指向深度學習的高中物理教學模式研究

趙芹

新一輪課程改革以培養學生核心素養為基本目標、以“立德樹人”為根本任務，意在實現促進“人的全面發展”目標。高中物理學科核心素養涵蓋“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面，強調學科的育人價值，對新課程標準提出的三維目標做出提煉與升華。但若想使物理教學從“知識為本”逐步過渡到“以人為本”，在學習方式、學習過程、學習目標等方面均需開展深度學習。基于此，深入探究指向深度學習的高中物理教學模式具有重要現實意義。

一、構建指向深度學習的高中物理教學模式理論框架

（一）深度學習的內涵與特征

深度學習是基于知識理解的高水平學習活動，泛指教師指導學生將所學知識應用于新情境，以解決新問題的學習過程。深度學習指向學生的高階思維發展，目的是整合知識或建構知識體系，指導學生批判地思考，將新知識與原有知識體系結合，且在新知學習中能夠利用所學知識解決問題，形成對新知識的深刻理解，逐步完善自身的知識體系，提升知識遷移能力。

深度學習主要有以下特征：1.重視整合與遷移基礎知識，需要學習者在學習中深度理解概念性知識，整合資源，構建知識體系，學會反思與批判、知識遷移應用；2.激發內在學習動機，需要學習者深度探究、反思、批判，在學習期間不斷發現新問題、解決新問題，并非在家長以及升學考試的壓力下被動學習；3.具有批判理解、靈活應用、高階思維等特征，在深度學習中培養學習者的形象思維能力、歸納概括能力、批判性思維能力、演繹推理能力，促使學習者遷移應用新舊知識，產生新的體驗、理解，獲取新知識，用于自我精神世界構建。

綜上，單純從理論層面來看，在高中物理中構建指向深度學習的教學模式，有利于發展高水平的思維認知。

（二）深度學習在高中物理教學中應用的可行性

物理是追求事物現象的本質通過字母符號表象知識、方法的學科。目前，人教版高中物理教材以力學、電磁學等內容為基礎，引導學生通過實驗觀察構建抽象物理模型，再基于數學技術、推理論證等構建知識體系，各個知識模塊之間聯系緊密、邏輯系統。同時，科學方法是物理知識與知識體系建構、知識應用之間的橋梁。物理知識體系的構建需要物理方法的支持。解決物理問題過程中必然需要融會多個知識點、運用不同思維方法。因此，看似知識龐雜、混亂的高中物理，其知識之間具有較強的系統性，需要真正觸發學生內在學習動機、情感、思維，才能有效引導其在學習中完成知識構建、學會解決問題與身份構建，形成綜合性學習需要的高階思維。由此來看，物理學科特點、知識結構均決定深度學習在高中物理教學中應用具有可行性和必要性。

二、指向深度學習的高中物理教學模式構建

（一）物理概念教學模式

基于深度教學理論，引導學生在學習中思維逐步從淺層過渡到深層，得到以下概念教學模式的基本模型：

（1）選擇現實生活中的真實案例或學生生活中親身經歷的案例創設情境，架起物理實驗與生活之間的聯系橋梁，并向學生提供直觀且有意義的前概念，激活大腦、引發思考。

（2）先完成知識表征模型構建，引導學生積極回憶，在腦海中重現已學知識與相關前概念，再將思維調整到探究對象上，使學生能夠自主分析、拆解探究對象。

（3）從實踐視角出發，基于概念知識設計相關體驗活動，盡量避免與前概念發展沖突或矛盾，基于同化、順應原則使學生能夠全身心地投入，深刻感知概念形成過程。

（4）在解決探究問題方向給予指導，使學生選擇合理的思維方法解決物理概念問題、論證概念。

（5）以學習小組探究討論的形式對物理原理進行理解。運用反證法，讓學生對物理原理的聯系與區別產生客觀的認識，進而能夠深入探索概念知識內涵，拓展思維，掌握知識外延。

（二）物理規律教學模式

基于深度教學理論，引導學生正確理解物理過程內在的本質聯系，探索分析方法。物理教學可以劃分為五個階段：情境創設、知識分析、實驗探究、問題解決、交流反思。基于此，規律教學模式的基本模型如下所述：

（1）將物理實驗與物理規律推理作為載體，創設教學情境，制造能夠引發與前概念矛盾的情境，形成認知上的沖突。

（2）深入分析與探索問題，對其中的物理概念、物理現象進行匯總，獲取總結物理規律所必需的顯化問題要素。

（3）以物理規律為基礎，設計實驗或探究活動，創造學生參與課堂體驗的機會，使學生自主完成活動任務，還原、感知物理規律建立過程。

（4）在體驗與實驗活動中掌握物理規律探究方法以及解決問題的思路，內化物理原理，熟悉概念之間聯系，準確解釋探究問題。

（5）運用合作探究學習模式完成深入討論與探究，將物理規律同物理概念聯系起來，辨析兩者的關系；回顧規律建立過程，反思實驗或推理，總結兩者之間管理，并進一步總結物理規律的局限性與近似性。

（三）物理實驗教學模式

基于深度學習，引導學生在物理實驗中展開深度探究，具體過程為創設實驗情境、分析知識表征、探究實驗問題、解釋實驗原理、合作交流反思?；诖?，實驗教學模式的基本模型如下所述：

（1）提供生活情境中與之相關的視頻或圖片，創設真實問題情境，引出實驗主題。

（2）師生交流，引導學生提出合理猜想，形成實驗假設，完成自主整合實驗信息。

（3）驅動學生自主設計實驗方案，圍繞探究目標展開實驗，獨立完成實驗操作，完整地感受、體驗實驗過程。

（4）幫助學生尋找實驗數據，指導學生選擇合理的數據處理方法，對實驗數據展開分析，逐步提升有效處理信息能力。

（5）從現實出發，設計與試驗相關且更為復雜的疑難現象，解釋實驗問題。

（6）組織學生在學習小組內討論實驗現象、數據、結果，在交互合作中完成深度探究。

（7）引導學生回顧實驗與探究過程，進行批判性反思，獲得實驗結論，分析誤差。

三、指向深度學習的高中物理教學模式應用

（一）深度導入——搭橋類比策略

搭橋類比策略是物理教學的最大優勢，可促進學生轉化概念。策略實施以參照情境為基礎，設置具有漸進式特征的問題，幫助學生打開思路，從而在常規正確直接判斷基礎上拓寬學生的思維與視野，從多視角出發探究解決情境中問題的方法。在探究問題導入環節運用搭橋類比策略設置情境，能夠有效調動學生對前概念的記憶，使其在解決問題中自覺將物理概念聯系起來，形成完整的認知，主動體驗有意義的知識建構。同時，也可以在直覺判斷中不斷調整解決問題方向，為學生提供自主思考、分析的機會，并非直接將問題答案提供給學生。

以人教版物理選擇性必修二《電磁感應》中“楞次定律”教學為例，教學重點是掌握感應磁場方向與原磁通量變化之間的關系。教學中，教師通過直接演示創設直觀情境，即將磁鐵兩級分別靠近載有線圈的小車，繼而銜接問題情境，引發學生思考。具體問題如下：（1）當N級與線圈接近時，線圈中磁通量發生改變，該怎樣分析這種變化？（2）同性相斥，原磁場與感應磁場的方向相同嗎？（3）線圈中的磁通量是否會受到感應磁場的阻礙影響？磁通量發生怎樣的變化？

設置以上問題形成問題串，要求學生分析不同情況下感應磁場與原磁場之間的關系。問題之間存在遞進關系，解決一個問題后，會出現情況更為復雜的問題，因此需要學生不斷深入分析、理解，學會從不同方向探索問題、建立知識之間的聯系。因此，教師發揮自身在探討過程中的引導與幫助作用，通過搭橋類比策略創建問題情境，助力學生突破物理學習難點，提高物理學習積極性，使其自覺跟隨進度完成深度思考，并真正做到尊重學生、轉換角色，積極創造學生發揮主體作用的條件。而從易到難、從淺入深的問題串，不僅可以探索出問題的答案，也可以深化探究楞次定律形成過程的學習體驗。

由此來看，本次教學符合“最近發展區”理論，整個教學過程均保證走在學生思維發展前面，符合學生認知規律，在引導學生自主感受、探索物理規律的過程中提升認知能力。

（二）深入研究——實驗探究策略

實驗探究策略是物理教學從實踐角度出發引導學生參與學習體驗的契機，強調應利用情境引導學生積極主動地參與實驗，通過實驗中物理現象的產生、變化、數據、結論尋找解決問題方法，完成深入研究。在教學過程中，教師可以從故事情境出發，發揮學生已有認知的驅動作用，將探究實驗從完成學習任務轉變為滿足學生內在需求。實驗探究策略是在實驗中賦予學生充分自主權，創建自主學習情境，營造輕松的實驗探究氛圍，深化學生對物理原理的理解，使其更客觀地感受物理學習的意義與價值，從而使物理知識的作用更加鮮活生動。

以人教版高中物理必修第一冊《相互作用——力》中“力的合成和分解”教學為例，為探究分力與合力之間的關系展開實驗。教學過程如下：

1.創設情境，引出實驗主題。

首先要求兩名女同學共同提起一桶水，使水桶在空中靜止。再由一名男同學提起這桶水，在空中靜止。兩名女同學可以做到的事一名男同學也做到了，說明什么？

待學生總結出兩個力與一個力等效、一個力產生兩個效果后，再引導學生從現實生活出發舉出兩個力與一個力等效的事例，加深理解，繼而總結合力與分力的概念以及力的合成與分解。

2.實驗探究，學習新課知識。

向學生提供砝碼，還原男、女同學提水的場景。利用兩個彈簧測力計將砝碼提起，靜止在空中，讀出彈簧測力計上的示數；用一個彈簧測力計將砝碼提起，靜止在空中，讀出示數。分析示數之間的關系，探究分力與合力之間的關系——兩個力的合力大小不等于兩個分力大小之和。

首先，實驗前設置“同學提水”實驗情境，還原現實生活中常見現象，激發學生興趣，也使學生產生好奇，即簡單而普通的生活現象背后能夠蘊含高深的物理知識，拉近學生與知識之間的距離，但又無法完全理解，從而基于學生強烈的探究欲望引出實驗的主題。其次，實驗過程中，學生結合已學知識僅能明確力的作用是相互的，可以對物體的狀態做出改變；從已有生活經驗出發，兩個人同時用力，力會疊加產生更大的力。在此基礎上加深思考，在兩個力與一個力相等時，其中兩個力為分力，一個力為合力，可以認為一個合力能夠拆分成兩個力，從而探究新知識點。最后，從物理邏輯思維出發，引導學生辯證看待問題，當兩個力與一個力不相等時，分力與合力又會出現哪些情況，由此則可以結合實驗中彈簧測力計的數據展開分析，探索解釋實驗現象的答案。

可見，在簡單的情境下激活學生內在學習動機，將實驗任務自然而然地呈現在課堂，通過實驗體驗提升學生探究思維與解決問題能力，進而進入深度學習狀態，有效提高教學效果。

（三）深化評估——認知診斷策略

認知診斷策略將教育心理學領域的心理測量模型與教育學領域的認知理論模型有機結合在一起，對學生進行系統、科學評測，使其認識自身在認知發展中存在的優勢與劣勢。從實踐層面來講，實施認知診斷策略過程中需要以知識點、思維過程、思維方法為載體構建問題測量模型，通過模型直觀了解學生認知情況，可以客觀判斷知識掌握程度、核心素養發展情況。而通過認知診斷測量可以回顧與反思學習過程，了解學生學習中遇到的障礙，幫助學生分析未來學習中可能遇到的障礙，以便引導學生深度理解物理概念與規律。

以人教版物理必修三《靜電場及其應用》中的“庫侖定律”教學為例，在完成探究與學習后，可引導學生反思庫侖定律的局限性與近似性。

學生了解到求解真空中靜止點電荷相問題，涉及庫侖定律的應用，若電荷非點電荷，r大于電荷尺度，庫侖定律同樣適用。通常情況下庫侖定律相關知識的教學會到此結束，后續教學主要集中在定律的應用上。但從已有教學經驗來看，學生會出現機械片面的認知，在應用知識時只是盲目地代入公式，難以使思維從淺層過渡到深層，即庫侖定理適用于真空中的點電荷產生的電場，當r=0時，電荷不能看成點電荷，庫侖定律不再適用。基于此，應回顧問題解決的過程，引導學生有針對性地進行反思，找出矛盾點，分析庫侖定律的適用性。在已得結論基礎上，通過特殊情況出現的特殊矛盾引導學生認知診斷，找到思維認知中出現的障礙，即未“吃透”知識的部分，促使學生加深理解，掌握更多外延概念，使深度學習走向開放。

可見，實施認知診斷策略既可以助力學生完善知識體系、探索完整結論，也可以引領學生的思維走向更深層次，促進學科核心素養發展。

四、結語

總而言之，構建指向深度學習的高中物理教學模式對培養學生學科核心素養具有重要意義。教師應認識到深度學習在高中物理教學中的適用性，并結合物理內容特點，構建物理概念、物理規律、物理實驗的教學模型，完善物理教學方案。教師還需根據學生在物理學習中的反饋，靈活調整課程內容，使教學模式與學生的認知發展相適配，助力學生知識意義建構、思維高階提升、能力快速發展，培養推理、遷移、反思、批判、創新等一系列高階思維。