深度學(xué)習(xí)助力學(xué)生物理觀念的形成

戴林詩　須萍

［摘 要］物理觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一。深度學(xué)習(xí)是一種觸及學(xué)科知識內(nèi)核的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生理解知識、聯(lián)系知識和運(yùn)用知識，對培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念具有重要作用。文章基于評判學(xué)生是否形成物理觀念的標(biāo)準(zhǔn)，針對學(xué)生各個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)問題，采用合適的促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，助推學(xué)生物理觀念的形成。

［關(guān)鍵詞］深度學(xué)習(xí)；物理觀念；庫侖定律

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）08-0046-04

物理觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是其他物理學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的基礎(chǔ)。深度學(xué)習(xí)是一種觸及學(xué)科知識內(nèi)核的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生物理觀念的形成［1］。然而在實(shí)際教學(xué)中，部分學(xué)生的學(xué)習(xí)仍舊停留于物理概念的表層，這就造成學(xué)生知識零散、不成體系，無法靈活運(yùn)用知識解決問題，而物理觀念也得不到發(fā)展。為解決這個(gè)問題，筆者對深度學(xué)習(xí)進(jìn)行探索，試圖從中找到可以幫助學(xué)生形成物理觀念的實(shí)踐策略和路徑。

評判學(xué)生是否形成物理觀念的標(biāo)準(zhǔn)在于學(xué)生能否主動運(yùn)用物理觀念對物理現(xiàn)象進(jìn)行解釋；學(xué)生在分析和解決問題時(shí)，能否正確提取物理課程學(xué)習(xí)的、在其頭腦中形成的物理概念和知識體系，并在物理觀念的指導(dǎo)下正確和創(chuàng)造性地使用［2］。本文基于評判學(xué)生是否形成物理觀念的標(biāo)準(zhǔn)，針對學(xué)生各個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)問題，采用合適的促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的策略，助推學(xué)生物理觀念的形成。

一、深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

教育心理學(xué)家馬頓和塞爾喬在批判淺層學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提出了“深度學(xué)習(xí)”概念［3］，這意味著“深度學(xué)習(xí)”開始應(yīng)用于教育學(xué)領(lǐng)域。之后，我國教育學(xué)也引入了“深度學(xué)習(xí)”。何玲和黎加厚將深度學(xué)習(xí)界定為“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(shí)，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間進(jìn)行聯(lián)系，并能夠?qū)⒁延械闹R遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學(xué)習(xí)”［4］。綜上可知，相較于機(jī)械式的、非批判性的淺層學(xué)習(xí)，有意義的、富有批判性的深度學(xué)習(xí)更有價(jià)值。只有進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，學(xué)生才能夠在理解領(lǐng)域、分析領(lǐng)域、聯(lián)系領(lǐng)域、運(yùn)用領(lǐng)域等認(rèn)知領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)由淺入深的思維過渡。例如理解領(lǐng)域，淺層學(xué)習(xí)要求學(xué)生死記硬背知識，這樣的淺層學(xué)習(xí)效果遠(yuǎn)不如深度學(xué)習(xí)。通過深度學(xué)習(xí)，學(xué)生可以加深對概念的記憶。淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的區(qū)別如表 1所示。

基于深度學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于物理教學(xué)，可以解決學(xué)生學(xué)習(xí)物理只停留于概念表層的問題，提升學(xué)生運(yùn)用物理知識解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成。

二、助力學(xué)生形成物理觀念的教學(xué)策略

基于評判學(xué)生是否形成物理觀念的標(biāo)準(zhǔn)，如果教師運(yùn)用的教學(xué)策略能幫助學(xué)生逐一解決每個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)習(xí)問題，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，那么便可助力學(xué)生物理觀念的形成。例如，對于理解領(lǐng)域，針對學(xué)生存在的“孤立看待知識點(diǎn)，依賴死記硬背”的學(xué)習(xí)問題，教師可以提出“舊知導(dǎo)入”的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系舊知識理解新知識，在弄清楚知識來源的基礎(chǔ)上進(jìn)行背誦，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)會物理一般概念。以此類推，學(xué)生從掌握一般概念，到掌握核心概念，再到建立概念框架，最終形成物理觀念。具體內(nèi)容如表 2所示。

（一）舊知導(dǎo)入助力學(xué)生學(xué)會一般概念

教育心理學(xué)家奧蘇貝爾曾經(jīng)說過：“假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸結(jié)為一句原理的話，那么，我將一言以蔽之：影響學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素，就是學(xué)生已經(jīng)知道了什么，要探明這一點(diǎn)，并應(yīng)據(jù)此進(jìn)行教學(xué)。”［5］深度學(xué)習(xí)理論也指出，舊知識的再現(xiàn)有助于加快有潛在聯(lián)系的新知識的學(xué)習(xí)進(jìn)程。因此，教師可以將舊知識作為新知識教學(xué)的支點(diǎn)。

以人教版高中物理必修第三冊第九章第2節(jié)“庫侖定律”中“點(diǎn)電荷”的概念教學(xué)為例。在進(jìn)行“電荷間作用力的定性分析”時(shí)，學(xué)生已經(jīng)形成一種認(rèn)知：帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況會影響電荷間作用力的大小。在此基礎(chǔ)上，教師與學(xué)生共同探討。教師首先引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想力學(xué)上類似的情況：物體形狀各異、質(zhì)量分布不均勻，為了便于簡單描述物體的運(yùn)動和受力情況，物理學(xué)引入了“質(zhì)點(diǎn)”的概念；其次幫助學(xué)生理解“模型建構(gòu)”這一科學(xué)研究方法的內(nèi)涵：突出問題的主要方面，忽略次要因素，從而建立理想化模型；然后肯定此方法的廣泛運(yùn)用；接著留給學(xué)生思考的時(shí)間，讓學(xué)生獨(dú)立思考并提出解決方案；最后自然提出“點(diǎn)電荷”的名稱和內(nèi)涵。至此，學(xué)生學(xué)會了一般概念“點(diǎn)電荷”的定義和建構(gòu)的方法。

以“庫侖定律”中“電荷間作用力的定量探究”為例。在進(jìn)行“電荷間作用力的定性分析”時(shí)，學(xué)生已經(jīng)知曉：電荷間的作用力與距離有關(guān)，并隨著距離的增大而減??；電荷間的作用力與電荷量有關(guān)，并隨著電荷量的增大而增大。在此基礎(chǔ)上，教師與學(xué)生共同探討電荷間作用力的定量關(guān)系。首先，表明先前定性分析得出的規(guī)律具有正確性；其次，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，聯(lián)系之前學(xué)過的力的相關(guān)特征，將其與此規(guī)律掛鉤；然后肯定學(xué)生的猜想并鼓勵學(xué)生依據(jù)萬有引力的表達(dá)式寫出電荷間作用力的表達(dá)式；最后加以概括和總結(jié)，為后面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證做好鋪墊。至此，學(xué)生對一般概念“電荷間的作用力”的來源和數(shù)學(xué)表達(dá)式有了深刻的理解。

（二）運(yùn)用問題串助力學(xué)生掌握核心概念

核心概念被艾里克森定義為居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法［6］。核心概念可連接幾節(jié)課或幾個(gè)章節(jié)，它如同鑰匙一般能打開一般概念間的“隔閡”大門。一般概念是核心概念形成的前提，核心概念則是一般概念的精華濃縮。從一般概念提煉出核心概念是學(xué)生形成物理觀念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。深度學(xué)習(xí)理論表明，在問題串的連續(xù)誘導(dǎo)下，學(xué)生對知識的形成發(fā)展過程進(jìn)行批判性思考，從而抓住知識的核心與本質(zhì)。因此，問題串是學(xué)生掌握核心概念的有效工具。問題串需要教師進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，教師在設(shè)計(jì)問題串時(shí)需要遵循由淺入深、由次及主的原則。核心概念是一般概念和概念框架之間的支架與橋梁。問題串的層層遞進(jìn)，使得核心概念既有概括性又有遷移性。

以“庫侖定律”為例，在學(xué)生學(xué)習(xí)“電荷”“點(diǎn)電荷”“電荷間的作用力”等一般概念之后，教師要幫助學(xué)生對這些一般概念進(jìn)行整合，從而提煉出核心概念。對此，教師可提出以下問題供學(xué)生思考。

1.電荷間作用力的方向怎么看？

2.電荷間作用力的大小用公式又怎么表述？

3.那么電荷間作用力的文字表述是什么？

4.又為何要定義“點(diǎn)電荷”的概念？

5.所以電荷間作用力定義的適用條件是什么？

6.最終電荷間作用力的完整表述是什么？

問題1和問題2最為基礎(chǔ)，其目的在于激活學(xué)生上節(jié)課所學(xué)的知識和強(qiáng)調(diào)本節(jié)課所學(xué)的知識。從問題3開始，步步設(shè)套：電荷間作用力的文字表述是否包括方向和大小？又為何不添加“點(diǎn)電荷”這一前提條件？電荷間作用力的定義的適用條件還有其他嗎？所以最后電荷間作用力的完整表述是什么？其中，“又”“那么”“又為何”“所以”“最終”承接詞語的出現(xiàn)也會對學(xué)生的深度學(xué)習(xí)起到助力作用。隨著6個(gè)問題的解決，學(xué)生的思維能力得到了螺旋式的提升，最終學(xué)生掌握了核心概念“電荷間作用力的完整表述”，即“庫侖定律”。

（三）加強(qiáng)知識層面和方法層面的關(guān)聯(lián)，助力學(xué)生建構(gòu)概念框架

概念框架是指以核心概念為中心，梳理關(guān)聯(lián)先前學(xué)過的一般概念而形成的一種認(rèn)知結(jié)構(gòu)。如果說一般概念和核心概念是思維上的縱向深入，那么概念框架就是加以補(bǔ)充的思維上的橫向發(fā)散，其空間的全面化體現(xiàn)了學(xué)生知識的層次性和完整性。核心概念向概念框架過渡是學(xué)生形成物理觀念必不可少的步驟。核心概念的出現(xiàn)是促進(jìn)學(xué)生知識匯聚的第一步，要想進(jìn)一步解決學(xué)生知識零散化、碎片化的問題還需要搭建概念框架。概念框架將孤立的知識聯(lián)結(jié)起來，引導(dǎo)學(xué)生將知識進(jìn)行有效整合并存儲于腦海中，不僅有利于學(xué)生進(jìn)行有意義的知識建構(gòu)，還有利于學(xué)生對知識的提取、遷移和應(yīng)用［7］。深度學(xué)習(xí)理論指出，教師要給予學(xué)生知識與方法遷移的充分機(jī)會。因此，概念框架的構(gòu)成不僅需要知識層面的關(guān)聯(lián)，更需要方法層面的關(guān)聯(lián)。教師應(yīng)加強(qiáng)知識層面和方法層面的關(guān)聯(lián)，助力學(xué)生建構(gòu)概念框架。

以“庫侖定律”為例，在學(xué)生經(jīng)過一系列學(xué)習(xí)過程并挖掘出核心概念“庫侖定律”后，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧探究過程并建構(gòu)概念框架。首先，提出問題：在庫侖定律的形成過程中涉及哪些知識和方法？這些方法在先前學(xué)習(xí)過程中是否也遇到過？其次，讓學(xué)生小組協(xié)作與交流討論。然后，讓每組派代表上臺展現(xiàn)成果，或是分點(diǎn)式陳述，或是圖表式陳述，或是簡明扼要地陳述，或是集中闡述。學(xué)生的成果匯報(bào)形式各異，教師和其他小組成員予以反饋與評價(jià)。最后，在學(xué)生展示成果的基礎(chǔ)上加以匯總和完善。例如，在教學(xué)“電荷間作用力的定性分析”時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法，這種方法在先前討論“影響滑動摩擦力大小的因素”和“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)也被運(yùn)用過，那么學(xué)生可通過方法支架將電學(xué)中的“電荷間的作用力”與學(xué)過的力學(xué)知識加以關(guān)聯(lián)，構(gòu)建更完整的概念框架（如圖 1）。

（四）創(chuàng)設(shè)物理情境助力學(xué)生形成物理觀念

新課標(biāo)提倡“從生活走向物理，從物理走向社會”。物理是一門實(shí)踐性學(xué)科，將知識應(yīng)用于實(shí)際生活才能發(fā)揮知識的最大價(jià)值，而學(xué)生形成物理觀念的標(biāo)志性特征就是能夠運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題。深度學(xué)習(xí)理論指出，真實(shí)、具體、富有價(jià)值的問題解決情境是學(xué)生核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體，也為學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會［8］。因此，創(chuàng)設(shè)物理情境為學(xué)生運(yùn)用知識解決問題從而形成物理觀念提供了廣闊的空間。“無情境不教學(xué)”，教師在教學(xué)中要注重所創(chuàng)設(shè)物理情境的合理性：物理情境的新穎程度和復(fù)雜程度應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知水平和教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，符合因材施教與循序漸進(jìn)的原則［9］。

以“庫侖定律”為例，生活中的很多活動都與庫侖定律有著密切的聯(lián)系。為了幫助學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用庫侖定律解決生產(chǎn)生活中的問題，教師創(chuàng)設(shè)這樣的物理情境：通常一把梳子和衣袖摩擦后所帶的電荷量不到百萬分之一庫侖，但是天空中發(fā)生閃電之前，巨大的云層中積累的電荷量可達(dá)幾百庫侖。試問如果梳子和衣袖摩擦后存在2個(gè)分別帶一千萬分之一庫侖的點(diǎn)電荷，它們之間的距離為3厘米，求點(diǎn)電荷之間的作用力為多少？如果有3個(gè)各自帶一千萬分之一庫侖的點(diǎn)電荷，又該如何求解它們之間的作用力？第一個(gè)問題在于幫助學(xué)生對“庫侖”這個(gè)單位有感性的認(rèn)識，學(xué)會簡單應(yīng)用庫侖定律的表達(dá)式；第二個(gè)問題在于幫助學(xué)生從力的本質(zhì)出發(fā)掌握計(jì)算庫侖力的方法，讓學(xué)生知道“庫侖力”與力學(xué)上的“重力”“彈力”“摩擦力”并無太大區(qū)別，且也遵循“力的合成與分解”等規(guī)律。至此，學(xué)生學(xué)會運(yùn)用庫侖定律去解決實(shí)際問題，對運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)形成了更廣泛的認(rèn)識，自然地形成了更全面的“運(yùn)動與相互作用觀”這一物理觀念。

總之，學(xué)生從“學(xué)會物理知識”轉(zhuǎn)變到“形成物理觀念”是一段艱難且漫長的歷程。教師可以運(yùn)用深度學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)教學(xué)，幫助學(xué)生進(jìn)行知識的深層整合和靈活運(yùn)用。首先，通過淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的區(qū)別去發(fā)現(xiàn)無法形成物理觀念的問題和障礙。其次，從學(xué)生的認(rèn)知視角出發(fā)，采用針對性的教學(xué)策略解決問題和消除障礙，助力學(xué)生形成物理觀念。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 駱波.初中物理深度學(xué)習(xí)的典型特征及其教學(xué)意義［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（9）：13-17.

［2］? 羅瑩.物理核心素養(yǎng)研究：物理知識與物理觀念［J］.物理教師，2018（6）：2-6.

［3］? MARTON F，SALJO R.On qualitative difference in learning：outcome and process［J］.British Journal of Educational Psychology，1976（1）：4-11.

［4］? 何玲，黎加厚.促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)［J］.現(xiàn)代教學(xué)，2005（5）：29-30.

［5］? 葛漢洪.促進(jìn)觀念提升的初中物理課堂教學(xué)策略初探：以“運(yùn)動的相對性”教學(xué)為例［J］.物理教師，2022（4）：38-43.

［6］? ERICKSON H L.Stirring the head，heart，and soul：redefining curriculum and instruction［M］.Thousand Oaks：Corwin Press，1995.

［7］? 安富海.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略研究［J］.課程·教材·教法，2014（11）：57-62.

［8］? 劉月霞，郭華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2018.

［9］? 張玉峰.物理觀念發(fā)展的關(guān)鍵過程：關(guān)聯(lián)整合、遷移創(chuàng)新［J］.物理教師，2023（4）：14-18.

（責(zé)任編輯 黃春香）