驅動任務，觸發獨立思維深層次加工
——以初中物理《物體的浮沉條件及應用》為例*

李 園，湯金波

(1.廣西南寧市第十八中學，廣西 南寧 541004；2.南京師范大學附屬樹人學校，江蘇 南京 541004)

0 引言

德國物理學家勞厄說過：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力。教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西。”[1]這“剩下來的東西”就是指學科核心素養。本文以《物體的浮沉條件及應用》為例，闡述依托數字化作業形式，用驅動任務觸發獨立思維深層次加工，使培養學生的核心素養真正落地。

1 淺層學習與深度學習

1.1 被眼睛欺騙的“感覺記憶”

在學習系統物理知識之前，學生腦袋里裝滿了對物理的好奇和不解，總是嘗試用自己的經驗去解釋。以“一知半解”的狀態面對生活中的物理現象，這就是“感覺記憶”。學生關于浮力的很多認識是錯誤的。例如：（1）物體的浮沉跟物體的密度有關，密度小的漂浮，密度大的沉底；（2）質量小的物體較輕，輕的物體漂浮，重的物體沉底；（3）物體露出水面越多，受到的浮力越大；（4）漂浮的物體受到的浮力一定比沉底受到的浮力大；（5）懸浮時浮力等于重力，那么漂浮時浮力大于重力。這些“看得見”的經驗未經過任何加工，就是學生認為的物理知識。

1.2 容易消失的“工作記憶”

學習后的階段主要以“工作記憶”為主。但學生的邏輯分析能力還不夠強，這些只是經過大腦簡單加工、而并未經過獨立思維的深層次處理的信息，屬于“機械復述”，學生能回答出物理知識的內容，但在解決具體問題的環節，還是不自覺用自己的經驗來做出判斷。而且，無論學生通過哪種方式學習，幾乎都是通過書面作業的形式來鞏固知識。書面作業題目表達形式單一，基本都是文字或圖片形式；題目內容大部分是封閉或半封閉的提問方式，不利于拓展學生思考。若這些知識只是機械復述，那么在實際應用中就很容易倒回“感覺記憶”，用生活經驗來解決問題。若這些知識能被“準確復述”，那么就進入了“長時記憶”。

1.3 責任重大的“長時記憶”

思維簡單加工的知識雖然能被“準確復述”，但只能說明學生學會了知識，創造性思維還沒有被激發出來。深度學習，首先“深”在學生的思考，其次“深”在學生對物理知識理解的敏銳度和思維廣度；第三“深”在學生的創造。

學生之所以創造能力弱，學習后還總犯“經驗主義”的錯誤，主要是缺少了觸發思維深層加工信息的驅動任務，思考的深度不夠，沒有形成長時記憶。想要物理知識用得好、用的妙，就要在“準確復述”的基礎上做到“遷移復述”，把新知識與已有信息一起建構成為知識體系的一部分，形成真正屬于自己的長時記憶。

“遷移復述”是指學習物理知識后，將理論應用于實踐中，并從實踐中又抽象歸納出物理規律，形成科學物理觀念。“學，是為了不學”，在長時記憶中留下的痕跡不全是知識本身，而更多的應該是“問題解決”、“創建”等高階認知策略過程中的思路、方法和步驟，是所學知識對未來新的學習產生的有效影響。

1.4 深度學習發生過程

如圖1 所示是學生深度學習發生過程的示意圖。“深度學習”并不是從傳遞特定知識內容的教科書開始，而是從揭示問題開始的。[2]

圖1 深度學習發生過程示意圖

與淺層學習的差別在于，深度學習強調學生主動觸發知識與經驗的鏈接。學生能夠提出物理問題，在問題的解決過程中，將掌握的物理知識交互應用，經過獨立思維的深層次加工，再一次抽象歸納物理規律，形成科學物理觀念，完成遷移復述，形成長時記憶。

2 觸發獨立思維深層次加工

2.1 驅動任務（一）——學生自主創新實驗

要求學生不僅要“準確復述”，還要“遷移復述”，那么，與之對應的作業，就不能只有常規的書面作業。筆者在本節課教學的最后，除了常規的書面作業和分析交流作業，還布置了拓展提高作業，以期拓寬學生分析“物體浮沉”的視界，觸發學生深度思考。作業的內容是“選擇生活中的一個物品放進水中，說明它的浮沉情況；請你通過任一方法改變它的浮沉。拍成視頻，周末完成，提交到郵箱。”該作業設計的優點在于：

（1）緊密聯系生活。雖然不同的孩子生活的環境不同，但題目設定的“生活中”這一情境緊密貼合每個學生生活經驗，目之所及都可以作為觀察對象；（2）設置兩個能力層級。第一層任務是先觀察該物品的浮沉情況，學生對知識的理解從課本“死”的圖片轉移到生活“活”的物品；第二層任務是通過“任一”方法改變其浮沉，本質上來講就是要改變液體的密度或者改變物體的重力，其中，改變物體的重力也可以用改變物體的平均密度來實現。學生發揮空間很大，“活”的物品升華為“靈活”的知識應用。

2.2 驅動任務（二）——自主情境命題

此次作業共收集42 個視頻作品，作品時長一般2-3 分鐘。涉及到生活中的物品有花生米、金屬盒、塑料袋、橡皮泥、硬幣、李果、西瓜皮、筆套、骰子等。筆者選取其中的若干個作品來引導學生進行自主情境命題，在此以其中一個作品為例。

2.2.1 命題案例：碗

命題思路：由圖2 的實驗現象，提煉出圖3 的理想化現象，增加已知物理量。

圖2 碗的變化

突破難點：學生知道這樣操作能改變碗的浮沉，但對“增加已知量”這個要求感覺很抽象，在編制題目時沒有方向。

命題策略：引導學生測量碗的質量、查閱碗的密度，計算出碗的體積，再將浸沒時“V排=V”作為隱含線索來編制題目。本題情境中，既可以通過增加水的質量計算出碗的體積，也可以通過液體深度的變化來計算出碗的體積；可以通過漂浮時二力平衡計算浮力，也可以反過來由漂浮時的V排計算出浮力再通過二力平衡計算出重力，總之出題方向多樣化。

題目：韋同學在家洗碗時發現，碗既可以漂浮在水面，也可以沉入水底。為了探究其中的奧秘，他用電子秤測量碗的質量為200g。如圖3 甲所示，在底面積為100cm2的容器中裝h1=20cm 深的水。讓碗漂浮在水面上，此時液面位置如圖3 乙所示；再將碗沉入水中，靜止在容器底部，發現水面下降了，如圖3 丙所示。小韋加入質量為120g 的水后，液面到達圖3 乙所示液面位置。已知水的密度為1×103kg/m3。求：

圖3 碗和水面的關系

（1）沒有放碗前，水對容器底的壓強；（2）碗漂浮時受到的浮力；（3）碗的密度；（4）碗浮在水面和沉入水底時，水對容器底部的壓強變化量；（5）碗靜止在容器底部時，容器對碗的支持力。

2.2.2 命題思路拓展

學生從自己的實驗中提煉出熟悉的題目，突然“恍然大悟”，原來“命題”是這樣簡單——從實際情境出發，結合知識的應用，回歸課本。接著學生就想到，花生米、盒子、碗等能不能理解為船、航空母艦、潛水艇等物體呢？“看得見的生活”和“想象中”的生活產生合理鏈接。

筆者再進一步引導學生提升命題的深度：三個案例的理想化現象圖中，在容器底部增加一個電子秤，會看到電子秤的示數有什么變化呢？學生們能不能針對此情境命題呢？到這個階段的學習，答案當然是肯定的，甚至還能給老師帶來一些意想不到的驚喜。

2.3.3 命題功能

首先，必須具備評價學生基礎達標的功能。策略是從實驗現象以及實驗數據提煉出理想化模型。大部分學生實驗過程中，兩個容器并不相同，液體的深度也不同。而初中學生對多因素、較復雜的情境分析能力也不足。為了便于學生理解核心知識的應用，可以引導學生忽略一些次要因素，保留重要因素來編制題目。

其次，要具備提升學生思維能力的功能。策略是可以配數據進行計算，將鹽水換為某液體，增加解題的未知感。配數據這一環節是最難的，學生對物品的相關數據了解不多，也不全面。可以引導學生實地測量，指導學生選擇比較接近且較為合理的數據來編制題目。

第三，要具備開發學生創新能力的功能。策略是增加已知物理量，進行分析計算。可以引導學生設置隱含線索來編制題目，使題目靈活多變。

第四，課堂知識的學習，首先完成了淺層記憶。在此基礎上，學生自主創新實驗，讓學生從生活中抽象出物理實驗的模型，完成了“遷移”；自主情境命題，讓學生從自己的實驗中提煉出考點，編制考題，通過解題進一步抽象歸納出物理規律，形成真正屬于自己的穩定的長時記憶，完成了“復述”。學生閃出創新思維的火花，擁有自己“解決實際問題”的思路、方法和步驟。

3 驅動任務觸發思維深層次加工教學策略

著名物理學家陳佳洱先生也曾談到過：“物理學不只是圖表和數據，它能帶給你很多更珍貴的東西，理性的思維方式、人生的哲學和人生的道路。”[3]依托數字化作業形式，學生自主創新實驗的情境命題，是促進學生深度學習、落實核心素養培養的最優教學策略，如圖4 所示。

圖4 驅動任務觸發思維加工策略

學生自主創新實驗作品，從設計開發到情境命題，促進思維深層次加工，學生從生活抽象出實驗，再從實驗現象提煉出考點編題、寫題，真實反映了他的創造思維廣度和對物理知識理解的敏銳度。他們經歷的是“問題解決”、“創建”、“決策”等一系列高階認知策略主導下的思維訓練，對知識的處理，也就從事實性知識上升到概念性知識，就形成了科學物理觀念，形成可視化科學思維。