yǎng)成科學態(tài)度，從而提升物理學科素養(yǎng)。高中物理課程和綜合實踐活動都明確要求學生經(jīng)歷科學探究過程，通過自主探究，學會運用物理知識和科學思維來分析和解決問題。綜合實踐活動課程對學生用活所學知識，領(lǐng)悟物理、化學、生物方法，培養(yǎng)實踐能力、創(chuàng)新能力、探究能力等有非常重要的作用。以物理為主導的綜合實踐活動是綜合實踐活動和物理學科教學相融合的產(chǎn)物， 是一個有機整體，二者既有其相對獨立性，又存在密切的聯(lián)系。

例如，目前純電動汽車的電池大約儲電50 kW·h至100 kW·h，有交流和直流兩種充電方式?！奥洹钡某潆姽β释ǔ?.8 kW至7 kW，通常使用220 V交流電?！翱斐洹钡某潆姽β蕿?0 kW至120 kW，通常為直流電，電流為150 A至400 A。很多學生對純電動汽車的相關(guān)技術(shù)很感興趣，教師便可以結(jié)合物理知識，研究確定綜合實踐探究的主題，以解決學生心中的疑惑。兩種充電方式的特點是什么？充電時有什么注意事項？不同的電動汽車需要充電多長時間才能充滿？學生通過思考和探究這些生活中的物理問題，體驗了解決問題的科學方法，培養(yǎng)了良好的科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、實踐能力，拓展了物理知識在實踐中的應用，加深了對生活物理的科學性認識。

三、基于深度學習以物理為主導的綜合實踐探究的路徑和案例

（一）源于生活，生成探究主題

“問渠那得清如許，為有源頭活水來?！本C合實踐探究的主題只有面向?qū)W生生活，才會更有生命活力。因此，以物理為主導的綜合實踐探究主題可以由學生提出，也可以參考《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》等內(nèi)容，還可以由教師結(jié)合當前的教學內(nèi)容設(shè)計。探究的主題要小切口，要目標明確、任務清晰，要融合物理學科知識，要解決生活中的實際問題。

例如，探究的主題可為純電動汽車充電技術(shù)、太陽能發(fā)電在生活中的應用、校園雨水的收集與利用、家庭電路和用電安全等。

（二）分析研究，制訂探究方案

綜合實踐活動是一項系統(tǒng)工程，其中制訂探究方案是主要內(nèi)容。學生是制訂探究方案的主體，他們自主分析、討論，明確探究的目標、內(nèi)容、形式、步驟和評價等。教師根據(jù)學生的實際情況和探究主題的特點加以指導和點評，引導學生主動運用物理知識分析實際問題，探究如何解決問題，確保學生探究方案的科學性、可行性和系統(tǒng)性。

例如，制訂“校園雨水的收集與利用”綜合實踐探究的方案。在制訂這一方案時，學生要明確探究的目標是盡可能多地收集雨水、利用雨水；探究的內(nèi)容是從哪些渠道收集雨水，雨水匯集儲存到哪里，雨水如何過濾凈化，過濾凈化的雨水有什么實際用途，如何設(shè)計管道來輸送過濾凈化的雨水。制訂探究方案時要考慮周全，讓方案有可行性。首先，學生需要深入調(diào)研分析學校的建筑、排水設(shè)施及雨水用途、當?shù)貧夂?、可利用資金等；其次，考察市場的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備后，聯(lián)系物理知識，研究設(shè)計雨水的收集、儲存、凈化、循環(huán)等環(huán)節(jié)；最后，匯總制訂符合校情和學情的雨水收集和利用方案。

（三）建構(gòu)模型，科學實施探究

模型建構(gòu)是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程，是常用的科學研究方法。模型建構(gòu)包括情境、問題和過程三個要素。情境是模型建構(gòu)的基礎(chǔ)，問題是模型建構(gòu)的“推進器”，過程是模型建構(gòu)的經(jīng)歷和體驗。模型建構(gòu)既是一種科學的實踐活動，是分析研究問題的過程，也是學習物理概念和規(guī)律，解決實際問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師在指導學生開展科學探究時，要引導學生緊緊抓住突出問題的主要因素，忽略次要因素，將復雜的現(xiàn)象進行簡化和抽象，以有效建構(gòu)物理模型。此外，教師還要注重融合知識，引導學生按需拓展知識和技術(shù)，注重培養(yǎng)學生的思維能力、語言表達能力、動手能力等。

例如，探究純電動汽車充電技術(shù)時，教師要指導學生融合物理知識，綜合考慮充電電壓、充電電流、充電功率、充電發(fā)熱、電池散熱、電池保溫等因素，還要引導學生探究如何提高充電速度，如何減小“快充”對電池壽命的影響，如何控制充電時電池發(fā)熱，如何保障充電安全等。學生通過思考解決這些相互關(guān)聯(lián)的問題，經(jīng)歷模型建構(gòu)的思維活動過程，從而掌握了模型建構(gòu)的方法。學生在分析研究這些具體問題的過程中，可以化整為零，抽象概括，先建構(gòu)多個局部物理模型，再綜合形成整體的物理模型。局部物理模型主要有交流電轉(zhuǎn)化為直流電的模型、直流電充電模型、電池保溫散熱模型等。學生可以先分組實施探究，再交流討論?？茖W實施探究時，學生主要采取查找資料、分析理論、計算數(shù)據(jù)、對比論證等方法。探究過程要思路清晰，記錄完整，實事求是，步驟合理。

（四）研討論證，總結(jié)探究成果

學生要在教師的指導下，對綜合實踐探究的過程、數(shù)據(jù)、分析和判斷進行研討論證。主研學生要面向全體師生展示探究的論據(jù)、數(shù)據(jù)處理和結(jié)論。其他學生則要對探究的各個環(huán)節(jié)進行點評、質(zhì)疑、核驗。經(jīng)過充分的交流討論、推理論證后，主研學生要再次修訂完善探究報告。

例如，在探究家庭電路和用電安全的過程中，要標明入戶、廚房、衛(wèi)生間、空調(diào)專用、普通插座、照明電路的電線規(guī)格。首先，主研學生要實地調(diào)查研究主流家庭各處的電器情況；其次，要計算日常用電功率、極限峰值功率，還要考察市場上的國標電線材料和規(guī)格；最后，確定家庭電路各處的電線規(guī)格。家庭常用的廚房電器中，抽油煙機的電功率約為250 W，電冰箱為200 W，烤箱為2000 W，電磁爐為2000 W，電飯鍋為700 W等。經(jīng)查找資料知，2.5 mm?的銅芯電線允許長期負載電流為16 A至25 A，4mm?的銅芯電線允許長期負載電流為25 A至32 A。結(jié)合物理知識計算后發(fā)現(xiàn)，使用220 V交流電，2.5 mm?的銅芯電線所能帶動的功率范圍為3.5 kW至5.5 kW，4 mm?的銅芯電線所能帶動的功率范圍為5.5 kW至7 kW。因此主研學生認為，2.5 mm?的銅芯電線不僅能滿足廚房的使用要求，還比較經(jīng)濟實惠。對此，在師生的研討論證中，部分學生提出了不同意見。具體為：（1）電線預埋在墻內(nèi)，散熱條件不好，用電功率比較大時不易散熱。同樣的電功率，4 mm?的銅芯電線發(fā)熱比較小，比較安全，有利于延長電線的使用壽命。（2）電線能使用幾十年，要考慮多年以后電器的增加、升級，可能會有更大功率的需求，需要留出功率冗余。（3）如果因電線不能滿足使用需求而改造電路、更換電線，工時費會比較高，得不償失，所以廚房電線應選擇4 mm?的銅芯電線。經(jīng)充分討論和論證后，師生達成一致意見。主研學生修改廚房電線為4 mm?的銅芯電線。

（五）科學評估，形成探究評價

科學評估是按照一定的標準對學生綜合實踐活動的報告進行審核，目的是促進其改進和完善。審核通常包括探究目標的價值、探究方案的可行性、探究過程和方法的科學性、探究數(shù)據(jù)的真實性和準確性、結(jié)論的合理性等。審核后，評估者針對探究報告給出相應的評價，指出其優(yōu)點和存在的問題和瓶頸，并提出改進建議。

例如，在探究家庭電路和用電安全時，探究報告主要包括探究目標、探究方案、探究數(shù)據(jù)分析、探究結(jié)論等。探究的具體內(nèi)容主要包括調(diào)研家庭各處電器的功率、電器的使用要求、安全用電等，設(shè)計家庭電路圖，標明家庭入戶、廚房、衛(wèi)生間等處的電線規(guī)格，掌握電線并線施工的要求和技巧等。教師帶領(lǐng)學生對主研學生的探究報告進行更全面的審查和評價，得出以下六個方面的評價：一是家庭電路和用電安全探究的目標明確，有探究價值和推廣價值；二是調(diào)查研究的樣本略少，只選了4個家庭；三是動手能力不強，拆裝插座和開關(guān)數(shù)量略少；四是雖存在用電安全隱患，但沒有全面查驗不同場所的電線規(guī)格；五是沒能拆解墻內(nèi)插座里面的電線接頭，不了解并線施工情況；六是電線選用規(guī)格考慮得不全面，沒充分考慮電線的使用壽命和冗余。通過科學評估及對探究報告進行評價，學生能更加積極主動地拓展學習物理規(guī)律，提升動手能力，嚴謹探究方案，優(yōu)化探究過程，形成更高質(zhì)量的探究報告。

研究基于深度學習以物理為主導的綜合實踐探究能夠突破學科內(nèi)不同章節(jié)之間的界限，建立更完整的知識體系，有助于學生在生活中更好地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、研究問題、解決問題，培養(yǎng)學生的學習能力、創(chuàng)新精神、實踐能力，全面提升學生的學科素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 翟應品，劉安早.邁向深度學習的“學科主導類”綜合實踐活動課程實踐：以物理學科主導類綜合實踐活動為例［J］.現(xiàn)代中小學教育，2019（8）：23-27.

［2］? 翟應品，湯金波.指向深度學習的物理主導綜合實踐活動：以“家用電器待機功耗研究”活動為例［J］.物理教師，2019（8）：39-42.

［3］? 郭華.深度學習及其意義［J］.課程·教材·教法，2016（11）：25-32.

［4］? 李劍，幺娜.警惕綜合實踐活動的學科化傾向［J］.中小學管理，2011（8）：13-14.

（責任編輯 黃春香）

［基金項目］本文系河北省教育裝備“十四五”規(guī)劃課題（冀教技術(shù)中心〔2023〕16號）實驗教學專題課題“基于深度學習以物理為主導的綜合實踐探究”（課題序號：JYZB2204132）的研究成果。