基于深度學習的初中生物理概念建構質量提高策略

摘 要：深度學習是一種基于理解的學習，是發展學生核心素養的重要學習方式.初中物理概念是物理教學的重要組成部分.初中物理概念教學中可通過問題情境創設、認知沖突設計、高階思維培養、應用能力訓練等途徑促進初中生對物理概念的深度學習，使學生正確建構物理概念的內涵和外延.

關鍵詞：深度學習;物理概念建構;教學策略

文章編號：1008-4134（2020）12-0012中圖分類號：G6337文獻標識碼：B

作者簡介：葉成林（1969-），男，江蘇儀征人，本科，中學高級教師，研究方向：初中物理課堂教學.

1 深度學習與物理概念建構內涵

深度學習是一種基于理解的學習，是指學習者以高階思維的發展和實際問題的解決為目標，以整合的知識為內容，積極主動地、批判性地學習新的知識和思想，并將它們融入原有的認知結構中，且能將已有的知識遷移到新的情境中的一種學習[1].當下，世界各國都在探尋培養學生面向未來生活的核心素養之路，深度學習是與學生發展核心素養相匹配的學習方式[2].通過學生認知活動中的深度學習可以培養學生批判性思維和創新精神，創造性的問題解決能力、社會性的溝通與合作能力，及知識建構、遷移和應用能力等，能夠培養學生面向21世紀必備的核心素養.

可見，培養與提高初中生深度學習能力是時代的需求.但初中生深度學習能力的提升需要與學科教學融合，這樣才能使初中生深度學習能力的提升落在實處.

物理概念是物理現象和物理過程的共同屬性和本質特征在人腦中的反映，是對物理現象和物理過程抽象化和概括化的思維形式.它具有客觀性、抽象性、可測性以及發展性等特征.物理概念不僅是物理基礎知識的重要組成部分，還是構成物理規律、建立物理公式和完善物理理論的基礎和前提.

建構主義認為，初中物理的基本概念、基本規律不是客觀世界物質運動的固有規律，而是科學家提出且被科學界所承認的一種較好的模型或假設，它是科學家群體經過社會性建構的結果，是物理思維的產物，這些知識在經學生個體重建之前對學生沒有任何意義.

通過初中生對物理概念的深度學習，突出學生學習認知活動的主體地位，可以促進初中生對物理概念內涵和外延的正確理解和建構，提高初中生物理概念的學習質量，發展學生物理學科核心素養.同時，通過聚焦物理概念建構可以把提升初中生的深度學習能力落在實處，融入到物理教學實踐中.把初中物理課堂教學轉變為學生深度學習能力提升的基礎和途徑.

2 基于深度學習提高初中生物理概念建構質量的教學策略

初中物理概念教學中可以通過問題情境創設、認知沖突設計、高階思維培養、應用能力訓練等途徑促進學生對物理概念的深度學習，引發學生認知結構變化，使學生正確建構物理概念的內涵和外延.

2.1 創設問題情境，激發初中生物理概念的學習動機

基于問題的學習是促進初中生深度學習的有效策略.因此，教師可在物理概念教學中從初中生的生活經驗出發，創設問題情境，把物理概念教學中的重難點濃縮到真實的“問題”中，以激發初中生物理概念學習的動機，激發其發現問題、研究問題以及解決問題的欲望和沖動.

案例1 “壓力”物理概念引入的問題情境設計

師：請學生觀察多媒體展示的如圖1所示的日常生活中客車自燃圖片.引導學生思考：如果學生置身其中，可采用哪些方法逃生？如果用客車內自備的逃生錘，如圖2所示，請學生在圖3中A、B、C三處分別畫出敲壓玻璃的力.并思考：這些力的共同特點是什么？

生：學生作圖，并總結出這些力的共同特點是與玻璃表面垂直.

師：物理學中將垂直作用于物體表面的力叫做壓力.

師：教師站在教室的地面上，請學生指出壓力的三個要素.并讓學生分析此時壓力與重力的大小關系.

分析：“壓力”是初中物理力學體系中比較重要的物理概念，是繼重力、彈力、摩擦力之后初中生學習的又一力學概念.它是學習壓強和浮力的基礎.初中生對壓力內涵的理解影響著壓力作用效果影響因素的學習與深化.筆者通過讓學生身臨其境來激發學生的學習動機，通過學生的具體性活動深刻感悟壓力最顯著的特點是壓力方向與受壓面垂直.

2.2 利用認知沖突，促進初中生物理概念的深度建構

皮亞杰認為，個體的認知結構是通過同化和順應而不斷發展，以適應新的環境.一般而言，個體每當遇到新的刺激，總是試圖用原有的認知結構去同化，使它們融入原有的認知結構中，若獲得成功，便得到暫時的平衡;如果用原有認知結構無法同化環境刺激，個體便會做出順應，即調節原有或重建新的認知結構，直至達到認識上的新平衡.

深度學習要求學習者在對學習內容進行有機整合的基礎上，實現知識的同化和順應，來調整原有的個人認知結構，并不斷對建構結果和過程進行反思和調整[3].初中物理概念教學過程中教師的任務則是選擇有效地促進學生認知結構發生轉變的教學方法，發揮初中生認知主體作用，讓初中生在與課本、與他人、與實驗器材交互過程中，調整個人的認知結構，發展個人元認知能力，促進對物理概念的深度建構.而創設引起學生產生認知沖突的教學活動，這是促進初中生深度建構新物理概念的有效方法.

案例2 探究“影響壓力作用效果的因素”

師：教師演示用不同的力按壓氣球，如圖4所示，學生觀察氣球的形變大小，引導學生提出猜想：壓力的作用效果可能與壓力大小有關，壓力越大，壓力作用的效果越明顯.

師：壓力越大，壓力作用的效果一定越明顯嗎？教師分別演示圖5與圖6的實驗，帶腿的小桌放在海綿上，但海綿的形變大小不一樣.并不是壓力越大，壓力的作用效果越明顯.壓力的作用效果可能還與什么有關？

生：從實驗可知，壓力的作用效果除了可能與壓力大小有關外，還可能與受力面積大小有關.

師：請學生根據所提供的實驗器材：用釘子做腿的小桌、海綿、銅塊、木塊、盛有適量水的礦泉水瓶、裝有沙子的容器，如圖7所示，自主設計實驗方案，探究影響壓力作用效果的因素.

生：學生自主設計不同的實驗方案.展示交流，相互評價，完善實驗方案.之后，根據實驗方案，小組合作進行實驗操作.根據實驗現象，分析得出實驗結論.

案例3 繼續探究“影響壓力作用效果的因素”

師：將放有銅塊的小桌分別正放在海綿與木塊上，請學生觀察海綿與木塊的形變程度.如圖8和圖9所示.為什么壓力大小與受力面積大小都相同，壓力作用的效果卻不相同？在探究“影響壓力作用效果因素”實驗中應注意什么？

生：雖然兩個實驗的壓力大小與受力面積大小都相同，但海綿與木塊的形變大小不同，這是由于海綿與木塊兩個物體的硬度不相同，因而無法比較壓力的作用效果.因此，在探究“影響壓力作用效果的因素”實驗中，應選擇易發生形變的物體（如海綿、泡沫塑料、細沙）做受壓面，這樣可使實驗效果更加明顯.

分析：在案例2中，通過圖5與圖6的教師演示實驗，引起學生認知沖突，讓學生認識到并不是壓力越大，壓力的作用效果越明顯，還與受力面積大小有關.為學生正確選擇實驗器材、采用科學實驗方法探究“影響壓力作用效果的因素”奠定基礎.并通過圖8與圖9的教師演示實驗，引起學生另一個認知沖突，讓學生知道在實驗探究過程中，應選擇易發生形變的物體作為支撐面，增強實驗效果.通過引起學生認知沖突的教學設計，在激發學生認知興趣的同時，關鍵可促使學生不斷調整、完善自己的認知結構，加強對知識內涵不同層面的理解，以完成對物理概念的深度建構.

2.3 注重批判思維，引發初中生物理概念的深度理解

高階思維是深度學習的核心特征，是深度學習與淺層學習的最大區別.深度學習是一種以促進學生批判性思維和創新精神發展為目的的學習[3].

批判性思維是決定學生信念和行動而進行的合理反思性思維.批判性思維是學生受用終身的能力與品格，是創造性思維的基礎[4].培養學生批判性思維是時代的需求.前美國駐華大使駱家輝曾說：美國長期從基礎教育開始進行批判性思維教育，這是美國科技、商業、文化等一直領先世界的原因[5].美國杜克大學教育督導團隊所研究撰寫的《2011中國SAT年度報告》指出：中國學生整體欠缺有效的批判性思維能力訓練.這是目前限制中國學生學術能力的最重要因素之一，是我國科技人員缺乏學術研究能力和創造性的重要原因，也是實現習近平總書記強國和民族復興夢的最大障礙.

在物理概念教學中培養初中生批判性思維，就是要求學生在理解事物的基礎上善于質疑辨析，在質疑辨析中加深對深層知識和復雜概念的理解.

案例4 對“壓強”概念深度理解

師：教材中用物體所受的壓力與受力面積比值定義壓強概念，請問能否用受力面積與壓力的比值來表示壓力的作用效果？如果能，物理教材中為什么不采用這種比值定義法呢？初二年級還有哪一個物理概念的定義與此相似？請同學們討論、反思與辨析.

生：也能用受力面積與壓力的比值來表示壓力的作用效果.但不符合人們的思維習慣，因而物理教材中沒有采用.初二物理中速度的概念定義與此類似.

分析：壓力與受力面積的比值表示物體在單位面積上所受的壓力，是受力面積相同時通過比較壓力大小來反映壓力的作用效果，比值越大表示壓力作用效果越明顯，符合人們的思維習慣，因而被教材采用.而受力面積與壓力的比值表示物體在單位壓力上的受力面積，是壓力相同時通過比較受力面積大小來反映壓力的作用效果，比值越小表示壓力作用效果越明顯，這不符合人們的思維習慣，因而沒有被教材所采用.通過與初二年級速度概念建構過程的類比、反思與辨析，可進一步促進學生深度理解壓強概念內涵.

案例5 對“壓力”概念的深度理解

師：教師站在水平地面上，此時教師對地面的壓力大小與教師的重力大小相等.此時，壓力就是重力嗎？為什么？請同學們反思與辨析.

生：此時壓力不是重力.雖然此時壓力與重力在大小上相等，但兩個力的施力物體與受力物體不同，許多時候兩個力的方向不一定相同，且兩個力的性質不同.

在物理概念教學中，教師應適時引導學生通過信息分析、深入思考、合理論辯、推理論證以及綜合判斷等途徑來發展學生以批判性思維為核心的高階思維能力，在促進學生對物理概念深度理解的同時，提高學生的學科核心素養.

2.4 加強拓展遷移，提高初中生物理概念的應用能力

從深度學習的內涵來看，它著意遷移運用，要求學生不僅要理解學習內容，還要將知識運用至新情境來解決問題，提高學生復雜問題的解決能力.

案例6 增大與減小壓強的方法應用

師：教室的講臺上有幾張相同的報紙.一張報紙平放時對桌面的壓強約為1Pa.請學生思考如何產生2Pa和4 Pa的壓強.

生：只使用一張報時，可將報紙分別折疊1次與2次，可分別產生2Pa和4Pa的壓強.也可在剛才的報紙上分別再放上1張和3張相同的報紙，也可產生上述壓強.

初中物理概念教學是物理教學的重要組成部分.初中生物理概念的建構質量決定初中物理課堂教學成效.實踐證明：深度學習是提高初中生物理概念建構質量、提高學生學科核心素養的重要學習方式，發展初中生深度學習能力對提高初中生物理概念教學質量具有重要意義.

案例7：學生活動體驗：估測人站立時對地面的壓強.

師：每一個學生事先發放一張統一印制的方格紙.教師指出每小格面積為4cm2.教師提示測腳印面積的方法：先數出不滿一格的方格數，并除以2，再加上完整的方格數.利用每小格面積，則可求得鞋印的面積.

生：學生活動，利用自身質量與所測的腳印面積，計算站立時對地面的壓強，詳細寫出計算過程，并展示交流.

分析：上述兩個學生活動，著意學生對壓強知識的遷移應用，在不同情境中，側重通過學生的具身性活動，提高學生問題能力，以促進學生對知識的深度學習.

初中物理概念是物理教學的重要組成部分.初中生物理概念的建構質量決定初中物理課堂教學成效.實踐證明：深度學習是提高初中生物理概念建構質量、提高學生學科核心素養的重要學習方式，發展初中生深度學習能力對提高初中生物理概念教學質量具有重要意義.

參考文獻：

[1]安富海.促進深度學習的課堂教學策略研究[J].課程·教材·教法，2014（11）：57-62.

[2]曾家延，董澤華.學生深度學習的內涵與培養路徑研究[J].基礎教育，2017（08）：59-67.

[3]郭彥青.深度學習引發的深度教學是培養學生核心素養的必由之路[J].教學研究，2018（05）：10-14.

[4]董毓.批判性思維的探究本質和對創新的作用[J].工業和信息化教育，2017（05）：27-36.

[5]董毓.角逐批判性思維[J].人民教育，2015（09）：13-19.

[6]董毓.為什么要擴展批判性思維教育的內容[J].工業和信息化教育，2015（7）：42-48.

[7]杜娟， 李兆君， 郭麗文. 促進深度學習的信息化教學設計的策略研究[J]. 電化教育研究， 2013， 034（010）：14-20.

（收稿日期：2020-03-02）