原始物理問題：促進深度學(xué)習(xí)的有效支架

摘 要：原始物理問題能夠很好地促進深度學(xué)習(xí)，與深度學(xué)習(xí)具有內(nèi)在的邏輯一致性。探討了原始物理問題與深度學(xué)習(xí)的關(guān)系，提出了運用原始物理問題促進深度學(xué)習(xí)的４條教學(xué)策略：“情境—圖文”轉(zhuǎn)換策略、“抽象—數(shù)化”相彰策略、“探究—建?！表樳M策略、“提問—評價”反視策略，以現(xiàn)行人教版“拋體運動的規(guī)律”教學(xué)為例對此做了詳細闡釋，最后基于課堂實踐提出了３條教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：原始物理問題；深度學(xué)習(xí)；物理課堂教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0033-5

隨著教學(xué)理念的迭代升級以及素養(yǎng)目標(biāo)引領(lǐng)下教學(xué)改革的深入推進，培養(yǎng)學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力是落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，追求有深度的課堂教學(xué)是每一位物理教師應(yīng)有的教學(xué)觀，促進深度學(xué)習(xí)體現(xiàn)學(xué)生的主體性地位是全體物理教育工作者的基本共識。為改善傳統(tǒng)物理習(xí)題教學(xué)理論“重技巧輕思維”“重應(yīng)試輕素養(yǎng)”等不良研究傾向，邢紅軍、趙凱華等提出了原始物理問題教學(xué)理論［１］，該理論重思維與理解、重能力與遷移、重創(chuàng)造與實踐的風(fēng)格與深度學(xué)習(xí)的基本特征——注重批判理解、強調(diào)信息整合、注重遷移運用、著意情感投入，具有內(nèi)在邏輯一致性，該理論為促進深度學(xué)習(xí)打開了研究之窗。

１ 原始物理問題與深度學(xué)習(xí)的關(guān)系

原始物理問題是指自然界和社會生產(chǎn)生活中真實存在的，蘊藏著物理概念、規(guī)律且未被處理為物理教學(xué)問題的物理事實或現(xiàn)象［２］，具有真實性、生態(tài)型、穩(wěn)定性、遷移性、開放性等特點［３］，原始物理問題教學(xué)是指運用原始物理問題旨在轉(zhuǎn)變學(xué)生認(rèn)知方式，培養(yǎng)學(xué)生物理關(guān)鍵能力，發(fā)展物理能力水平，促進學(xué)生思維從無序到有序、它組織到自組織轉(zhuǎn)變的教學(xué)［４］。

根據(jù)自組織表征理論，原始物理問題表征包括外部表征（定向表征、抽象表征、圖像表征）和內(nèi)部表征（賦值表征、物理表征、方法表征、數(shù)學(xué)表征）兩大方面［５］，為更好地貼合課堂教學(xué)，完全可以將其化為呈現(xiàn)客觀物理現(xiàn)象、抽取原始物理問題、建構(gòu)理想物理模型、解決原始物理問題、評價問題解決過程五個環(huán)節(jié)，教學(xué)中兩者相互參照。

深度學(xué)習(xí)是指在理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判地學(xué)習(xí)新思想和事實，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)［６］。其特征是聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價值與評價五個方面［７］，從深度學(xué)習(xí)的視角剖析原始物理問題教學(xué)，發(fā)現(xiàn)原始物理問題教學(xué)具備深度學(xué)習(xí)的基本特征，是實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的重要方式［８］，為深度學(xué)習(xí)的發(fā)生提供了教學(xué)載體。

愛因斯坦認(rèn)為，“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募寄芏选６岢鲂碌膯栴}、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，都需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進步?！逼鋵υ嘉锢韱栴}外部表征的啟發(fā)意義在于學(xué)生需要整個調(diào)動已有經(jīng)驗，發(fā)揮聯(lián)想，把客觀現(xiàn)象進行有序化、文字化和圖像化，進而提出有教育價值的原始物理問題。值得注意的是當(dāng)下提出的原始物理問題還是粗糙的，具有現(xiàn)象描述—問題指向的無序性。本階段主要體現(xiàn)的是深度學(xué)習(xí)的聯(lián)想與結(jié)構(gòu)化特征，“聯(lián)想”表達的是思維的多維性、多向性，“結(jié)構(gòu)”表達的是思維對原始物理問題的系統(tǒng)性理解。把原始物理問題抽象為精細物理問題或者轉(zhuǎn)化為物理習(xí)題，并準(zhǔn)確地用物理術(shù)語設(shè)置已知量和未知量，需要通過物理現(xiàn)象看本質(zhì)，把握物理問題的實質(zhì)，弄清楚已知量、未知量和中間量之間的基本聯(lián)系。在綜合考慮形式邏輯、知識邏輯、語義理解、設(shè)問變式等命題因素的基礎(chǔ)上，理解物理習(xí)題、物理問題、原始物理問題之間的關(guān)系。原始物理問題的內(nèi)部表征要求學(xué)生準(zhǔn)確把握問題本質(zhì)，理解知識間的基本聯(lián)系，在思維活動中體驗物理科學(xué)研究方法，建立物理模型、綜合運用數(shù)學(xué)、物理知識解構(gòu)物理習(xí)題和重構(gòu)思維狀態(tài)，在課堂活動中體驗科學(xué)知識的運用過程，形成會遷移、能遷移、善遷移的物理能力，通過思維監(jiān)控解釋、評價自我學(xué)習(xí)過程，認(rèn)識原始物理問題對認(rèn)知結(jié)構(gòu)建構(gòu)的價值，達到思維活化的深度學(xué)習(xí)狀態(tài)，最終推進物理問題解決，如圖１所示。

２ 運用原始物理問題促進深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略

２．１ 用“情境—圖文”轉(zhuǎn)換策略促進思維聯(lián)想，發(fā)展認(rèn)知結(jié)構(gòu)

“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)”處理的是人類認(rèn)識成果（知識）與學(xué)生個體經(jīng)驗的相互轉(zhuǎn)化問題，它們不是對立的，人類知識融入個體認(rèn)知結(jié)構(gòu)是以經(jīng)驗為前提的。原始物理問題的“未加工性”意味著它非?！按植凇?，甚至是雜亂無章的，學(xué)生需要借助語言文字、畫圖、圖像等形象化的手段描述它們，如果要準(zhǔn)確地刻畫客觀物理現(xiàn)象，需要以先在經(jīng)驗為基礎(chǔ)大膽想象、聯(lián)想，運用類比的方法“套取”認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的已有知識，借此接觸和理解客觀現(xiàn)象，這是知識由外而內(nèi)流涌的第一必然性。

教學(xué)案例：現(xiàn)行人教版“拋體運動的規(guī)律”教學(xué)片斷。

活動１：提出原始物理問題。

教師活動：（視頻引課）教師播放排球比賽中球過網(wǎng)與不過網(wǎng)、出界與不出界的場景。并提出問題：排球比賽中，你是否為排球下網(wǎng)或者出界而感到惋惜？要使排球既能過網(wǎng)還不出界，需要考慮哪些因素？如何估算球落地時的速度大?。?/p>

設(shè)計意圖：原始物理問題教學(xué)下的深度學(xué)習(xí)可以從基于情境的聯(lián)想開始。本情境展現(xiàn)了排球比賽中的普遍現(xiàn)象，運動員在擊球時需要考慮排球既要過網(wǎng)，又不能出界，擊球的力度、角度、高度、水平距離、空氣阻力都會成為必要的考慮因素，要描述整個擊球過程，最好的辦法就是畫出簡單的情境草圖。為此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生采用先語言描述、后草圖描述的方式，讓學(xué)生表達自己對上述情境的理解。

活動２：情境—圖文轉(zhuǎn)換。

在學(xué)生對原始物理問題情境有了充分理解后，將情境中的關(guān)鍵要素用圖片和文字標(biāo)注的形式表現(xiàn)出來，是思維得以運轉(zhuǎn)的必要步驟。擊球的方向很多，教師可以選擇水平拋出的方式進行班級展示，以便為學(xué)習(xí)斜上拋運動埋下伏筆，如圖２所示。該過程中，學(xué)生可以將排球聯(lián)想成一個質(zhì)點，把運動軌跡想象為虛線，當(dāng)學(xué)生能夠?qū)⒄麄€情境以草圖的形式輸出時，就可認(rèn)為原始物理問題的外在特征已初步結(jié)構(gòu)化。

２．２ 運用“抽象—數(shù)化”相彰策略理解問題本質(zhì)，編制教學(xué)習(xí)題

抽象是把原始物理問題由“原生態(tài)”提取為“教學(xué)態(tài)”，關(guān)注的是原始物理問題的教學(xué)屬性，要求教師對原始物理問題情境的本質(zhì)有全面、系統(tǒng)的通透理解，其提取過程的思維特征是細膩與概括。數(shù)化是將由原始物理問題轉(zhuǎn)化而來的物理習(xí)題進行符號化、有意義化，賦予符號以數(shù)值表達物理過程的質(zhì)與量，巧妙設(shè)置已知量和未知量，原始物理問題習(xí)題化這一步最為關(guān)鍵。教師可引導(dǎo)學(xué)生從自己的能力出發(fā)，把原始物理問題抽象為物理習(xí)題。

活動３：原始物理問題習(xí)題化。

教師活動：（總結(jié)過網(wǎng)、出界的影響因素，并讓問題聚焦）既然擊球的力度會影響出球速度大小，擊球方向、高度、空氣阻力、風(fēng)向也會影響排球的落地位置，為了讓問題進一步簡化，請大家一起研究水平擊打排球時的過網(wǎng)和不出界問題，最好相互啟發(fā)。

習(xí)題：在排球比賽發(fā)球時，運動員往往會先將排球拋至某一高度，在排球速度為０時迅速將其水平擊打出去。某次，運動員在排球距地面高為ｈ的Ｏ點迅速將其水平擊出，已知網(wǎng)高為ｈ０，場地長度為２ｌ，不計空氣阻力，重力加速度大小取１０ ｍ/ｓ２。求：（１）排球既能過網(wǎng)還不出界的初速度大小需要考慮哪些因素？（２）如何估算球落地時的速度大??？

設(shè)計意圖：深度學(xué)習(xí)注重對學(xué)習(xí)思維的培養(yǎng)，抽象思維是概括能力的集中體現(xiàn)，面對未被加工的原始物理問題，當(dāng)學(xué)生對實際問題有了充分認(rèn)知之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生相互討論，互幫互學(xué)，利用已經(jīng)熟知的物理術(shù)語、符號去注解先前畫好的情境圖，這是情境驅(qū)動向概念與符號驅(qū)動轉(zhuǎn)化所必須的，原始物理問題的習(xí)題化過程看似簡單，實則不易，其根源在于思維由“散”而“聚”的升位，著意認(rèn)知聚焦，把握本質(zhì)恰恰是深度學(xué)習(xí)所要求的。

２．３ 運用“探究—建?！表樳M策略體驗實驗過程，挖掘規(guī)律本質(zhì)

深度學(xué)習(xí)是基于知識與方法整合的學(xué)習(xí)，是基于學(xué)科能力與思維培養(yǎng)關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)，是思維深度參與和調(diào)動積極情感的學(xué)習(xí)。為突出原始物理問題解決，教師需要把建立物理模型擺在首要位置；為突出學(xué)科方法，教師需要把探究平拋運動的經(jīng)典實驗再次模擬還原重現(xiàn)；為調(diào)動學(xué)生情感，教師需要把學(xué)生組織起來一起體驗創(chuàng)新平拋實驗；為突出知識與方法整合，教師需要引導(dǎo)學(xué)生運用物理模型分析物理規(guī)律本質(zhì)。

活動４：利用模擬實驗定性探究排球過網(wǎng)與不過網(wǎng)、出界與不出界的影響因素。

真實的排球比賽中，出球高度、速度會因為運動員水平、心理、現(xiàn)場環(huán)境等的不同而不易控制，課堂教學(xué)中可以利用乒乓球發(fā)球機模擬排球運動員的發(fā)球過程（采取不旋轉(zhuǎn)模式）。乒乓球發(fā)球機不僅可以人為控制發(fā)球高度、發(fā)射位置與網(wǎng)之間的水平距離、出球速度，還能避免比賽環(huán)境、運動員心理等帶來的不確定因素。具體如下：

模擬1：發(fā)球速度大小、發(fā)球位置高度、網(wǎng)高不變時，探究發(fā)球位置與球落地點的水平距離與發(fā)球質(zhì)量之間的定性關(guān)系。

模擬2：發(fā)球速度大小、發(fā)球位置、網(wǎng)高不變時，探究發(fā)球位置的高度與發(fā)球質(zhì)量之間的定性關(guān)系；

模擬3：發(fā)球位置的高度、發(fā)球位置、網(wǎng)高不變時，探究發(fā)球速度與發(fā)球質(zhì)量之間的定性關(guān)系；

模擬4：發(fā)球速度大小、發(fā)球位置、發(fā)球位置高度不變時，探究網(wǎng)高對發(fā)球質(zhì)量的定性關(guān)系；

拓展模擬：探究發(fā)球仰角與發(fā)球質(zhì)量的定性關(guān)系。

設(shè)計意圖：深度學(xué)習(xí)是有意義的學(xué)習(xí)過程，在原始物理問題習(xí)題化之后，為實現(xiàn)問題解決，教師就需要想方設(shè)法在物理習(xí)題和習(xí)題解答之間創(chuàng)設(shè)思維活動。上述5個模擬情境與原始物理問題相似度很高，直抵問題解決本質(zhì)。乒乓球發(fā)球機模擬實驗極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生持續(xù)思考給予源源不斷的動力，為培養(yǎng)分析與遷移能力搭設(shè)了良好的思維載體。

活動５：物理建模，挖掘規(guī)律本質(zhì)，促進問題解決。

物理建模是原始物理問題教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，反映了人們對客觀物理現(xiàn)象的抽象把握。分析和概括能力是建構(gòu)物理模型的必備能力，其基本過程是建模、析模、用模和評模。素養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向下，物理模型承載了發(fā)展學(xué)生高階思維和遷移應(yīng)用能力的基本功能，學(xué)生能夠利用物理模型解決實際問題是學(xué)生能夠進入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)的具體體現(xiàn)。

當(dāng)學(xué)生經(jīng)歷模擬物理實驗后，其思維運動是知識回顧，勻速直線運動和自由落體運動的基礎(chǔ)知識必然泛于心頭，這兩種不同的物理模型在運動合成的學(xué)科方法加持下與拋體運動相遇，學(xué)科知識得以整合，學(xué)科結(jié)構(gòu)得到強化。另外，模擬探究實驗以控制變量法為基礎(chǔ)，對應(yīng)的定性探究結(jié)果也在實驗演示結(jié)束后一目了然，其能力要求又處于最近發(fā)展區(qū)，又進一步刺激了學(xué)生的求知欲。至此，思維進入縱深空間，物理建模水到渠成，學(xué)生解答先前合作命制的物理習(xí)題也便自然而然。當(dāng)學(xué)生順利得到ｘ＝ｖ０ｔ，ａｘ＝０，ｖｘ＝ｖ０以及ｙ＝ｇｔ２，ａｙ＝ｇ，ｖy＝ｇｔ這一組方程后，便可說明平拋運動建模是成功的。據(jù)此可知他們已經(jīng)掌握了平拋運動的基本規(guī)律。此時，教師就應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將平拋運動的基本規(guī)律與具體問題情境相結(jié)合，把推理和演算融入其中，讓知識和方法在解決實際問題中得到升華，把問題解決過程變成遷移能力和知識運用能力雙向提升的過程。

其實，對物理規(guī)律的挖掘繞不開對細節(jié)的澄清，澄清細節(jié)是對探究活動深層次的自我知會。本習(xí)題中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確理解網(wǎng)高ｈ０和發(fā)球高度ｈ的不同，在不過網(wǎng)和過界兩種情況下，正確把握分運動間的等時性與獨立性，盡可能分類研究過網(wǎng)臨界速度ｖ１和過界臨界速度ｖ２，最終得到ｖ１＝ｘ，ｖ２＝（ｘ＋ｌ）。當(dāng)學(xué)生能夠獨立得到ｖ０介于這兩個臨界值中間時，深度學(xué)習(xí)已經(jīng)悄然發(fā)生。

２．４ 運用“提問—評價”反視策略監(jiān)控思維過程，突出學(xué)習(xí)主體

建構(gòu)主義認(rèn)為，認(rèn)知圖式是在同化、順應(yīng)中不斷完善的，結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知結(jié)構(gòu)會讓學(xué)習(xí)者表現(xiàn)出與眾不同的高階思維能力，比如分析—綜合能力、概括—推理能力、應(yīng)用遷移能力和問題解決能力等。指向深度學(xué)習(xí)的原始物理問題教學(xué)包含上述意蘊，當(dāng)某一原始物理問題教學(xué)告一段落后，教師有意識地培養(yǎng)學(xué)生的反思與評價能力有助于知識的模塊化建構(gòu)，對完善和強化認(rèn)知圖式具有積極意義?！疤釂枴u價”策略可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)終了之時認(rèn)識自己的學(xué)習(xí)過程，有助于學(xué)生認(rèn)識學(xué)習(xí)中的自己，促進學(xué)生自我“覺醒”。比如，教師在課堂留白時展示“我是怎么學(xué)習(xí)的”“為什么老師和別人的思路與我不同，不同處在什么地方”“這個問題還可以怎么思考”等諸如此類的問題，讓學(xué)生與自己對話，與整個學(xué)習(xí)過程對話。原始物理問題教學(xué)突出解釋和評價，因為這是檢驗學(xué)習(xí)效果的重要一環(huán)。同樣，深度學(xué)習(xí)理論也注重評價在學(xué)習(xí)過程中的重要作用，因為在評價中學(xué)習(xí)者才能真正認(rèn)識到真實的自己，這就是“反視”的意義。

實際上，學(xué)生所畫的情境圖（圖２）并不是完全沒有問題。仔細分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)排球被水平擊打出去，在ｈ≤ｈ０時，排球無論如何都不能過網(wǎng)，唯一可行的辦法就是斜向正前方擊出。對此，教師可以啟發(fā)學(xué)生思考先前所命制的物理習(xí)題是否存在瑕疵，又如何改進。這樣，原始物理問題教學(xué)又被推向一個新的高潮。在忽略空氣阻力的條件下，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進一步分析幾個關(guān)鍵問題：（１）斜向正前方擊出后，試猜測拋高和射程與哪些因素有關(guān)；（２）如何研究射程和拋高大?。唬ǎ常┠阏J(rèn)為斜上拋運動和平拋運動在研究方法上有何異同。

３ 教學(xué)建議

本文梳理了原始物理問題與深度學(xué)習(xí)特征之間的內(nèi)在關(guān)系，提出了運用原始物理問題促進深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略。我們認(rèn)為，原始物理問題與深度學(xué)習(xí)具有內(nèi)在的邏輯一致性，能夠很好地促進深度學(xué)習(xí)，但是真正落實該主張還需要重視學(xué)、思、行三個方面。

３．１ 學(xué)：主動更新教學(xué)觀念，激發(fā)教師學(xué)習(xí)熱情

教學(xué)觀念是課堂改革的關(guān)鍵變量，隨著時代的不斷變遷，教師角色及其內(nèi)涵越來越豐富，新高考背景下學(xué)習(xí)型、研究型的物理教師越來越受重視。時代給高考帶來的變革，要物理教師重新審視“我是誰”。我們要積極主動地更新自己的教學(xué)觀念，把“依托考綱從教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖柚季S研學(xué)”，把學(xué)習(xí)新理念作為教師職業(yè)生涯的常態(tài)。由于原始物理問題教學(xué)理論的廣泛傳播，其理念已經(jīng)滲透到了高考試題和教材之中。正是該理論對思維培養(yǎng)的強調(diào)契合了物理學(xué)科的基本特征，才有了該理論在中學(xué)物理教育領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。我們應(yīng)當(dāng)以熱忱的教研心態(tài)持續(xù)不斷地學(xué)習(xí)該理論，用新觀念激發(fā)自己的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力，讓自己站在更好的視角認(rèn)識專業(yè)自我。

３．２ 思：積極思考教學(xué)理論，研究教改基本理念

做一個有思想、有洞見、有主張的物理教師，應(yīng)當(dāng)時時保持思考者的謙遜姿態(tài)，這是一個自我沉淀、反省的過程。不同的教學(xué)理論有自己的適用范圍，作為一線教師我們需要思考教學(xué)理論與具體課型的匹配程度。比如，原始物理問題教學(xué)理論在概念課、規(guī)律課、實驗探究課中就較為實用，此時它與深度學(xué)習(xí)理論可以協(xié)同相彰，但是對于試卷講評課并不特別適用。另外，我們也應(yīng)深入研究教改基本理念，用心思考教改理念背后的教學(xué)現(xiàn)實問題，因為每一種教學(xué)理念的提出必然基于特定環(huán)境下的教學(xué)現(xiàn)實問題和不良研究傾向，思考這些問題有助于直抵理念本質(zhì)，避免了從理論到理論帶來的高來高去的問題。只有潛心思考理論，用心研究問題，著眼教學(xué)實踐，才能塑造出一個全面的教學(xué)自我。

３．３ 行：積累相關(guān)教學(xué)素材，提升自我實踐能力

除卻學(xué)與思，我們還應(yīng)關(guān)注行動，努力去做一個積極的行動者、實踐者。從近幾年的高考試題來看，原始物理問題教學(xué)理念引領(lǐng)下的高考試題比比皆是。每年高考后學(xué)生總是反映物理試題變難了，教師也反映原先的教學(xué)方法失靈了。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因很多，有一條是肯定的，那就是高考物理試題注重思維能力考查的要求比以前更高了，原始問題引領(lǐng)下的試題注重考查學(xué)生整體思維與認(rèn)知能力，它進入高考試卷也就不足為怪了。最典型的是２０２１年全國３卷第２４題（減速帶問題），２０２２年全國甲卷第１５題（高速列車穿越隧道問題），２０２２年全國乙卷第１８題（利用智能手機中的磁傳感器測量磁感應(yīng)強度），這些考題學(xué)生得分率都很低。為此，我們就應(yīng)當(dāng)有意識地積累這些教學(xué)素材，在關(guān)照考題的同時還應(yīng)注重挖掘教材中的原始物理問題，以備不時之需，努力提升自己的教學(xué)實踐能力。

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（欄目編輯 劉 榮）