基于學(xué)生經(jīng)驗的初中物理深度學(xué)習(xí)初探
——以“物體的浮與沉”為例

顧 健 陳 剛 肖 晨

(蘇州工業(yè)園區(qū)第十中學(xué),江蘇 蘇州 215021)

1 基于學(xué)生經(jīng)驗的物理深度學(xué)習(xí)

所謂深度學(xué)習(xí),是指在教師引領(lǐng)下,學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題,全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程．[1]1976年美國學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo在《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別:結(jié)果和過程》中首次提出并闡述深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)．深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)在記憶方式、知識體系、關(guān)注焦點及學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)投入程度、學(xué)習(xí)中的反思狀態(tài)、 思維層次和學(xué)習(xí)結(jié)果的遷移能力等方面皆有明顯的差異．[2]深度學(xué)習(xí)具有注重批判性的理解知識,強調(diào)多元化信息的整合,促進(jìn)新舊知識的有效建構(gòu),著意新情境的遷移應(yīng)用,面向?qū)嶋H問題的解決和提倡主動終身的學(xué)習(xí)等特征．美國認(rèn)知教育心理學(xué)家奧蘇貝爾曾說過:如果我不得不將教育心理還原為一條原理的話,我將會說,影響學(xué)習(xí)最重要的原因是學(xué)生已經(jīng)知道了什么,我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生原有的知識狀況進(jìn)行教學(xué)．基于學(xué)生經(jīng)驗的物理深度學(xué)習(xí),使學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí),通過學(xué)科知識的獲取,逐步把握物理學(xué)科的本質(zhì)及思想方法,培養(yǎng)正確的價值觀,使教師、學(xué)生在教學(xué)中得到長足的發(fā)展,使學(xué)生能夠形成有助于未來可持續(xù)發(fā)展的核心素養(yǎng)．

本文以蘇科版初中物理“物體的浮與沉”為例,[3]基于學(xué)生的已有經(jīng)驗,結(jié)合教材內(nèi)容的開發(fā),具體闡述促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實施,發(fā)展學(xué)生的高階思維,提升學(xué)生的物理素養(yǎng)．

2 基于學(xué)生經(jīng)驗促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實施

學(xué)生經(jīng)驗具有一定的教育價值,是教育活動設(shè)計的依據(jù),對學(xué)生經(jīng)驗的持續(xù)發(fā)展、改造和內(nèi)化是教育的目的．初中物理教學(xué)中,學(xué)生經(jīng)驗可大致分為生活經(jīng)驗、知識經(jīng)驗和活動經(jīng)驗．結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,調(diào)查分析學(xué)生的已有經(jīng)驗,精心設(shè)計相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù),在教師自覺引導(dǎo)下,促發(fā)學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)．

2.1 加工活動經(jīng)驗：創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突

在創(chuàng)設(shè)物理情境時,取材于教材“WWW”第1題,加工學(xué)生的活動經(jīng)驗設(shè)計兩個演示實驗,情境1:一個透明深筒中裝有適量的清水,放入一個雞蛋沉在水底,提問:如何讓雞蛋浮起來?學(xué)生回答:加鹽．情境2:另一個透明深筒中也裝入適量的清水,放入的一個雞蛋浮在水面,提問:如何讓雞蛋沉下去?學(xué)生感覺束手無策,教師提議加鹽來嘗試,演示后雞蛋真的沉下去了．提問:兩個雞蛋,同樣是加鹽,為什么一個雞蛋浮起來,一個雞蛋沉下去呢?

圖1 情境2示意圖

情境2的創(chuàng)設(shè)如圖1所示,將雞蛋上方打一個指甲蓋大小的小孔,倒出蛋液,使雞蛋靜止在水面,小孔朝上,實驗時將鹽倒入小孔中,通過改變重力雞蛋下沉．由于蛋殼重力較小,重心高,無法穩(wěn)定的懸浮在水面,可以在蛋殼中先加入一部分鹽來降低重心．

設(shè)計意圖：根據(jù)對學(xué)生的調(diào)查,筆者了解到通過學(xué)習(xí)小學(xué)科學(xué)和8年級上冊“引言”,學(xué)生經(jīng)歷動手實驗已經(jīng)具備一定的活動經(jīng)驗,知道往裝有清水的杯中加鹽,原本沉在杯底的雞蛋會浮起來．兩個對比實驗創(chuàng)設(shè)情境,直觀的實驗現(xiàn)象,引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．此外,觀察兩次實驗現(xiàn)象,得出上浮和下沉的概念．

2.2 經(jīng)歷探究：遷移知識經(jīng)驗,建構(gòu)重點知識框架

(1) 實驗探究:探究怎樣使物體上浮或下沉.

教材中設(shè)計活動“探究怎樣使物體上浮或下沉”,筆者選擇隨手取材的實驗器材:防水橡皮泥、益達(dá)口香糖罐、鐵夾和氣球(未吹氣),小鐵塊若干,梨,體積和質(zhì)量較大的空心鐵盒、鐵釘若干等,組織學(xué)生進(jìn)行小組合作實驗,要求學(xué)生將物體浸沒在水中后松手,觀察運動狀態(tài)并記錄,進(jìn)一步設(shè)計實驗使下沉的物體浮起來,上浮的物體沉下去．學(xué)生匯報實驗結(jié)果,解釋運動狀態(tài)改變的原因,得出影響物體浮沉情況的因素．

設(shè)計意圖：在教材提供的實驗器材的基礎(chǔ)上,優(yōu)化器材的選擇,學(xué)生經(jīng)歷實驗探究,教師引導(dǎo)學(xué)生破除“浮力大的物體上浮、重力大的物體下沉”等錯誤經(jīng)驗,得出影響物體下沉和上浮的兩個因素:浮力和重力,為理論探究物體的浮沉條件鋪墊．橡皮泥的浮沉情況的改變,為輪船的應(yīng)用提供思路,也可訓(xùn)練學(xué)生的思維能力,有學(xué)生將橡皮泥捏成潛水艇狀,使其上浮,形成課堂的生長點．

(2) 理論探究:探究物體的浮沉條件.

通過手托足球的情境回顧二力平衡的條件的知識,分析足球靜止、上升和下降的受力．將足球浸沒在水中靜止,要求學(xué)生再次受力分析,判斷兩個力的大小關(guān)系,分別作圖完成上浮和下沉的受力情況,教師投影展示學(xué)生作圖并加以評析,初步得到物體的浮沉條件．動畫創(chuàng)設(shè)情境:上浮的足球,從剛露出水面到最后靜止在水面過程．學(xué)生順次回答重力、排開液體的體積和浮力的變化情況,引入漂浮和沉底的概念,進(jìn)一步完善物體的浮沉條件．

設(shè)計意圖：教材放棄實驗探究物體的浮沉條件,而是采用遷移二力平衡的條件,演繹推理得出物體的浮沉條件,是由于學(xué)生已經(jīng)具備二力平衡的條件的知識經(jīng)驗,能夠應(yīng)用該知識點解決問題,形成對該重難點知識的鞏固升華．筆者為學(xué)生搭建腳手架,通過對實際情境中足球的受力分析,復(fù)習(xí)回顧二力平衡的條件,降低學(xué)生自主作圖推導(dǎo)受力關(guān)系的難度,在評析過程中指導(dǎo)學(xué)生強調(diào)力的示意圖的含義和畫法．受力分析作為學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)知識的一個重要工具,加強該技能的訓(xùn)練能夠促進(jìn)學(xué)生對力與運動的關(guān)系的認(rèn)識．動態(tài)分析足球上升至水面靜止的過程,深化學(xué)生對浮力和重力的理解,把握物體的浮沉條件的本質(zhì)特征．

(3) 拓展延伸:挖掘物體的浮沉條件的內(nèi)涵.

教師提問:阿基米德原理對液體和氣體都適用,那么物體的浮沉條件在氣體中適用嗎?能否舉例說明．學(xué)生列舉熱氣球、孔明燈等,教師使用垃圾袋、酒精燈和3個鐵架臺模擬演示孔明燈的燃放,利用圖示定性分析其原理,拓展學(xué)生了解禁止燃放孔明燈的原因以及燃放孔明燈的危害．

設(shè)計意圖：通過兩次探究學(xué)生逐步得出物體的浮沉條件的知識框架,與阿基米德原理的適用條件的一致性,該條件也適用于氣體,但往往在實際問題解決過程中被學(xué)生忽視．筆者設(shè)計取材于教材“WWW”第4題,設(shè)計模擬演示孔明燈的釋放,操作簡單方便,現(xiàn)象直觀震撼．學(xué)生了解孔明燈的原理后,解釋禁放孔明燈的原因,及時進(jìn)行安全教育和地方法規(guī)的講授,形成正確的人生價值觀．挖掘物體的浮沉條件的內(nèi)涵,完善浮沉條件的知識框架．

2.3 統(tǒng)整生活經(jīng)驗：解釋現(xiàn)象,豐富物理知識應(yīng)用

教師提問:如何改變物體的浮沉狀態(tài)?學(xué)生回答:改變重力或改變浮力．提問:那具體的方法呢?學(xué)生回答:改變物體的質(zhì)量;改變排開液體的體積;改變液體的密度．要求學(xué)生舉例說明,過渡到引入時兩個雞蛋的不同狀態(tài)的原因,學(xué)生難以解釋情境2中雞蛋下沉的原因,提示學(xué)生根據(jù)改變物體的浮沉狀態(tài)的方法入手,取出雞蛋釋疑解惑．追問:情境1中上浮的雞蛋還有其他方法嗎?學(xué)生思考后回答:可以抽出蛋液．教師演示使用注射器抽出蛋液,放入水槽中,雞蛋上浮．提問:生活中有類似的應(yīng)用嗎?學(xué)生回答:潛水艇．學(xué)生閱讀教材“生活物理社會”潛水艇的自由浮沉,教師在水槽中模擬潛水艇的浮與沉,參照投影的示意圖解釋工作原理．學(xué)生完成取材于“WWW”第3題當(dāng)堂訓(xùn)練,對課堂小結(jié)．教師演示“浮沉子”,要求學(xué)生課后參考“WWW”第5題制作“浮沉子”,說明其原理．

設(shè)計意圖：面向問題的有效解決是深度學(xué)習(xí)的特征之一,本環(huán)節(jié)主要統(tǒng)整學(xué)生的生活經(jīng)驗,應(yīng)用物體的浮沉條件解釋生活中的現(xiàn)象．歸納總結(jié)改變物體的浮沉狀態(tài)的方法,有助于學(xué)生提煉知識,幫助學(xué)生靈活應(yīng)用知識．對情境1和2的解答,呼應(yīng)引入時產(chǎn)生的懸念,顯化科學(xué)方法的使用．利用注射器抽取蛋液改變浮沉,既能鍛煉學(xué)生高品質(zhì)的思維能力,形成發(fā)散性思維,又能有效銜接到潛水艇的應(yīng)用,使得潛水艇的自由浮沉可視化、真實化．教材中使用較大篇幅細(xì)致地描述潛水艇的浮沉原理和課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求.[4]反映是教學(xué)過程的一個重點,筆者設(shè)計抽取蛋液拓寬思路,演示實驗強化效果,解釋現(xiàn)象明確原理．知識在實際情境中應(yīng)用能顯現(xiàn)重要意義,教師演示“浮沉子”上下自由運動,觸動學(xué)生的好奇心,動手制作并解釋原理,培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力,也發(fā)展科學(xué)地解釋現(xiàn)象的能力,豐富物理知識的應(yīng)用．

3 基于學(xué)生經(jīng)驗促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的思考

以學(xué)生經(jīng)驗為基礎(chǔ),深度學(xué)習(xí)是一種有意義的學(xué)習(xí)方式,體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性和批判性,為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)．基于學(xué)生經(jīng)驗促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí),筆者有如下兩點思考.

3.1 立足于物理教材的有效開發(fā)

物理教材的編寫遵循課程標(biāo)準(zhǔn)的理念,為課堂教學(xué)的開展提供思路．但是由于學(xué)生經(jīng)驗的不同,需要合理借鑒教材內(nèi)容,實現(xiàn)教材的優(yōu)化,促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)．本文中教學(xué)設(shè)計的主體素材均取材于教材,開發(fā)多樣化的教學(xué)素材,如將雞蛋上浮實驗、孔明燈和潛水艇等前置,重新編排教材元素的布局,體現(xiàn)教材應(yīng)有的價值,以問題驅(qū)動學(xué)生完成教學(xué)活動,準(zhǔn)確定位教材在教學(xué)過程中的輔助功能,發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,凸顯學(xué)生的主體性．

3.2 來源于學(xué)生經(jīng)驗的有效整合

學(xué)生經(jīng)驗具有重要的教育價值,擁有復(fù)雜性、頑固性和動態(tài)化的特點,要求教師的教學(xué)必須以學(xué)生經(jīng)驗為起點,順應(yīng)和同化學(xué)生的積極經(jīng)驗,消除學(xué)生的消極經(jīng)驗,建構(gòu)新的經(jīng)驗體系．整合多元化的學(xué)生經(jīng)驗,如學(xué)生已完成的活動經(jīng)驗,學(xué)習(xí)過的二力平衡的條件的知識經(jīng)驗,隨著時代變遷所產(chǎn)生的潛水艇、輪船等生活經(jīng)驗等,實施針對性的教學(xué)策略,實現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)．