指向深度学习的高中物理教学模式研究.docx

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指向深度学习的高中物理教学模式研究新一轮课程改革以培养学生核心素养为基本目标、以“立德树人”为根本任务，意在实现促进“人的全面发展”目标。高中物理学科核心素养涵盖“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面，强调学科的育人价值，对新课程标准提出的三维目标做出提炼与升华。但若想使物理教学从“知识为本”逐步过渡到“以人为本”，在学习方式、学习过程、学习目标等方面均需开展深度学习。基于此，深入探究指向深度学习的高中物理教学模式具有重要现实意义。一、构建指向深度学习的高中物理教学模式理论框架（一）深度学习的内涵与特征深度学习是基于知识理解的高水平学习活动，泛指教师指导学生将所学知识应用于新情境，以解决新问题的学习过程。深度学习指向学生的高阶思维发展，目的是整合知识或建构知识体系，指导学生批判地思考，将新知识与原有知识体系结合，且在新知学习中能够利用所学知识解决问题，形成对新知识的深刻理解，逐步完善自身的知识体系，提升知识迁移能力。具体的深度学习如下（图1）所示。 图1深度学习过程示意图深度学习主要有以下特征：1.重视整合与迁移基础知识，需要学习者在学习中深度理解概念性知识，整合资源，构建知识体系，学会反思与批判、知识迁移应用；2.激发内在学习动机，需要学习者深度探究、反思、批判，在学习期间不断发现新问题、解决新问题，并非在家长以及升学考试的压力下被动学习；3.具有批判理解、灵活应用、高阶思维等特征，在深度学习中培养学习者的形象思维能力、归纳概括能力、批判性思维能力、演绎推理能力，促使学习者迁移应用新旧知识，产生新的体验、理解，获取新知识，用于自我精神世界构建。综上，单纯从理论层面来看，在高中物理中构建指向深度学习的教学模式，有利于发展高水平的思维认知。（二）深度学习在高中物理教学中应用的可行性物理是追求事物现象的本质通过字母符号表象知识、方法的学科。目前，人教版高中物理教材以力学、电磁学等内容为基础，引导学生通过实验观察构建抽象物理模型，再基于数学技术、推理论证等构建知识体系，各个知识模块之间联系紧密、逻辑系统。同时，科学方法是物理知识与知识体系建构、知识应用之间的桥梁。物理知识体系的构建需要物理方法的支持。解决物理问题过程中必然需要融会多个知识点、运用不同思维方法。因此，看似知识庞杂、混乱的高中物理，其知识之间具有较强的系统性，需要真正触发学生内在学习动机、情感、思维，才能有效引导其在学习中完成知识构建、学会解决问题与身份构建，形成综合性学习需要的高阶思维。由此来看，物理学科特点、知识结构均决定深度学习在高中物理教学中应用具有可行性和必要性。二、指向深度学习的高中物理教学模式构建（一）物理概念教学模式基于深度教学理论，引导学生在学习中思维逐步从浅层过渡到深层，得到以下概念教学模式的基本模型： （1）选择现实生活中的真实案例或学生生活中亲身经历的案例创设情境，架起物理实验与生活之间的联系桥梁，并向学生提供直观且有意义的前概念，激活大脑、引发思考。（2）先完成知识表征模型构建，引导学生积极回忆，在脑海中重现已学知识与相关前概念，再将思维调整到探究对象上，使学生能够自主分析、拆解探究对象。（3）从实践视角出发，基于概念知识设计相关体验活动，尽量避免与前概念发展冲突或矛盾，基于同化、顺应原则使学生能够全身心地投入，深刻感知概念形成过程。（4）在解决探究问题方向给予指导，使学生选择合理的思维方法解决物理概念问题、论证概念。（5）以学习小组探究讨论的形式对物理原理进行理解。运用反证法，让学生对物理原理的联系与区别产生客观的认识，进而能够深入探索概念知识内涵，拓展思维，掌握知识外延。（二）物理规律教学模式基于深度教学理论，引导学生正确理解物理过程内在的本质联系，探索分析方法。物理教学可以划分为五个阶段：情境创设、知识分析、实验探究、问题解决、交流反思。基于此，规律教学模式的基本模型如下所述：（1）将物理实验与物理规律推理作为载体，创设教学情境，制造能够引发与前概念矛盾的情境，形成认知上的冲突。（2）深入分析与探索问题，对其中的物理概念、物理现象进行汇总，获取总结物理规律所必需的显化问题要素。（3）以物理规律为基础，设计实验或探究活动，创造学生参与课堂体验的机会，使学生自主完成活动任务，还原、感知物理规律建立过程。 （4）在体验与实验活动中掌握物理规律探究方法以及解决问题的思路，内化物理原理，熟悉概念之间联系，准确解释探究问题。（5）运用合作探究学习模式完成深入讨论与探究，将物理规律同物理概念联系起来，辨析两者的关系；回顾规律建立过程，反思实验或推理，总结两者之间管理，并进一步总结物理规律的局限性与近似性。（三）物理实验教学模式基于深度学习，引导学生在物理实验中展开深度探究，具体过程为创设实验情境、分析知识表征、探究实验问题、解释实验原理、合作交流反思。基于此，实验教学模式的基本模型如下所述：（1）提供生活情境中与之相关的视频或图片，创设真实问题情境，引出实验主题。（2）师生交流，引导学生提出合理猜想，形成实验假设，完成自主整合实验信息。（3）驱动学生自主设计实验方案，围绕探究目标展开实验，独立完成实验操作，完整地感受、体验实验过程。（4）帮助学生寻找实验数据，指导学生选择合理的数据处理方法，对实验数据展开分析，逐步提升有效处理信息能力。（5）从现实出发，设计与试验相关且更为复杂的疑难现象，解释实验问题。（6）组织学生在学习小组内讨论实验现象、数据、结果，在交互合作中完成深度探究。（7）引导学生回顾实验与探究过程，进行批判性反思，获得实验结论，分析误差。三、指向深度学习的高中物理教学模式应用 （一）深度导入——搭桥类比策略搭桥类比策略是物理教学的最大优势，可促进学生转化概念。策略实施以参照情境为基础，设置具有渐进式特征的问题，帮助学生打开思路，从而在常规正确直接判断基础上拓宽学生的思维与视野，从多视角出发探究解决情境中问题的方法。在探究问题导入环节运用搭桥类比策略设置情境，能够有效调动学生对前概念的记忆，使其在解决问题中自觉将物理概念联系起来，形成完整的认知，主动体验有意义的知识建构。同时，也可以在直觉判断中不断调整解决问题方向，为学生提供自主思考、分析的机会，并非直接将问题答案提供给学生。以人教版物理选择性必修二《电磁感应》中“楞次定律”教学为例，教学重点是掌握感应磁场方向与原磁通量变化之间的关系。教学中，教师通过直接演示创设直观情境，即将磁铁两级分别靠近载有线圈的小车，继而衔接问题情境，引发学生思考。具体问题如下：（1）当N级与线圈接近时，线圈中磁通量发生改变，该怎样分析这种变化？（2）同性相斥，原磁场与感应磁场的方向相同吗？（3）线圈中的磁通量是否会受到感应磁场的阻碍影响？磁通量发生怎样的变化？设置以上问题形成问题串，要求学生分析不同情况下感应磁场与原磁场之间的关系。问题之间存在递进关系，解决一个问题后，会出现情况更为复杂的问题，因此需要学生不断深入分析、理解，学会从不同方向探索问题、建立知识之间的联系。因此，教师发挥自身在探讨过程中的引导与帮助作用，通过搭桥类比策略创建问题情境，助力学生突破物理学习难点，提高物理学习积极性，使其自觉跟随进度完成深度思考，并真正做到尊重学生、转换角色，积极创造学生发挥主体作用的条件。而从易到难、从浅入深的问题串，不仅可以探索出问题的答案，也可以深化探究楞次定律形成过程的学习体验。由此来看，本次教学符合“最近发展区”理论，整个教学过程均保证走在学生思维发展前面，符合学生认知规律，在引导学生自主感受、探索物理规律的过程中提升认知能力。（二）深入研究——实验探究策略 实验探究策略是物理教学从实践角度出发引导学生参与学习体验的契机，强调应利用情境引导学生积极主动地参与实验，通过实验中物理现象的产生、变化、数据、结论寻找解决问题方法，完成深入研究。在教学过程中，教师可以从故事情境出发，发挥学生已有认知的驱动作用，将探究实验从完成学习任务转变为满足学生内在需求。实验探究策略是在实验中赋予学生充分自主权，创建自主学习情境，营造轻松的实验探究氛围，深化学生对物理原理的理解，使其更客观地感受物理学习的意义与价值，从而使物理知识的作用更加鲜活生动。以人教版高中物理必修第一册《相互作用——力》中“力的合成和分解”教学为例，为探究分力与合力之间的关系展开实验。教学过程如下：1.创设情境，引出实验主题。首先要求两名女同学共同提起一桶水，使水桶在空中静止。再由一名男同学提起这桶水，在空中静止。两名女同学可以做到的事一名男同学也做到了，说明什么？待学生总结出两个力与一个力等效、一个力产生两个效果后，再引导学生从现实生活出发举出两个力与一个力等效的事例，加深理解，继而总结合力与分力的概念以及力的合成与分解。2.实验探究，学习新课知识。向学生提供砝码，还原男、女同学提水的场景。利用两个弹簧测力计将砝码提起，静止在空中，读出弹簧测力计上的示数；用一个弹簧测力计将砝码提起，静止在空中，读出示数。分析示数之间的关系，探究分力与合力之间的关系——两个力的合力大小不等于两个分力大小之和。 首先，实验前设置“同学提水”实验情境，还原现实生活中常见现象，激发学生兴趣，也使学生产生好奇，即简单而普通的生活现象背后能够蕴含高深的物理知识，拉近学生与知识之间的距离，但又无法完全理解，从而基于学生强烈的探究欲望引出实验的主题。其次，实验过程中，学生结合已学知识仅能明确力的作用是相互的，可以对物体的状态做出改变；从已有生活经验出发，两个人同时用力，力会叠加产生更大的力。在此基础上加深思考，在两个力与一个力相等时，其中两个力为分力，一个力为合力，可以认为一个合力能够拆分成两个力，从而探究新知识点。最后，从物理逻辑思维出发，引导学生辩证看待问题，当两个力与一个力不相等时，分力与合力又会出现哪些情况，由此则可以结合实验中弹簧测力计的数据展开分析，探索解释实验现象的答案。可见，在简单的情境下激活学生内在学习动机，将实验任务自然而然地呈现在课堂，通过实验体验提升学生探究思维与解决问题能力，进而进入深度学习状态，有效提高教学效果。（三）深化评估——认知诊断策略认知诊断策略将教育心理学领域的心理测量模型与教育学领域的认知理论模型有机结合在一起，对学生进行系统、科学评测，使其认识自身在认知发展中存在的优势与劣势。从实践层面来讲，实施认知诊断策略过程中需要以知识点、思维过程、思维方法为载体构建问题测量模型，通过模型直观了解学生认知情况，可以客观判断知识掌握程度、核心素养发展情况。而通过认知诊断测量可以回顾与反思学习过程，了解学生学习中遇到的障碍，帮助学生分析未来学习中可能遇到的障碍，以便引导学生深度理解物理概念与规律。以人教版物理必修三《静电场及其应用》中的“库仑定律”教学为例，在完成探究与学习后，可引导学生反思库仑定律的局限性与近似性。学生了解到求解真空中静止点电荷相问题，涉及库仑定律的应用，若电荷非点电荷，r大于电荷尺度，库仑定律同样适用。通常情况下库仑定律相关知识的教学会到此结束，后续教学主要集中在定律的应用上。但从已有教学经验来看，学生会出现机械片面的认知，在应用知识时只是盲目地代入公式，难以使思维从浅层过渡到深层，即库仑定理适用于真空中的点电荷产生的电场，当r=0 时，电荷不能看成点电荷，库仑定律不再适用。基于此，应回顾问题解决的过程，引导学生有针对性地进行反思，找出矛盾点，分析库仑定律的适用性。在已得结论基础上，通过特殊情况出现的特殊矛盾引导学生认知诊断，找到思维认知中出现的障碍，即未“吃透”知识的部分，促使学生加深理解，掌握更多外延概念，使深度学习走向开放。可见，实施认知诊断策略既可以助力学生完善知识体系、探索完整结论，也可以引领学生的思维走向更深层次，促进学科核心素养发展。四、结语总而言之，构建指向深度学习的高中物理教学模式对培养学生学科核心素养具有重要意义。教师应认识到深度学习在高中物理教学中的适用性，并结合物理内容特点，构建物理概念、物理规律、物理实验的教学模型，完善物理教学方案。教师还需根据学生在物理学习中的反馈，灵活调整课程内容，使教学模式与学生的认知发展相适配，助力学生知识意义建构、思维高阶提升、能力快速发展，培养推理、迁移、反思、批判、创新等一系列高阶思维。