基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習研究

周小燕

(嶺南師范學院 物理科學與技術(shù)學院，廣東 湛江 524048)

在知識經(jīng)濟時代，僅僅對陳述性知識和程序知識進行簡單的記憶是不夠的，學習者必須對所學的學科概念有更深層次的理解. 學習者必須對所學知識進行批判性評價，并能以口頭和書面的形式清晰地表達自己的理解，而這種表達包括對話、撰寫論文、報告或是創(chuàng)建其他作品[1]. 表達對深度學習很有幫助，它是學生反思性地分析自己知識狀態(tài)的過程. 推文這種將視頻、語言、文字、動畫融于一體的表達方式的創(chuàng)作將是一種有效的新的學習表達方式，可以促進學生對課程內(nèi)容的理解.

實驗是物理學習的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生物理學科素養(yǎng)的重要途徑和方法[2]. 高師物理教育中的物理教法實驗課程是培養(yǎng)物理師范生物理實驗技能、學科核心素養(yǎng)和物理教師專業(yè)素養(yǎng)的一門不可缺少的課程[3-4]，其培養(yǎng)目標不僅是培養(yǎng)學生學會中學物理實驗，更加重要的是培養(yǎng)物理師范生站在教師的角度理解中學物理實驗，學會在課堂上高效地進行實驗演示教學和指導(dǎo)中學生分組實驗，如開展探究實驗和創(chuàng)新實驗教學等[5]. 為了提高學生的課堂參與興趣和學習成效，在混合教學環(huán)境下，基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習，應(yīng)用于高師物理師范生物理教法實驗課程教學，希望通過大學生喜歡的推文創(chuàng)作的方式促進學生對課程內(nèi)容的深度學習，從而促進學生批判性思維、反思能力、解決問題的能力等高階層思維發(fā)展的實證研究.

1 深度學習研究

深度學習(Deep learing)是美國學者Ference Marton和Roger Saljo[6]于1976年基于學生閱讀的教學，對于簡單記憶和非批判性接受性知識的淺層學習首次提出的關(guān)于學習層次的一個重要概念，同時借鑒了布盧姆認知維度劃分理論，創(chuàng)造性地提出了深度學習的概念并通過教學實踐進行了深度學習的研究.

Jensen等[7]指出，深度學習是指新知識的獲取或技能的掌握必須經(jīng)歷多次學習過程，同時通過高水平思維的分析和加工，學生才能以改變之前的概念、自我控制力或行為方式來應(yīng)用新知識和技能. Nelson Laird等[8]通過研究發(fā)現(xiàn)，深度學習可以分為整合學習、反思學習和高階層學習3個部分，而且它們是相互關(guān)聯(lián)的. 黎加厚等[9]指出深度學習是在理解學習內(nèi)容的基礎(chǔ)上，學習者能夠批判性地學習新概念和方法，同時可以將新的概念和方法融入原有的認知結(jié)構(gòu)中，能夠連結(jié)眾多概念，并且能夠?qū)⑺鼈冞w移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習. 吳秀娟[10]通過挖掘反思學習和深度學習之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)反思學習可以有效地促進深度學習，而深度學習能夠促進元認知能力的發(fā)展，通過將反思學習的理念納入到深度學習的一般過程模型中，從而構(gòu)建了基于反思的深度學習過程模型. Andrea S.Gomoll[11]等提出教師的課程目標是加強學生的深度學習，并且越來越多的教師意識到有意義的活動和自主學習對實現(xiàn)這一目標至關(guān)重要. 例如對一些在線教學工具的使用和反思,在線教學工具與傳統(tǒng)的授課方式相結(jié)合，可以促進學習者的深度學習. 認知科學家早就發(fā)現(xiàn)，當學生進行深度學習并清楚在真實世界和實際情況中如何表達這些知識時，知識會在學生頭腦中保持得更持久，他們也能夠?qū)⒅R運用到更加廣泛的情景中[1].

基于知識的深度學習與淺層學習比較如表1所示[12].

表1 深度學習與淺層學習比較

2 基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習

推文主要是以小組合作創(chuàng)作基于物理實驗主題的表達，該表達整合了視頻、語音、動畫、圖片以及文字等形式，可以推送至微信公眾號進行交流和傳播. 基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習是在混合學習環(huán)境下，基于探究和設(shè)計的學習，主要包括物理模型探究和物理實驗推文創(chuàng)作2部分. 物理模型探究到物理實驗推文創(chuàng)作的過程，是出現(xiàn)問題—解決問題—出現(xiàn)問題—解決問題的不斷迭代、不斷反思和創(chuàng)造的過程. 基于物理實驗推文創(chuàng)作的主要要素，學習者需要協(xié)作創(chuàng)作1篇科學推文并發(fā)表. 物理實驗推文要體現(xiàn)明確的物理實驗主題，融合物理模型探究過程，同時能在推文中呈現(xiàn)物理模型的效果，這就需要學習者整合視頻、語音、動畫、圖片以及文字等形式創(chuàng)造性地將其呈現(xiàn)出來.

物理實驗推文的創(chuàng)作過程包括：

1)物理實驗推文目標和內(nèi)容的確定. 首先要考慮推文創(chuàng)作的目的，從而確定推文的內(nèi)容. 推文作為科學傳播的一種形式，包含科學傳播內(nèi)容、受眾和效果[12]. 因此，必須考慮使用何視頻、語音、動畫、圖片及文字，使用何方法整合視頻、語音、動畫、圖片及文字，才能最大化地突出主題，吸引受眾注意力，從而達到推文傳播和交流的目標.

2)物理模型的探究與理解. 明確物理實驗推文創(chuàng)作主題后，接著進行物理模型探究，通過交流討論，查找資料，理解物理模型所需的科學和技術(shù)知識，利用工具和材料建構(gòu)物理模型. 同時采用圖片和視頻媒體工具記錄模型構(gòu)建的整個過程.

3)物理實驗推文的編輯與合成. 推文要實現(xiàn)科學傳播的效果，除了有明確的物理實驗主題，還必須達到傳播和交流的效果. 推文主題的呈現(xiàn)要有羅輯性和連貫性，推文中的視頻、語音、動畫、圖片以及文字等要安排合理，充分發(fā)揮其作用，才能吸引受眾. 創(chuàng)作推文可能用到簡書、美篇、愛剪輯、會聲會影、123微信編輯器、小螞蟻編輯器等編輯工具.

4)交流與反思. 在模型探究和推文創(chuàng)作2個環(huán)節(jié)，各小組成員可以合作，頭腦風暴，交流討論互動，進行自我評價、同伴評價和教師評價，模型和推文的循環(huán)改進和創(chuàng)造. 此過程需要學習者從記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造循序漸進地認知參與，從而達到課程的深度學習.

3 基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習模式建構(gòu)

深度學習是積極的、主動的、批判的學習過程，是實現(xiàn)有意義學習的有效方式[12]. 深度學習需要教師制定促進學生高階思維發(fā)展的教學目標，選擇有意義聯(lián)接的課程內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)促進深度學習的環(huán)境，以持續(xù)關(guān)注的評價積極引導(dǎo)學生深度學習的教學策略[14]. 對物理教法實驗而言，評價的作用主要在于引導(dǎo)、幫助和促進學生不斷地加強和完善實驗?zāi)芰Γ粌H僅是對以往學習情況的檢驗和總結(jié)[15]. 基于物理實驗推文創(chuàng)作的評價方式是對物理知識不斷深化理解、重新組織表達的過程.

具體來說，基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習主要包括2部分：

1)物理模型探究環(huán)節(jié). 此過程主要是基于挑戰(zhàn)性的任務(wù)：小組協(xié)作，頭腦風暴，進行物理模型方案探究、解釋和改進；利用工具和材料進行物理模型構(gòu)建和調(diào)試；模型的展示與交流分享，小組內(nèi)交流討論，評價與反思，物理模型的再設(shè)計改進與創(chuàng)新.

2)物理實驗推文創(chuàng)作環(huán)節(jié). 在此過程中，明確真實性的任務(wù)，進行目標所需知識與技能探索；小組合作，頭腦風暴，確定推文的基本內(nèi)容和框架；利用前期收集的文字、圖片和視頻材料進行推文的整合和原型創(chuàng)作；小組展示，交流討論和評價；利用推文編輯器進行再設(shè)計與創(chuàng)作；推文評價，整合各方面資源再改進，推送推文.

物理實驗推文論文創(chuàng)作被當作有挑戰(zhàn)性的學習任務(wù)來完成，整個過程通過設(shè)計—修改—再設(shè)計的循環(huán)迭代過程，利用文字、圖片和視頻編輯軟件，整合文字、圖片和視頻資源，有創(chuàng)造性呈現(xiàn)出科學推文. 在小組合作解決推文創(chuàng)作問題的過程中，物理實驗課程的學習隨著推文設(shè)計與創(chuàng)造的開展而不斷深化理解. 因此，基于推文創(chuàng)作的學習可以整合為基于探究和設(shè)計的雙循環(huán)的深度學習模式，如圖1所示.

圖1 基于物理實驗推文創(chuàng)作雙循環(huán)的深度學習模式

4 基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習教學實踐

以高師物理學專業(yè)大三學生的中學物理實驗研究課程為研究對象，進行為期2學期深度學習的實證研究. 中學物理實驗研究課程為物理學師范專業(yè)必修課，32課時，每周1次課，每次90 min. 本研究從2018年3月開始已進行了2個學年的實證研究. 物理實驗課程按照主題依次展開，每個專題包括創(chuàng)新實驗?zāi)Ｐ吞骄俊⒔虒W應(yīng)用和模型效果展示評價3部分，課程的評價主要是實驗總結(jié)和期末實驗論文. 為了進一步促進學生對課程的深度理解，研究團隊決定增加物理實驗推文考核方式，學生通過物理模型探索，在理解的基礎(chǔ)上再將探索學習過程用推文的方式表達，并推送到本校微信公眾號上，一方面這種反思性表達可以加深課程學習，另一方面公開發(fā)表的推文也可以起到科學傳播和交流的作用. 雙循環(huán)的物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習教學革新，有效地提高了學生學習的積極性，深化了對物理實驗課程的理解. 認知科學已經(jīng)反復(fù)證明反思是深度學習的強有力依據(jù)[1],推文的創(chuàng)作是學習者進行反思的強有力表達方式. 基于視頻推文創(chuàng)作的深度學習雙循環(huán)模式，是學習者在多次迭代推文的創(chuàng)作過程中，通過反思等元認知策略來監(jiān)控和調(diào)節(jié)自身的學習和思維活動，及時發(fā)現(xiàn)并修正學習的概念和方法上存在的不足，深化對復(fù)雜概念及方法的理解，從而有意義地建構(gòu)知識并用來解決實際問題，最終實現(xiàn)深度學習.

4.1 深度學習環(huán)境的創(chuàng)設(shè)

認知科學研究發(fā)現(xiàn)：建立在包含真實性、探究、協(xié)作與技術(shù)這些科學原則的基礎(chǔ)上，開放學習環(huán)境更能激發(fā)學生的學習動機[5,16]. 因此基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習是在比較寬松開放教學環(huán)境進行，教室可以容納大約50人. 由一體機、無線移動和可以移動白板組成師生互動混合教學環(huán)境，有木工工具、電工工具、激光切割機、3D打印機、木板、有機玻璃板等物理模型創(chuàng)作區(qū)，

以及多媒體記錄創(chuàng)作區(qū)和作品展示區(qū). 學生以小組為單位，自帶輔助學習的電子設(shè)備進入教室，組員可以利用自帶的iPad、手機和電腦查找資料，自學線上案例資源，輔助成果展示與交流，編輯與發(fā)布推文，等等.

4.2 基于物理實驗推文深度學習的實踐

學習是人的一種與生俱來的本能，隨著學習研究的深入，學習者的認知參與循序漸進深刻. 安德森將知識認知過程分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造循序漸進的層次，其中深度學習是對知識的深度理解和遷移應(yīng)用，學習者的認知水平處于應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造層次[17]. 在此基礎(chǔ)上，祝智庭教授[18]提出創(chuàng)造驅(qū)動的學習方法，將學習由記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造的循序漸進的過程轉(zhuǎn)變?yōu)橐詣?chuàng)造為中心驅(qū)動法. 學習者為實現(xiàn)創(chuàng)造任務(wù)而學，在創(chuàng)造過程中，學生學習需要用到的科學和技術(shù)知識，開展需要的科學思維活動.

從教師的角度出發(fā)，以“尖端放電”為例闡述教師如何基于創(chuàng)作為中心，引導(dǎo)學生展開深度學習的全過程. 基于尖端放電實驗的推文創(chuàng)作深度學習過程見圖2和圖3[19].

圖2 基于尖端放電實驗的推文創(chuàng)作深度學習過程

圖3 推文范例：尖端放電實驗

1)在物理模型探究階段，教師根據(jù)課程目標，明確提出設(shè)計尖端放電模型的探究任務(wù)，通過小組合作、頭腦風暴和調(diào)查研究，理解尖端放電模型中物理原理和技術(shù)等方面知識. 整合科學、技術(shù)和工程等資源，完成尖端放電模型的設(shè)計，進行測試與改進. 通過展示與交流，對尖端放電模型效果進行分析與評價. 總結(jié)反思，改進與創(chuàng)新，最大優(yōu)化尖端放電模型的教學效果.

2)在物理實驗推文創(chuàng)作階段，明確推文創(chuàng)作的任務(wù)：推文不僅是學習的反思和總結(jié)，還是科學普及傳播的手段. 理解科學推文文字、圖片、視頻、內(nèi)容結(jié)構(gòu)等技術(shù)方面知識. 結(jié)合模型探究過程的各種圖片、視頻等材料，整合推文創(chuàng)作所需要的文字編輯、圖片編輯、視頻編輯和推文編輯工具，進行推文設(shè)計原型創(chuàng)作. 同時進行展示與分享，同伴間、小組間、師生間對設(shè)計方案進行評價分析，依據(jù)反饋對推文進一步完善，并依據(jù)需要進行再次的編輯. 在微信公眾號上推送推文，線上關(guān)注推文被關(guān)注情況.

在尖端放電實驗推文創(chuàng)作的深度學習過程，基于輕松開放的學習環(huán)境，小組協(xié)作學習，反思涵蓋在深度學習的全過程. 交流討論，理解科學和技術(shù)的知識，主動建構(gòu)和整合相關(guān)知識；通過知識的遷移和應(yīng)用，建構(gòu)物理模型；通過作品的展示，通過他評、自評、教師評價等形式對物理模型進行分析和評價；通過反思、修改和完善，小組成員根據(jù)需要進行再次的探究和設(shè)計，開展自主探究學習，形成創(chuàng)造性的物理實驗推文，通過編輯并發(fā)布最終學習成果，從而進一步深化課程學習.

5 結(jié)束語

推文的文本與可視化的圖像相整合的創(chuàng)作將是有效的新的學習表達方式，可以提升和促進學生對學習內(nèi)容的理解. 微信公眾號推文為物理實驗課程的深度學習提供了新的視角，它可以整合到微信公眾號平臺中有效支持知識主動建構(gòu)、深度學習互動的開展，促使課程線下評價向課程線上評價的轉(zhuǎn)變；它不再局限于傳統(tǒng)課程的學習方式，開始關(guān)注移動平臺上不同人的思想聯(lián)接，強調(diào)基于創(chuàng)造為中心的驅(qū)動下，引發(fā)學生的知識遷移、應(yīng)用和創(chuàng)造，使面向批判理解、信息整合、知識構(gòu)建、遷移運用和問題解決的深度學習真正發(fā)生. 從理論層面探討了如何通過創(chuàng)作物理實驗推文來促進學習者課程的深度學習，并構(gòu)建了基于物理實驗推文創(chuàng)作的深度學習實踐模式. 2年的物理師范生中學物理實驗課程的實踐表明：學生通過物理模型的探究，在理解物理模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)作物理實驗推文，將反思融入到整個課程教學中，從而促進了學生對課程的深度學習.