構建高效思維課堂 促進學生深度學習
——“動量和動量定理”展示課回眸

居 津

(江蘇省蘇州實驗中學，江蘇 蘇州 215011)

1 深度學習的內涵與特征

1.1 深度學習的內涵

深度學習的研究最早由兩位美國學者Ference Marton和Roger Saljo提出來的．1976年,他們研究認為學生在學習中有兩種策略:一種策略使試圖去理解整個文章的思想,領會學術內涵,這樣的學習被認為是深度學習;另一種策略是記住文章中所提高的一些事實,他們所關注的是接下來的測驗會問到文章中的哪些內容,這樣的學習被認為是淺層學習．在2004年,美國教育傳播與技術協會重新修訂了教育技術的定義,其中突出強調了深度學習的思想理念,并將促進深度學習作為教育技術的重要目標．

深度學習是在理解的基礎上,學習者能批判地學習新思想和事實,將它們融入原有認知結構中,能夠在眾多思想間進行聯系,并能將已有的知識遷移到新的情境中,做出決策和解決問題的學習．是學生在教師引導下,對知識進行的“層進式學習”和“沉浸式學習”,對學生而言,深度學習是一種多維度的學習過程,一種深加工的學習結果,一種高參與的學習狀態．

1.2 深度學習的特征

綜合分析國內外研究會發現,深度學習具有以下特征:

第一,學習具有內在動機．深度學習實際是對學習現狀的一種描述,與學生的學習投入程度,思維參與層次和個體認知體驗緊密有關,是高階思維參與下認知活動的高投入學習方式．在此過程中,學生為興趣而學,為自己而學,學習并不礙于老師、家長和學校的壓力．

第二,主動進行知識構建．深度學習提倡主動的知識構建,要求將新知識與已知的概念和原理聯系起來．以便于新知識的整合,從而建構新的認知結構．學生對于新知識的學習,不僅停留在“記住”的層面,而是對新知識有自己的認識和理解,批判性接受新知識,突出深度思辨的高階思維．

第三,重視知識的遷移．學生在學習時能將新知識和已有的生活經驗聯系在一起．能在不同時間、不同情境,甚至不同學科背景下,運用所學的新知識,利用新知識與新情況間的聯系,遷移新知識分析新情況,從而解決新問題．具有問題解決的能力,能從不同的角度看問題,可以舉一反三．

第四,重視元認知的參與．深度學習時學生的學習方法必定是多元的,學生能對自己的學習情況和學習方法進行獨立的評價,具有自己的學習計劃和階段性學習目標,進行自我反思,通過反思不斷改進學習方法,不斷提高自己．

第五,具有批判性思維．發生深度學習的學生不盲從于教師和參考書等權威,有獨立的思考能力,發現錯誤能及時提出來,對于實驗結果和生活現象能客觀看待,對于自己能進行自我評價,自我反思．

第六,深度學習是終身的．深度學習不僅存在于中學學習階段,而是一種終身的學習．

2 促進深度學習的有效策略

2.1 活動與體驗——學習動機巧激發

有研究指出,“深度學習的學生,有源于個體內部的動機,學習本身被認為是一種個體成長的過程,所以學習的出發點就在于尋找知識內容的意義,實現自我提升”．要發生深度學習首先要讓學生有內在的自主動機及積極的學習興趣．為了更好的引起學生的學習興趣,可以設計趣味小活動,或者讓學生耳目一新,或者與學生的經驗形成認知沖突．一方面這樣的小實驗有助于增強親身體驗;另一方面有助于透過現象分析本質,建立新舊知識的關系,提升學生思維連貫性．不僅如此,個體的認知體驗還能使學生明確學習目的,啟發學生的責任感,激發學生學習的積極性．

教學片斷1.本節課引入時筆者設計了一個學生熟悉的小游戲——槍打氣球,引發認知沖突,引起學生好奇心,激發學生學習興趣．具體做法如下:

如圖1所示,將一個吹的不太大的氣球固定在泡沫上,讓學生選擇一個自認為可以打破氣球的位置朝氣球開槍．

圖1 槍打氣球

一學生自告奮勇,站在離氣球較遠的位置,朝氣球開槍,結果氣球未破．他向前走幾步,又朝氣球開槍,仍然未破．他直接走到氣球前,用槍頂著氣球,依舊未破．(其他學生大笑)

設置問題:看來這位同學已經使勁渾身解數都沒有打破這氣球,為什么這只頑強的氣球怎么都打不破呢?今天我們學習的動量定理就能很好的解釋這個實驗．

反思： 從學生的生活經驗出發設計學習路徑,引起認知沖突,并明確學習目標,有的放矢,通過活動和體驗,根據經驗,激發學生的內驅力．

2.2 本質與變式——學習內容深加工

深度學習要求學生能準確把握學習內容的本質,全面把握知識的內在聯系,并由本質推出若干變式．把握本質的過程即去除一些干擾因素,分辨出核心概念的本質屬性,是對學習內容的深加工過程．要把握學習對象的本質,學生必須具備靈活和深刻的思維品質,主動的去思考、探究學習內容的本質,以簡驅繁、削支強干,構建知識主框架．瑞典學者馬飛龍曾指出:“學習結果與教師對教學內容的處理和組織,有比較大的關系．最關鍵的是教師對教學中的相同點與不同點、變與不變的內容的呈現和處理”．為了更好的幫助學生找到學習內容的本質,必要時可以設計非標準正例,甚至反例,同時要求學生給出對于本質的一系列變式,以期能在“變化”中把握“不變”的本質,把“不變”的本質應用到“變化”的情境中去．

教學片斷2：根據動量定理,筆者設置情境:一個物體靜止在桌面上,受到重力和桌面的支持力,一段時間后,為什么物體的動量沒有發生變化呢?

生:動量定理里的力應該是物體所受到的合外力．

設置問題1:如果運動物體所受合外力大小是隨時間均勻變化的變力呢?

設置問題2:根據以前學的知識,你有哪些方法可以求出勻變速直線運動的位移?

拓展問題3:如果運動物體所受合外力是大小不隨時間均勻變化的變力呢?

生得到結論:可以做F-t圖像,求圖像下的面積來表示變力的沖量．

圖2 變力沖量實驗裝置圖

筆者利用力傳感器實驗驗證理論探究．

教學片斷3: 在引導學生利用牛頓第二定律推導出動量定理表達式后,筆者介紹力和時間的乘積在改變物體的動量時具有一定的物理意義．我們把這個乘積定義為沖量,用字母I來表示,它的國際單位是牛·秒．表示力在物體上作用一段時間,所以沖量是一個過程量．動量的變化量是矢量,所以沖量也是矢量．

設置問題1:沖量的方向是怎樣的?

生:與力F的方向相同．

圖3 小球的擺動

設置問題2:一個小球在重力和繩子拉力的作用下,從A點擺動到B點(如圖3),這段時間里,重力沖量的方向為?

生:豎直向下.

設置問題3:那繩子拉力沖量的方向呢?

生:不是繩子拉力的方向．

師:對于恒力的沖量,沖量的方向即為恒力的方向,如果是變力的沖量,沖量的方向與任意時刻力的方向都不同,可以通過動量變化量的方向求解得出．

反思： 把握本質的過程,可能需要借助“質疑”“歸納”“演繹”“探究”等學習過程,這是一個讓學生與學習內容建立緊密聯系的過程,只有這樣學生才能對學習內容進行深加工,學習對象的本質才能顯現．

2.3 聯想與構建——學習能力再發展

聯想是由于某人或某種事物而想起其他相關的人或事物,某一概念而引起其他相關的概念．學生發生深度學習時必定會將舊知識與新知識發生關聯,由新知識產生聯想,與舊知識或經驗進行對比,分析和理解．布魯納曾說過:“掌握事物的結構,就是允許許多別的東西與它有意義的聯系起來的方式去理解它．簡單地說,學習結構就是學習事物是怎樣相互關聯的”．以聯想的方式進行學習,并構建新的知識網絡是深度學習的重要特征,教師要幫助學生改造舊知識、喚醒親身經驗,使之進入新的構建過程．聯想和構建的過程也是學生的記憶、理解、關聯能力已經系統化思維和結構能力再提高,進一步發展的過程,充分體現出了思維的廣闊性．

教學片斷4： 我們已經學習了動量定理,大家有沒有發現這個定理的表述和表達式與我們之前的某個定理非常類似．

生:動能定理.

設置問題:將動量定理、動能定理和牛頓運動定理進行比較你有什么發現?

生1:動量定理是力對時間的積累效果,產生了沖量,是物體動量改變的原因．

生2:動能定理是力對空間的積累效果,產生了功,是物體動能改變的原因．

生3:牛頓運動定律是力的瞬間作用效果,產生了加速度,是物體速度改變的原因．

反思： 學生所學習的知識不是零碎的,雜亂的,而是有體系、有關聯、有結構、有邏輯線索、系統的．學生也不應該孤立的學習知識,而是在教師的引導下,調動以往的舊知識,以往的生活經驗去聯想,構建,以融會貫通的的方式對新知識進行學習,從而構建自己更完整的知識網絡和體系．

2.4 遷移與應用——學習結果復檢驗

“遷移”是學習發生的重要指標,“應用”則是遷移的重要表現,也是檢驗學習結果的最佳途徑． 物理學科是與生活最緊密相關的學科,通過對生活中的真實情境進行思維加工來建立物理概念,掌握物理規律不僅可以達到學生是否真正掌握知識的目標,更能起到培養學生學科核心素養的目標．“遷移和應用”既是學習的起點也是學習的一個端點．一個學習環節的結果通過“遷移和應用”表現出來,同時又通過“遷移和應用”開啟一個新的學習過程．

教學片斷5

設置問題1:給出實際生活場景,請學生解釋為什么蹦極時用彈性繩而不用剛性繩?(如圖4)

圖4 蹦極

設置問題2:你能舉例說明生活中與動量定理有關的現象并解釋嗎?

設置問題3:你能解釋為什么課堂開始玩的小游戲槍離氣球那么近都打不破的原因嗎?

反思： 新一輪的課改要求經過一定的教育后能使學生具有適應社會和個人生活所必需的關鍵能力和必備品格．所謂的能力即在任務情境中表現出的個人適應性行為．因此在教學中利用真實的情境,讓學生將所學的知識進行遷移和應用,讓學生舉一反三,聞一知十,既是培養學生思維靈活性、廣闊性的重要手段,也是提高學生解決實際問題能力的主要途徑．

2.5 價值與評價——學習目的再升華

教育的目的在于讓學生形成正確的人生觀和價值觀．人的品格是一個人做人的根基,是道德人生的重要基石．哲學家羅素認為:智慧不足和道德缺陷是人類災難的兩大根源．因此價值觀的引領也應融于深度學習之中,讓學生認識物理學的價值,與生活、社會、科技、環境之間的聯系,培養、優化學生的必備品格是教學終極目標和真正意義所在．

教學片斷6： 筆者給出案例: 2011年7月2日下午1點半,杭州濱江區聞濤社區一個2歲女童從10樓墜落,吳菊萍奮不顧身地沖過去在大約0.1秒內用左臂接住孩子,最終女童脫離危險．救人的年輕媽媽吳菊萍,其手臂骨折,受傷較重,被網友稱為“最美媽媽”．(如圖5)

設置問題1:你能估算出“最美媽媽”手臂的承受力嗎?

設置問題2:根據今天學過的知識,你覺得為什么我們在平時的生活中一定要注意“高空墜物”呢?(圖6)

圖5 最美媽媽吳區萍

反思： 教學是培養人的社會活動,要以人的成長為旨歸．幫助學生形成正確的人生觀、價值觀有助于學生自覺發展核心素養,正確批判所遇到的人、事和活動．價值觀的培養、核心素養的形成是一個緩慢且隱性的過程,需要循序漸進,慢慢滲透,同時也是從教書到育人的教育終極目標!