深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)

［摘 要］文章探討了深度學(xué)習(xí)如何驅(qū)動(dòng)“物理學(xué)與日常生活”的跨學(xué)科實(shí)踐，闡述了深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)分類、設(shè)計(jì)原則、實(shí)施步驟以及挑戰(zhàn)，并提出了解決方案。通過(guò)深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐能促進(jìn)學(xué)生深刻理解和牢固掌握物理學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。

［關(guān)鍵詞］深度學(xué)習(xí)；物理學(xué)與日常生活；跨學(xué)科實(shí)踐；設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］" " G633.7" " " " " " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號(hào)］" " 1674-6058（2024）32-0043-04

一、問(wèn)題的提出

傳統(tǒng)的實(shí)踐作業(yè)往往過(guò)于注重知識(shí)的灌輸，而忽視了激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造力。學(xué)生在完成實(shí)踐作業(yè)的過(guò)程中，往往只是被動(dòng)地接受知識(shí)，而缺乏對(duì)知識(shí)的深入理解和實(shí)際應(yīng)用。這既難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的需求。基于此，我們提出了深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)理念。這一設(shè)計(jì)理念的提出，既是對(duì)傳統(tǒng)教育方式的反思，也是對(duì)未來(lái)教育發(fā)展的積極探索。此外，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，特別是其中新增的跨學(xué)科實(shí)踐主題，為深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)提供了重要的政策依據(jù)和理論支撐。通過(guò)實(shí)施跨學(xué)科實(shí)踐，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，為他們的未來(lái)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們期待跨學(xué)科實(shí)踐能夠推動(dòng)物理教育的改革和發(fā)展，為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的教育資源和實(shí)踐機(jī)會(huì)。

二、深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)理念

“深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)”是一種以深度學(xué)習(xí)為核心理念的教學(xué)策略，強(qiáng)調(diào)在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程，體驗(yàn)成功，并獲得有意義的發(fā)展。

“深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)”是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)策略，注重學(xué)生的全面發(fā)展，特別注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。

基于此，我們提出了深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐模型2.0（如圖1），即深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐模型。該模型在傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化了教學(xué)策略和方法，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和問(wèn)題解決能力。具體地，可以通過(guò)設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性和貼近生活的跨學(xué)科實(shí)踐作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、合作學(xué)習(xí)，并反思總結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

在深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐中，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異和學(xué)習(xí)需求，提供個(gè)性化的指導(dǎo)和支持，不斷反思和調(diào)整教學(xué)策略，以適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)需求的變化。同時(shí)，教師還應(yīng)不斷優(yōu)化教學(xué)實(shí)踐。

三、深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)分類

物理學(xué)與日常生活的深度融合是跨學(xué)科實(shí)踐的內(nèi)容之一。該實(shí)踐可根據(jù)不同維度進(jìn)行分類。以下是一些建議的分類方式、依據(jù)及實(shí)例。

（一）按實(shí)踐場(chǎng)景分類

家庭場(chǎng)景：聚焦家庭生活中的物理學(xué)知識(shí)應(yīng)用，如利用物理原理改進(jìn)家居設(shè)備等。

學(xué)校場(chǎng)景：在校園內(nèi)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)和探究，如制作簡(jiǎn)易機(jī)器人等。

社會(huì)場(chǎng)景：結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)，運(yùn)用物理學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，如城市規(guī)劃中的聲學(xué)問(wèn)題等。

（二）按實(shí)踐形式分類

實(shí)驗(yàn)型：通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)探索日常生活現(xiàn)象，如測(cè)量物體的質(zhì)量、探究物體受到的摩擦力等。

制作型：利用物理學(xué)原理制作實(shí)用工具或裝置，如制作簡(jiǎn)易手電筒、搭建太陽(yáng)能熱水器等。

調(diào)查型：調(diào)研生活中的物理問(wèn)題，如調(diào)查城市的噪聲污染等。

（三）按實(shí)踐目標(biāo)分類

知識(shí)掌握：通過(guò)實(shí)踐強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，如實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理定理。

能力培養(yǎng)：通過(guò)實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、分析能力及解決問(wèn)題的能力，如讓學(xué)生自主探究生活中的物理現(xiàn)象等。

態(tài)度培養(yǎng)：通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)，如引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展物理科普活動(dòng)等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。

上述分類僅為示例，具體可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。合理的分類有助于教師更精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求。

四、深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)原則

（一）問(wèn)題導(dǎo)向原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞實(shí)際問(wèn)題或挑戰(zhàn)展開(kāi)，讓學(xué)生在真實(shí)情境中理解和應(yīng)用物理知識(shí)。

（二）跨學(xué)科整合原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)融合物理學(xué)與日常生活或其他學(xué)科知識(shí)，以培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和綜合應(yīng)用能力。

（三）實(shí)際操作原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)包含動(dòng)手實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐來(lái)理解和掌握物理學(xué)原理。

（四）反思與總結(jié)原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思和總結(jié)，討論在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題方法，系統(tǒng)梳理所學(xué)知識(shí)和積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（五）個(gè)性化學(xué)習(xí)原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)需考慮學(xué)生的個(gè)體差異和學(xué)習(xí)需求，給學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和指導(dǎo)，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（六）持續(xù)改進(jìn)原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)，需根據(jù)學(xué)生的反饋和表現(xiàn)不斷調(diào)整和改進(jìn)實(shí)踐項(xiàng)目，如改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、調(diào)整探究問(wèn)題等，以提升實(shí)踐效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（七）激發(fā)興趣與挑戰(zhàn)原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐中，教師應(yīng)設(shè)計(jì)有趣的挑戰(zhàn)任務(wù)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（八）技術(shù)與數(shù)據(jù)支持原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)注重利用現(xiàn)代技術(shù)工具和數(shù)據(jù)資源，增強(qiáng)實(shí)踐科技含量，提升實(shí)踐效果。

（九）安全與倫理原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)需嚴(yán)格遵守安全操作和倫理規(guī)范，確保學(xué)習(xí)環(huán)境安全。

（十）評(píng)價(jià)與反饋原則

深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)應(yīng)注重建立合理的評(píng)價(jià)體系，綜合考量學(xué)生的參與度、表現(xiàn)、成果等，及時(shí)給予學(xué)生反饋與指導(dǎo)，幫助學(xué)生認(rèn)清學(xué)習(xí)狀況并調(diào)整學(xué)習(xí)策略。

明確上述設(shè)計(jì)原則，有助于有效開(kāi)展深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

五、深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐的實(shí)施步驟

隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，深度學(xué)習(xí)理念在教育領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可和實(shí)踐，為跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)提供了新的思路和方法。本文以初中物理跨學(xué)科實(shí)踐為例，深入探討深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)。

（一）選擇主題

選擇貼近學(xué)生日常生活的主題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，以深入理解物理學(xué)原理，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。例如，選擇“制作簡(jiǎn)易杠桿裝置”這一實(shí)踐主題，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作簡(jiǎn)易杠桿并探尋杠桿平衡原理，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

實(shí)踐主題：制作簡(jiǎn)易杠桿裝置。

制作材料：木棒（或塑料棒）、繩子、不同質(zhì)量的重物、秤砣、標(biāo)記筆、紙。

原理探尋：杠桿兩端力矩需平衡以保持杠桿穩(wěn)定。力矩是力和力臂的乘積，其中力臂是從支點(diǎn)到力的垂直距離。當(dāng)杠桿兩端力矩相等時(shí)，杠桿平衡；反之，杠桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示為杠桿平衡原理圖。

（二）設(shè)定目標(biāo)

在確定主題后，需明確跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)的三維目標(biāo)（知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)）以及核心素養(yǎng)目標(biāo)。以“制作簡(jiǎn)易杠桿裝置”為例，知識(shí)目標(biāo)設(shè)定為讓學(xué)生掌握杠桿平衡原理；能力目標(biāo)設(shè)定為讓學(xué)生能夠運(yùn)用杠桿平衡原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；情感目標(biāo)則是培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新能力。而核心素養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)定如表1所示。

（三）制作裝置

制作步驟：（1）選取一根適當(dāng)長(zhǎng)度的木棒（或塑料棒），用繩子將一個(gè)重物系于木棒一端，形成動(dòng)力和動(dòng)力臂。

（2）于木棒另一端系上另一重物，形成阻力和阻力臂。

（3）在木棒上取一點(diǎn)為支點(diǎn)，在紙上記錄下動(dòng)力臂和阻力臂的長(zhǎng)度以及重物的重力。

（4）調(diào)整重物的位置和重量，觀察杠桿是否平衡。

（5）利用秤砣逐步增減動(dòng)力臂上的重量，觀察并記錄杠桿的變化及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)制作簡(jiǎn)易杠桿裝置，學(xué)生可深入理解杠桿的平衡原理，把握杠桿的平衡條件，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和科學(xué)探究精神。

（四）收集與整理數(shù)據(jù)

構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型，數(shù)據(jù)至關(guān)重要。因此，我們需收集大量關(guān)于杠桿平衡的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。

（五）構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型

基于已收集和整理的數(shù)據(jù)，構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型。針對(duì)“制作簡(jiǎn)易杠桿裝置”主題，我們可構(gòu)建一個(gè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型，輸入處理后的數(shù)據(jù)以探究杠桿的平衡條件。通過(guò)對(duì)模型的優(yōu)化，可得到更準(zhǔn)確的探究結(jié)果。

（六）評(píng)價(jià)與反饋結(jié)果

在完成深度學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建后，需要對(duì)深度學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，并根據(jù)反饋進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。評(píng)價(jià)可側(cè)重于準(zhǔn)確率等指標(biāo)，反饋則應(yīng)針對(duì)模型短板進(jìn)行。同時(shí)，還應(yīng)將評(píng)價(jià)結(jié)果反饋給學(xué)生，使其明晰自己的方案設(shè)計(jì)和構(gòu)建的裝置是否符合要求，以及如何改進(jìn)。最后，引導(dǎo)學(xué)生參照評(píng)價(jià)量表（見(jiàn)表2）對(duì)所制作的杠桿裝置進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，并反思整個(gè)制作過(guò)程。

六、關(guān)于“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐的思考

“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的課題。以下是筆者對(duì)此課題四個(gè)方面的思考：

（一）跨學(xué)科實(shí)踐助推“雙減”政策的落實(shí)

“雙減”政策旨在減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)和培訓(xùn)負(fù)擔(dān)，提高教育質(zhì)量。跨學(xué)科實(shí)踐作為一種新型的教育方式，能夠有效助推“雙減”政策的落實(shí)。開(kāi)展“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐，可將物理學(xué)與日常生活相結(jié)合，使物理學(xué)習(xí)變得生動(dòng)有趣，減少學(xué)生死記硬背的學(xué)習(xí)壓力，同時(shí)還通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和問(wèn)題解決能力。

（二）跨學(xué)科實(shí)踐助力新課標(biāo)理念落地

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力。跨學(xué)科實(shí)踐正是踐行這一理念的有效途徑。開(kāi)展“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐，可通過(guò)將物理學(xué)與其他學(xué)科的深度融合，使學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，跨學(xué)科實(shí)踐還能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

（三）跨學(xué)科實(shí)踐促進(jìn)“五育融合”

“五育融合”是指將德育、智育、體育、美育和勞育有機(jī)融合，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。而開(kāi)展“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐，將物理學(xué)與日常生活相結(jié)合，不僅能讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握學(xué)科知識(shí)，更能培養(yǎng)他們的科學(xué)思維、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)精神、溝通能力和審美素養(yǎng)，全面促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升和社會(huì)適應(yīng)能力的增強(qiáng)。

（四）跨學(xué)科實(shí)踐有效實(shí)現(xiàn)“跨出”與“跨入”

在跨學(xué)科實(shí)踐中，“跨出”意味著突破傳統(tǒng)的學(xué)科界限，勇于嘗試新的教學(xué)方法；“跨入”則意味著深入其他學(xué)科領(lǐng)域，探尋學(xué)科間的交叉點(diǎn)。“跨出”是為了更好地“跨入”。只有敢于嘗試新的教學(xué)方法，才能更深入地挖掘?qū)W科之間的交叉點(diǎn)，推動(dòng)學(xué)科間的融合和發(fā)展。同時(shí)，“跨出”亦需要注重學(xué)生的個(gè)體差異和個(gè)性特長(zhǎng)，尊重學(xué)生的意愿，賦予學(xué)生自由選擇研究領(lǐng)域的權(quán)利，以激發(fā)他們的內(nèi)在潛能與學(xué)習(xí)興趣。開(kāi)展“物理學(xué)與日常生活”跨學(xué)科實(shí)踐，有效實(shí)現(xiàn)了“跨出”與“跨入”。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

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