基于DOK理論的物理跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)探索

摘" "要：隨著跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)的興起，如何有效開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)受到廣泛關(guān)注。當(dāng)前跨學(xué)科學(xué)習(xí)存在教學(xué)目標(biāo)不明確、學(xué)科整合表面化等問題。應(yīng)用DOK理論為工具開展跨學(xué)科的深度學(xué)習(xí)，能夠明晰教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)，有助于深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。以“眼睛和眼鏡”為例，介紹基于DOK理論開展跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)思路和教學(xué)過程，為有效開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)提供指引。

關(guān)鍵詞：DOK理論；跨學(xué)科；深度學(xué)習(xí)；眼睛和眼鏡

在最新修訂的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》中增加了一級(jí)主題課程內(nèi)容“跨學(xué)科實(shí)踐”，包括物理學(xué)與日常生活、工程實(shí)踐以及社會(huì)發(fā)展三個(gè)方面[ 1 ]。選擇合適的教學(xué)主題開展跨學(xué)科教學(xué)能夠幫助學(xué)生從多學(xué)科的視角，運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)來解決問題，以培養(yǎng)其綜合解決實(shí)際問題的能力。但當(dāng)前跨學(xué)科學(xué)習(xí)存在著學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，跨學(xué)科學(xué)習(xí)浮于表層，評(píng)價(jià)體系不完善的現(xiàn)實(shí)困境，開展深度的跨學(xué)科學(xué)習(xí)有助于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，對(duì)新舊知識(shí)建立聯(lián)系，將所學(xué)知識(shí)遷移運(yùn)用到新情境并做出決策[ 2 ]。應(yīng)用DOK理論（Depth Of Knowledge，以下簡(jiǎn)稱為DOK）作為開展深度學(xué)習(xí)的工具，依據(jù)理論的4個(gè)層級(jí)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，能夠有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展[ 3 ]。本文以“眼睛和眼鏡”為例，通過不同認(rèn)知層次學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，推動(dòng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和積極參與，掌握跨學(xué)科的知識(shí)和技能。

1" 基于DOK理論開展跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)的整體思路

深度學(xué)習(xí)是指在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性且基于真實(shí)問題的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程[ 4 ]。DOK理論可以作為開展深度學(xué)習(xí)的工具，通過不同等級(jí)活動(dòng)和任務(wù)的設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。美國(guó)教育評(píng)價(jià)專家韋伯提出“知識(shí)深度（Depth Of Knowledge）”理論，簡(jiǎn)稱DOK理論。該理論將認(rèn)知水平劃分為回憶和重現(xiàn)、技能和概念、策略性思維以及拓展性思維四個(gè)層級(jí)，各層級(jí)所需的認(rèn)知水平如表1所示。其中前兩層級(jí)屬于淺層學(xué)習(xí)，后兩層屬于深層學(xué)習(xí)，從簡(jiǎn)單的回憶和運(yùn)用知識(shí)到復(fù)雜的策略性思考和拓展性思考，能夠有效促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

深度學(xué)習(xí)中新舊知識(shí)關(guān)聯(lián)、遷移應(yīng)用、深度理解、高階思維等涉及的“深”需要跨學(xué)科的“跨”來實(shí)現(xiàn)?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)作為一種運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)對(duì)主題研究問題進(jìn)行持續(xù)探究，最后解決問題的學(xué)習(xí)方式，是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生的有效方式。DOK理論重視學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，與跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)在多個(gè)方面相契合。

第一，知識(shí)融合的一致性。DOK理論鼓勵(lì)教師設(shè)計(jì)整合不同學(xué)科知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)任務(wù)，這與跨學(xué)科學(xué)習(xí)的目標(biāo)相契合，即打破傳統(tǒng)學(xué)科界限，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)形成綜合性理解，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

第二，能力發(fā)展的一致性。DOK理論強(qiáng)調(diào)通過不同層級(jí)的認(rèn)知活動(dòng)來培養(yǎng)學(xué)生的深度理解和高階思維能力，這與跨學(xué)科學(xué)習(xí)中對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)是一致的。

第三，活動(dòng)設(shè)計(jì)的一致性。跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)重視通過活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，DOK理論為教學(xué)任務(wù)和活動(dòng)設(shè)計(jì)提供框架，教師可以根據(jù)DOK的不同層級(jí)設(shè)計(jì)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生在跨學(xué)科活動(dòng)中深度參與和學(xué)習(xí)。DOK理論中尤其是第三層級(jí)和第四層級(jí)的活動(dòng)任務(wù)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。

基于DOK理論開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)思路包括選定主題、確立教學(xué)目標(biāo)、提出驅(qū)動(dòng)性問題、設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)以及評(píng)估教學(xué)效果五部分組成。首先選定主題，主題要具有足夠的深度和復(fù)雜性，可以基于真實(shí)情境確立，結(jié)合不同學(xué)科課標(biāo)要求以及DOK理論，明確知識(shí)的深度和廣度，設(shè)置驅(qū)動(dòng)性的問題和任務(wù)，完成深度學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)流程具體如圖1所示。

2" 基于DOK理論的跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)教學(xué)案例——“眼睛和眼鏡”

基于DOK理論，圍繞“眼睛和眼鏡”的主題開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)，具體的設(shè)計(jì)思路與教學(xué)過程如下。

2.1" 設(shè)計(jì)思路

人教版物理八年級(jí)上冊(cè)中 “眼睛和眼鏡”與七年級(jí)下冊(cè)生物課程體系中的“眼和視覺”在內(nèi)容上高度契合。學(xué)生在七年級(jí)的生物課上已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握了眼球的結(jié)構(gòu)、科學(xué)用眼習(xí)慣等知識(shí)，在本節(jié)課之前掌握了透鏡以及凸透鏡成像規(guī)律的物理知識(shí)，但對(duì)于從物理學(xué)視角進(jìn)一步理解視物原理、近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正等問題上還存在一定困難。同時(shí)，學(xué)生具有一定的觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和思維分析能力，但充分調(diào)動(dòng)多學(xué)科知識(shí)，運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問題的能力欠佳。

因此本節(jié)課基于DOK理論，確立教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問題和任務(wù)開展跨學(xué)科教學(xué)，共劃分為四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的DOK層級(jí)水平和學(xué)習(xí)目標(biāo)如表2所示。

在開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，教師應(yīng)充分調(diào)動(dòng)和運(yùn)用學(xué)生的前置生物學(xué)知識(shí)，并將其有效結(jié)合，圍繞“眼睛和眼鏡”主題提出的驅(qū)動(dòng)性問題及各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)涵蓋的學(xué)科知識(shí)如表3 所示。

2.2" 教學(xué)過程

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和提出的驅(qū)動(dòng)性問題，借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和小組實(shí)驗(yàn)開展跨學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)主題內(nèi)容形成完整的認(rèn)知，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用。教學(xué)過程共分為以下五部分，具體如下。

2.2.1創(chuàng)設(shè)情境，生活走向物理

為了使學(xué)生形成更完整的知識(shí)體系，應(yīng)當(dāng)將知識(shí)進(jìn)行整合，首先要還原知識(shí)的豐富情境，知識(shí)從哪里來，深度學(xué)習(xí)的起點(diǎn)就應(yīng)該從哪里開始[ 5 ]。本案例以生活中近視眼和遠(yuǎn)視眼患者的生活經(jīng)驗(yàn)引入，引導(dǎo)學(xué)生深入了解其中原理。

教學(xué)片段1：眼睛是心靈的窗戶。眼睛是人類感官中最重要的器官之一，我們接收外界的信息，主要來自眼睛。那你知道眼睛是怎樣讓我們看見物體的嗎？現(xiàn)在很多同學(xué)都因近視戴上了眼鏡，這些眼鏡是凹透鏡還是凸透鏡，近視眼患者眼中的世界與正常人眼中的世界有何不同，為什么佩戴眼鏡能夠矯正視力？

設(shè)計(jì)意圖：由真實(shí)情境引導(dǎo)學(xué)生思考，提出驅(qū)動(dòng)性問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的開展。

2.2.2溫故知新，促進(jìn)知識(shí)遷移

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)新舊知識(shí)建立聯(lián)系。教師要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的前置知識(shí)，促進(jìn)知識(shí)的遷移與應(yīng)用。要使學(xué)生能夠結(jié)合生物學(xué)知識(shí)從跨學(xué)科視角認(rèn)識(shí)眼球的結(jié)構(gòu)，并能初步從已學(xué)的透鏡知識(shí)建立關(guān)于眼球的物理模型。

教學(xué)片段2：教師結(jié)合眼球?qū)嵨锬Ｐ鸵约癗OBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的資源，引導(dǎo)學(xué)生梳理眼球結(jié)構(gòu)及其各部分功能，從跨學(xué)科的視角分析視覺的形成過程。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是DOK1和DOK2層級(jí)。通過借助現(xiàn)代化信息手段，回憶前置知識(shí)，并將物理學(xué)與生物學(xué)的知識(shí)緊密結(jié)合，使學(xué)生對(duì)已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)重新加工，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的正向遷移。

2.2.3合作探究，明晰視物原理

小組合作探究是教學(xué)中一種高效的學(xué)習(xí)方式，能夠激發(fā)學(xué)生的積極參與并促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。在合作中，學(xué)生相互啟發(fā)，共同構(gòu)建知識(shí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和批判性思維，深化其對(duì)知識(shí)的理解與應(yīng)用。

教學(xué)片段3：實(shí)驗(yàn)探究視物原理

活動(dòng)1：分析眼球模型，探究眼睛是如何看清遠(yuǎn)近位置不同的物體的？引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生物學(xué)原理分析人眼觀看遠(yuǎn)近不同物體時(shí)晶狀體的焦距變化。

活動(dòng)2：應(yīng)用水透鏡開展實(shí)驗(yàn)，探究晶狀體的焦距與其厚度的關(guān)系，通過增加和減少水透鏡中水的含量來模擬晶狀體的薄厚變化，通過平行光測(cè)焦距法探究晶狀體的焦距與其厚度的關(guān)系。學(xué)生總結(jié)歸納當(dāng)人眼看遠(yuǎn)近不同的物體時(shí)，其睫狀體的狀態(tài)、晶狀體的薄厚以及焦距的大小關(guān)系。如表4所示。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是DOK2和DOK3層級(jí)。在DOK2層級(jí)，學(xué)生通過理解并應(yīng)用生物學(xué)的概念，理解眼睛的構(gòu)造，分析和解釋視物原理。在DOK3層級(jí)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析，運(yùn)用策略性思維，推理出晶狀體厚度與焦距之間的關(guān)系，進(jìn)一步加深對(duì)眼睛視物原理的理解。

2.2.4模型建構(gòu)，深化內(nèi)容理解

利用信息技術(shù)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)高階思維能力的發(fā)展。本案例應(yīng)用實(shí)物模擬與信息技術(shù)模擬相融合的方式，促進(jìn)學(xué)生對(duì)近視眼、遠(yuǎn)視眼的成因及矯正的理解。

教學(xué)片段4：學(xué)生以小組為單位應(yīng)用水透鏡及NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，模擬近視眼、遠(yuǎn)視眼的成因及矯正過程。

活動(dòng)1：通過水透鏡探究近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正

學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將蠟燭、水透鏡和光屏依次擺在光具座上。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。將蠟燭放在離水透鏡較遠(yuǎn)的位置，通過移動(dòng)光屏使屏上出現(xiàn)清晰的像。用注射器在水透鏡中加適量水，光屏上的像變模糊，通過移動(dòng)光屏，找到像所在的位置。再將光屏移到原來的位置，選擇透鏡，使光屏上呈現(xiàn)出清晰的像。同理，從水透鏡中往外抽取適量水，重復(fù)上述步驟，實(shí)驗(yàn)過程中教師組織學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)信息。

活動(dòng)2：通過NOBOOK平臺(tái)模擬近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正

通過NOBOOK平臺(tái)內(nèi)置的光學(xué)器件模擬構(gòu)建正常眼的眼球成像模型，通過調(diào)節(jié)晶狀體的薄厚程度模擬演示近視眼、遠(yuǎn)視眼的眼球，結(jié)合透鏡對(duì)光的作用模擬演示近視眼、遠(yuǎn)視眼的矯正過程，其中使用凹透鏡模擬近視眼的矯正如圖3所示。在學(xué)生對(duì)眼睛和眼鏡的知識(shí)有了較為系統(tǒng)的把握之后，引導(dǎo)學(xué)生了解眼鏡的度數(shù)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是DOK3和DOK1層級(jí)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作，理解眼睛成像的原理和近視、遠(yuǎn)視的成因，并通過策略性思考，選擇合適的透鏡進(jìn)行視力矯正屬于DOK3層級(jí)；了解眼鏡的度數(shù)屬于DOK1層級(jí)。

2.2.5應(yīng)用知識(shí)，豐富知識(shí)體系

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的完整建構(gòu)，因此要引領(lǐng)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反思，在課后還可以利用拓展作業(yè)，補(bǔ)充一定的社會(huì)資源，使學(xué)習(xí)更加貼近現(xiàn)代社會(huì)生活。同時(shí)，跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)鼓勵(lì)學(xué)生適當(dāng)物化成果。在本案例中，課后讓學(xué)生調(diào)查班級(jí)同學(xué)視力情況以及查閱當(dāng)前科技前沿的視力矯正技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生正確的生命健康觀念。

作業(yè)一：調(diào)查班上同學(xué)的視力狀況和用眼習(xí)慣，查閱資料，了解保護(hù)視力的方法，對(duì)用眼衛(wèi)生等提出合理的建議。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是DOK3層級(jí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到保護(hù)視力的重要性，在日常生活中要養(yǎng)成良好的用眼衛(wèi)生習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生形成正確的健康理念。同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生思考如何開展調(diào)查，初步運(yùn)用調(diào)查的基本步驟，以及撰寫調(diào)查報(bào)告的能力。

作業(yè)二：科技前沿——了解視力矯正技術(shù)及原理

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，矯正視力的方式也越來越多。請(qǐng)同學(xué)們課后查閱相關(guān)資料，梳理視力矯正技術(shù)的方式及其原理形成調(diào)研報(bào)告。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的是DOK4層級(jí)，通過查閱資料，使學(xué)生了解科技對(duì)人類生活的影響，通過信息技術(shù)豐富學(xué)生認(rèn)知。

3" 總結(jié)

在本案例中，應(yīng)用DOK理論開展跨學(xué)科的深度學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生對(duì)“眼睛和眼鏡”主題內(nèi)容的深化理解，通過從基礎(chǔ)概念的掌握到復(fù)雜問題的解決，學(xué)生能夠更加全面地認(rèn)識(shí)眼睛的結(jié)構(gòu)、功能以及視力問題的成因和矯正方法，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解以及運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，在應(yīng)用DOK理論開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，并不是必須要從DOK1層級(jí)到DOK4層級(jí)進(jìn)行，DOK理論提供的是一個(gè)框架，用以區(qū)分不同類型的認(rèn)知要求和學(xué)習(xí)深度，教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于實(shí)際的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的需求以及具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行靈活調(diào)整。

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