基于深度學習的初中物理深度備課

洪進步

摘? ?要：深度備課是一種高效的、研究性的備課，學生的深度學習，離不開教師的深度備課。以密度一節為例，通過深度分析當前教學路徑的優缺點，并結合學生知識結構，改進密度概念的引出;用形象概念類比，明確密度內涵;聯系生活實際，深化知識等途徑，重構教學邏輯，優化知識呈現方式，有效促進學生的深度學習。

關鍵詞：深度學習;深度備課;密度

密度是《義務教育物理課程標準（2011版）》[ 1 ] 中學生接觸到的第一個理解層次的知識點，其地位可見一斑。由于概念的抽象性，不少學生對于密度概念的理解只滯留于淺層表面的記憶式學習。如果要引導學生對密度概念進行深度學習范式的理解及應用，則需要教師改變過往表層化備課，實施深度備課。

1? 深度備課是促進深度學習的必要途徑

深度備課有別于傳統備課，傳統備課根據教材內容和編寫思路進行按部就班式的備課。忽略學生原有的學習起點和知識儲備，深度備課遵循學生原有的知識結構和認知規律，深度分析概念的原由、內涵、外延和知識的內在邏輯，注重不同學科的知識融合，依據學情重構教材、教參的邏輯，結構化地將新知識納入學生原有的知識體系中，并進行有機整合，凸顯高效、深度、研究性等典型特征。

教師的深度備課是推進學生深度學習的基礎，只有教師進行指向學生深度學習的深度備課，學生的深度學習才能真正發生。深度學習是在教師的導引下開展基于理解的學習，強調理解的深刻性，在對學生的學習內容進行創作性的分析和設計時，教師要充分了解學生原有的知識基礎、前科學概念和學習經驗，結合學生先前的知識結構與思維特征，深入分析教材內容，把學習內容依據知識發展邏輯整合、重構為結構化學習載體，引導學生對載體進行深入思維加工，轉變科學概念，實現從低階到高階的思維邁進。

2? 基于深度學習的密度深度備課

2.1? 深度分析當前教學路徑的不足

教科書（以人教版[ 2 ] 為例）的教學路徑如下，首先提出問題：同種物質的質量與體積成正比嗎？然后進行實驗“探究同種物質質量與體積的關系”并根據實驗數據在坐標上描點連線，最后給出密度的定義及公式。教科書的內容路徑看上去知識連貫、邏輯順暢，其實存在諸多不足，具體如下。

（1）教學路徑嚴重忽視學生的認知起點。

建構主義認為，學生不是空著腦袋走進教室的，他們具有自己的知識結構和認知圖式[ 3 ] 。在學習本節課之前，他們的頭腦里對“同種物質的體積越大，質量也越大”有一定的初步概念，教科書卻設計實驗專門探究這個知識點。而對于“不同種物質其質量與體積的比一般不同”這一知識點，學生平時接觸的較少，對其沒有足夠的認識，但教科書卻并未設計實驗探究，而是直接“告訴”學生：不同物質，質量與體積的比一般不同。如此“避重就輕”的設計不利于學生對知識深層次的學習。

（2）內容設計嚴重超出學生的數學水平。

一次函數（正比例函數）是人教版數學八年級下冊第19章第2節的內容，此前，學生不具備一次函數圖像的識別和分析能力，但教科書（密度是物理八年級上冊的內容）卻在實驗的過程中讓學生根據實驗數據描點連線，并根據圖像分析得到鋁塊的質量與體積的比是不變的。如此超越學生的數學水平“圖像的運用”，不僅沒有起到幫助學生深度理解相關知識的目的，反而會嚴重干擾學生對密度知識的掌握和理解。

（3）知識內容缺乏對概念內涵的建構。

密度是物質的一種特性，可用于鑒別物質。密度概念作為一個抽象概念，如果只是介紹其定義和公式，則不利于學生對于密度概念內涵和外延的深度理解，不利于學生的深度學習。導致學生對于“一杯水喝掉一半后，密度如何變化”之類的問題，經常混淆和錯亂。歸根到底，是教科書的概念結構方式缺乏有效的類比和直觀化策略，導致學生對抽象概念的理解僅僅停留在以記憶為主的淺層學習。

2.2? 結合學生已有的知識結構，重構教學邏輯

2.2.1? 依據學生認知起點，引出密度概念

一開始，給學生介紹一塊磚的體積為1 dm3質量為2.5 kg，接著提問：那么2塊磚質量為多少？學生自然知道為2×2.5 kg=5 kg，再提問：3塊磚的質量是多少……，并將數據整理成一個表格，如表1，并在表格的最后插入一行：質量/體積。

這個表格，學生很容易理解，并可以輕松得出：同種磚的質量與體積的比是不變的。

再列舉一些其他的物質，例如水，一瓶水體積為500 ml質量為500 g，兩瓶水……學生自然也能得到水的質量與體積的比是不變的，并以此類推得出結論：同種物質，其質量與體積的比是不變的。

有了這樣的認識之后，教師再順勢發問：不同種物質，質量與體積的比值一樣嗎？學生很容易就可以根據剛才的例子得出“比值不一樣”，但這是偶然還是巧合呢？這就需要進一步實驗驗證，此時教師分發給學生不同種類的金屬塊，讓學生測其質量與體積的比值并比較是否相同。

這種引入方式，依據學生已有的生活經驗和認知水平，避開學生不懂的數學知識。對于學生已有相關生活經驗的知識不再贅述，而是引導完善并幫其形成系統;對于學生接觸比較少的知識，則借助實驗去突破，從而引導他們一步步深入思考和建構，整個過程符合學生的認知規律，自然而然，水到渠成，促進學生對知識的深層次學習。

2.2.2? 用形象概念類比，明確密度內涵

學生平時有接觸過價格這一概念，對其有深入的理解。因此可以用價格類比密度。列舉黃金的總價與質量的關系，如表2所示。

根據表2，引導學生思考黃金的總價與質量的比值是什么含義，學生能夠得出這個比值是“單價”，并進一步得出“單價”是衡量物質便宜貴賤的量。接著展示金戒指和金項鏈的圖片并提問：戒指和項鏈都是純金的，但是他們大小和質量都不一樣（項鏈明顯比戒指大很多），那么單價哪個更高？學生會回答：一樣的;教師再反問：但是買下項鏈需要的錢更多啊？學生會回答：那是總價，單價是一樣的。

此時教師再展示表1并繼續發問：根據剛剛對單價的了解，我們來思考一下，表1中的質量與體積的比，又有什么含義呢？接著與學生一起得出：根據單價的類比，我們可以稱其為“單重”（單重其實并不嚴謹，但卻形象），“單重”是衡量物質“輕重”的物理量，在物理學中稱為密度。

密度對八年級的學生而言，是一個比較抽象的概念，理解起來頗有難度。利用單價這一學生熟知的概念去類比密度（單重）的概念，可以有效促進學生的知識遷移，加深其對密度概念內涵的理解。

2.2.3? 運用比值定義法，引出密度公式

用單價類比建構密度概念后，引導學生思考如何比較兩種物體的價格，例如，10 g黃金共3000元， 200 g白銀共6000元，金貴還是銀貴？質量和總價都不一樣，學生自然可以想到要計算單價來比較哪個更貴，而計算單價的方法事實上就是比值定義法。

根據單價的計算方法（總價除以質量），繼而繼續設計問題，鋁270 g體積為100 cm3，鐵79 g體積為10 cm3，哪個更重（單重更大）？并引導學生根據比較金和銀單價的方法用質量除以體積來計算單重，接著引出密度的公式及單位。

最后提問：一杯水，喝掉一半后，水的密度變了嗎？因為有單價這一概念作為類比，也有金戒指和金項鏈的單價一樣作為鋪墊，學生可以正確的理解水喝掉一半后密度（單重）不變。此時，可以要求學生用兩種方法解釋（①同種物質，密度不變，與物質的多少無關;②水喝掉一半后，質量變為原來的二分之一，體積也變為原來的二分之一，但計算出來的密度不變），加深學生對密度概念和公式的理解。

2.2.4? 通過實際問題解決，深度理解密度。

在建構了密度的概念后，可以舉與學生生活緊密相關的例子來深化學生對密度的理解。

“投擲鉛球是一項常見的體育運動，但是據我所知，現在有一些商家卻并不是鉛這種金屬來做鉛球，而是用其他金屬，老師剛剛從體育器材室拿了幾個鉛球（規格都是質量4 kg直徑11 cm）過來，你有沒有辦法判斷老師手上的鉛球是什么材質的？”所給器材為：刻度尺和電子秤。

根據前面的學習，學生很快就能想到計算鉛球的密度來判斷鉛球的材質，用電子秤可以測出鉛球的質量，鉛球的體積可用刻度尺測出鉛球的直徑并用體積公式計算，學生可以很快的測出鉛球的質量和直徑，經過計算發現鉛球的密度為大約為7.8 g/cm3，查表可得，鉛球盡然不是鉛做的，而是鐵做的！在學生的驚訝聲中，教師給學生科普：不是因為老師的鉛球是偽劣產品，鉛球本來就是鐵做的！最早的時候，鉛球確實是鉛做的，但由于鉛有毒，因此后來鉛球改用鐵做材料了，只是鉛球這一稱呼一直未變罷了。

通過對實際問題的解決，使學生進一步加深了對密度概念內涵的理解，深刻認識到密度是物質的一種特性，可以用來鑒別物質，從而深化知識。

3? ?總結與思考

3.1? 深度備課要深入了解學生的認知起點

奧蘇貝爾的認知同化理論認為，新知識的學習必須以已有的認知結構為基礎，學習過程就是同化過程，是學習者將新知識同化進自己已有的認知結構中并加以“固定”或者“歸屬”的過程[ 4 ] 。因此，在備課時，教師不僅要備知識，更要備學生。不僅要深度分析學生已有的生活經驗和知識水平，更要關注其他學科的進度。各學科的知識并不是孤立存在的，物理的學習就經常需要借助數學工具，因此教師不能只關注本學科知識，還應當關注其他學科的內容及其進度。只有教師在備課時就對學生的生活經驗和其他學科的知識及進度有深入的把握，才能更好的把握學生的知識起點和思維結構，并合理設計更加精準的教學起點，從而更好促進學生進行深層次學習。

3.2? 深度備課要敢于批判和質疑

深度學習強調批判理解，物理學科核心素養也要求學生“具有批判性思維的意識，能基于大膽質疑，追求科技創新，實事求是，不迷信權威，能基于證據和推理發表自己的見解”。

要培養學生的批判和質疑精神，教師首先要有批判和質疑的意識與勇氣。教師應該“用課本”而不是“教課本”，備課時如果只是按部就班教課本的復述者，而缺乏深度思考和富有個性化的創新設計，這樣的物理課堂就失去了靈動性和物理味，也喪失了發散思維和創新思維的培養。教學應當幫助學生建立正確的知識結構并培養學生良好的核心素養，而不是機械的傳遞給學生雜亂無章的知識和信息[ 5 ] 。

因此，對于教材中不合理的內容和安排，要理性分析，并敢與批判和質疑“權威”，并根據實際情況設計更加科學的教學方案，同時身體力行的教育學生去嚴謹的思考并敢于批判和質疑。只有這樣，才能有效促進學生進行深度學習，學生的物理學科核心素養才能得到真正提升。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S]北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所， 物理課程教材研究開發中心.義務教育教科書物理八年級上冊[M]. 北京：人民教育出版社， 2016. 113-116.

[3] 何克抗.建構主義的教學模式、教學方法與教學設計[J].北京師范大學學報（社會科學版），1997（5）：74-81.

[4] 張大均.教育心理學[M].北京：人民教育出版社，2011：83-84

[5] 任少鐸.指向學科核心素養的教學邏輯重構——以“比熱容”一節為例[J].中學物理教學參考，2019，48（13）：12-15.