深于核心素养 导以体验支架

摘   要：深度学習是学习者身心与学习情境共同交互的具身化过程，指向物理核心素养，体现在物理观念之深刻、科学思维之深化、科学探究之深究、科学态度与责任之深切。搭建体验式学习支架，能促进学生的学习。体验式学习支架的搭建可实行如下策略：巧用现代媒体，增添学习交流的角度;投身兴趣活动，拓宽知识运用的广度;利用层级设问，铺设科学思维的梯度;借助科学史实，感悟科学探索的厚度;优化评价办法，体验思维过程的温度;融合特色项目，提升地方课程的用度。

关键词：物理核心素养;深度学习;体验支架

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）11-0014-5

人的深度学习是一种整体的学习状态，是学习者全身心投入的过程，而绝不仅仅是学习者大脑内部信息加工的过程[1]。因此，深度学习最终应该促进人的核心素养的提升。随着核心素养研究的深入，促进深度学习与指向核心素养的高中物理学习设计的有机融合，应是当前物理课堂教学实践的一个重要研究领域。

全身心投入的深度学习，是一种体验成功、获得发展的有意义的学习过程，这不是简单的与身体分离的大脑的符号运算，而是身心与学习情境共同交互的具身化过程[2]。这种具身化学习需要教师创设情境，为学生提供视觉、听觉、触觉等感官的体验，甚至引发镜像神经元对过往学习经验的再现，为学生创设体验式的学习情境与学习支架，实现深度学习[3]。

基于上述分析，体现深度学习的高中物理课堂，应该是指向物理核心素养，并可以通过搭建体验式的学习支架，促进学生发展的深度学习。

1    深在何处——指向物理核心素养

物理学科核心素养是物理学育人价值的集中体现，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任[4]。因此，深度学习之深，落实在核心素养的四个方面。

1.1    深刻：物理观念

指向物理观念的深度学习，应该是学生在物理概念与物理规律学习的过程中，对物质观念、运动与相互作用观念、能量观念产生本质性的深刻理解与体会（图1）。这种深刻性体现在学习过程中对知识点理解基础上的认知结构化与层级化。

【案例1】 能量观念的深刻理解

在能量守恒的单元复习中，学生掌握了重力做功与重力势能变化的关系、弹力做功与弹性势能变化的关系、电场力做功与电势能变化的关系、摩擦力做功与物体内能变化之间的关系，等等。但对于纷繁复杂的能量类型，面对功能关系、动能定理、机械能守恒定律等规律，许多学生往往只见树木不见森林，没有从能量守恒的高度来审视诸多概念与规律之间的关联，脑中的知识还处于碎片化状态。基于这样的认知基础，引导学生梳理“体现能量守恒深刻理解的思维导图”，帮助学生在物理观念的形成过程中彰显其深刻性。

1.2    深化：科学思维

指向科学思维的深度学习，应该是学生在模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新的过程中，摆脱肤浅的形式主义，层层深入，走向深化的学习过程。这种深化，体现在模型建构时之合理抽象，体现在科学推理时之合乎逻辑，体现在科学论证时之基于证据，体现在质疑创新时之多维审辩。

【案例2】 太阳与行星间引力之发现

在太阳与行星间引力重新“发现”的学习过程中，将行星的椭圆轨道简化成圆轨道模型，然后以教育重演的方式，让学生扮演课堂中的牛顿，且给出学生先决条件——关于力与运动的相关定律。在引力的发现过程中，先引导学生对行星运动的受力情况进行分析，并以开普勒行星运动定律的天文观测数据进行验证，推导太阳对行星的引力与行星的质量成正比。然后，又以“太阳与行星”是否有主次之分为话题，引发学生对结论的二次深入质疑，由此猜测常数k中隐含了太阳质量的相关因素，从而进一步得出行星对太阳的引力与太阳质量成正比。

通过建模、分析、推理与论证的学习过程，学生的科学思维得到了深化，质疑精神得到了熏陶。

1.3    深究：科学探究

指向科学探究的深度学习，应该是学生在真实的情境中提炼科学问题，以科学的途径获取证据，以深思熟虑的态度解释猜想，在平等互助的环境中交流观点，追求探究的针对性与层次性，不浅尝辄止。

【案例3】 阻尼振动周期的深度探究[5]

在阻尼振动的学习中，学生产生了一个疑问：简谐运动的振幅与周期均不变，阻尼振动的振幅在减少，那么其周期是否会产生变化？

面对这个问题，为了探究猜想，将这一问题转化为课外的研究性学习，不同小组纷纷行动，设计了不同的方案。

小组A：用刻度尺测量教科书插图上横轴对应一个周期的线段长度。

小组B：利用秒表测量阻尼振动一次全振动所需的时间。

小组C：利用位移传感器测量振子的运动情况，并对传感器处理而得的数据进行周期分析。

小组D：用手机拍下阻尼振动的微视频，然后利用视频中的“时间条”来判定振动周期的情况。

由于实验误差，不同小组通过实验探究后得出的结论不一致，有的认为周期不变，有的认为周期改变。为了深度探究，在学生展示实验结论的基础上，教师引导学生做进一步的理论探究。写出其动力学方程m·根据β与ω0的大小区别，阻尼振动有弱阻尼、过阻尼与临界阻尼。如图3中的公式所示，对于弱阻尼振动而言，其振动过程中连续两次通过平衡位置的时间间隔仍是相同的，但这一时间间隔比同样振动系统做简谐运动的周期要大，也就是说因为阻尼，“周期虽稳定”，但节奏变慢了。

通过上述深度探究，师生共同梳理了科学探究过程中的合理环节与不合理的方案，并由浅入深，由表及里，最终触及物理现象的数学实质，实现科学探究的深度学习。

1.4    深切：科學态度与责任

指向科学态度与责任的深度学习，应该是学生在认识科学本质、科学态度与社会责任的过程中，形成对科学本质的深切认识，对科学态度求实、求真、求恒的深切体悟，对道德规范及社会责任的深切情怀。这种深切，难以言传相授，主要来自于物理概念与规律学习及应用过程中的切身体会与感悟。

【案例4】 物理习题中的社会责任

在曲线运动的学习中，当学生通过实验得出了曲线运动的速度方向是该点的切线方向后，先组织学生进行挡泥板的设计比赛。在作品展示中，有些学生只考虑到保护自己，但也有学生考虑到保护自己的同时也要顾及路人。通过评价，使得物理知识中融合了人文关怀。接下来，教师展示当前生活中常见的共享单车的挡泥板设计样式（如图4所示），再请学生以专家的身份对其进行点评，深切体会科学知识与技术、社会的关联。

2    如何深入——搭建体验学习支架

学习科学的研究成果强调知识建构的情境性，关注环境对于智能的影响，主张有意义的学习去促进知识向真实生活情境的转化[6]。这些成果说明，课堂教学要实现深度学习，就需要重视情境设置，重视真实生活。若说课堂教学是一场舞蹈，那么教学设计就是编排舞蹈的过程[7]。深度学习是否能真正发生，有赖于教师精心的教学设计。有效的教学策略，能使科学思维深化，使科学探究深入，使科学态度与责任深切，使学习结果与形成的物理观念深刻。为了支持学生实现深度学习，教师在创设学习情境的可供选择的众多教学策略中，应以具身化学习为理论依据，尝试为学生搭建体验式的学习支架。

支架式学习可以用不同的方式组织，本文侧重体验式的实践视角，梳理了如下六点策略。

2.1    巧用现代媒体，增添学习交流的角度

高中物理课程倡导多样化的教学方式，鼓励教师利用现代信息技术，引导学生理解物理学本质，形成科学思维与习惯。教师利用手机APP辅助教学，就如同帮助学生架设了一双灵动的眼睛与灵巧的双手，对深度学习的有效开展能起到很好的作用。

【案例5】 用手机APP发现学生实验中的不当操作

操作原理与步骤是当前物理实验的一个重头戏，但是学生在实验过程中，对实验原理与步骤的解读，容易走入浅尝浅试、蜻蜓点水的误区，这与深度学习的要求相差甚远。

针对学生实验中出现的操作不规范的情况，笔者开展了一种尝试。在学生实验过程中，教师利用手机拍摄各实验小组的操作细节，然后通过手机APP“晓黑板”的教师端上传。实验结束后，学生可以通过APP的手机端，调看录像。为激发学生对实验操作的研讨，笔者与学生约定了“大家来找茬”的学习游戏，凡是在视频中能发现操作步骤存在的问题，或者能进一步点评出问题所在、说出正确操作办法的学生，教师都会对其进行表扬与鼓励。

视频记录增添了学生之间相互交流的内容，也激发了学生深度研究实验的兴趣，诸如打点计时器相关实验的平衡摩擦力、纸带长度的测量、电路的连接与测量，以及图5中单摆摆角的条件设置、周期测量的细节，等等，都成了学生们津津乐道的话题。

2.2    投身兴趣活动，拓宽知识运用的广度

兴趣是最好的老师，对物理知识的理解和运用高度相关的兴趣活动，无疑是学生课堂学习的时空延伸，也是综合实践活动的本质体现。引导学生将所学的分散性物理知识综合在同一兴趣活动中，学生在手脑并用的过程中，就能体验真正的深度理解。

【案例6】 在兴趣活动中拓宽知识运用面

通过《电磁振荡》与《电磁波发射与接引》的学习，学生了解了电磁波的频率公式，并知道了调制、调谐与解调的含义。在此基础上，教师组织学生进行了拓展性的兴趣活动——自制收音机。在焊接电子元件时，有学生忽然闪出灵感，能否将收音机中的电容器改用为平行板电容器，看能不能通过改变平行板电容器两极板之间的正对面积S、间距d与介质，达到调节频道的功效（图6）。

尝试过程中，兴趣小组再次研究了影响平行板电容器电容的各个因素，查阅了电容器元件铭牌上的相关参数，并尝试着比较平行板电容器与标准电容器元件之间的差别，寻找其他可替代的办法。经过反复尝试，当学生利用如此简单的自制设备发出广播声音时，他们的兴奋之情溢于言表。更有甚者，竟在此基础上，提出新的观点，认为在收音机中，收音频道的标尺与旋钮之间应存在定量关系，这种定量关系与万用表刻度盘的标注原理应该存在异曲同工之妙。

2.3    利用层级设问，铺设科学思维的梯度

学习过程中，思维若要深化，需要教师在导学时根据学生的认知特点，在两个较大级差的认知水平之间搭设具有梯度的支架，并以此支架引导学生逐步深入。因此，教师应该设置有层级的设问，形成层层深入的问题链，以问导思，最终触发学习者的深度学习。

【案例7】

在“匀变速直线运动的速度与时间的关系”教学中，教师巧设层级问题链，引导学生深化对速度公式理解中的思维梯度。

问题1： at与v0能相加吗？

问题2：它们的单位分别是什么？

问题3：at的物理意义是什么？

问题4：单位一致的情况下，at加上v0又代表什么意义？

问题5：匀变速不仅包括匀加速，也包括匀减速。当匀减速时，两者相加如何理解？请用通俗易懂的实例进行类比？

问题6：根据分析，引导学生画出如图7所示的矢量图。

2.4    借助科学史实，感悟科学探索的厚度

教科书是高度浓缩后的知识结晶，许多科学家在科学探索的道路中经历了血肉丰盈的曲折之路，由此精炼成高度浓缩的简洁的科学规律，但与此同时历史中蕴含的丰富的精神营养也很容易脱水风干，最终展现在教师与学生眼前的只是冰冷无味的知识骨架。所以，在物理教学中借助科学史实，就是还原这份养分，感悟历史的厚重。

【案例8】 对牛顿之综合的深度体悟

在学习了万有引力定律后，教师再次向学生介绍了牛顿的伟大，有学生产生了疑问：“老师，我觉得似乎咱们书上所言有点夸大其辞，我感觉无论是从伽利略对力与运动之研究到牛顿第一定律的得出，还是从开普勒行星运动定律到万有引力定律的推导，一切都是顺理成章，一切都很自然，我在学习过程中，没有体会到你所说的高度体现牛顿伟大之处的细节啊！”

基于此，笔者组织学生进行了一次深度的读书活动，并在阅读的基础上，组织部分学生进行了“牛顿之综合——伟大在何处？”的探讨，通过对这段震撼人心的历史的解读，学生与老师一起共画“牛顿综合之思维导图”（图8）[8]。在此过程中，学生们看到了伟大的思想家为了理解自然所提出的新思想，体会到了他们为了理解自然，穷其一生去探索新的思想工具与理解方式过程中所付出的艰苦努力，感悟到了科学探索的历史厚重。

2.5    优化评价办法，体验思维过程的温度

评价是教学过程中的重要环节。评价必须以学生及其学习为中心，本着民主平等的宗旨，以激发学习兴趣、促进身心体验与深度学习为原则。设计评价时，需创设形式丰富的评价办法，让学生回味自己深度思考、努力拼搏等切身体验带来的成就感，使学生在学习中期待评价，享受评价，感受评价带给自己的温暖，从而达到以评促学的目的。

【案例9】 以激励为目标的过程评价

为了激发学生积极参与课堂互动，教师创建了班级的蜗牛精神文化，把法拉第研究电磁感应现象之十年磨一剑的史实定义为蜗牛精神，并依据学生学习时思维参与的深度，授予“法拉第蜗牛奖卡”。奖卡纯手工制作，加盖印章，限量发行，由笔者书写学生在学习中深度学习故事，故事有血有肉，文字有情有义，对于学生而言极具鼓励意义与收藏价值。

当然，评价手段也不完全物化，更多有效的评价都渗透在师生的课堂互动中。例如，在“洛伦兹力”的学习中，总结出洛伦兹力的方向之后，教学进入拓展应用环节。老师设问：为使电视机显像管（图9）屏幕上的光点从上面移动到下面，有何对策？A同学首先作答：“将磁场旋转180度”，B同学进一步补充：“将偏转线圈中的电流从某一值减到零再反向增大到原来的值”。针对这一理答环节，教师对他们两人的学习作了如下评价：“两位同学的回答在思维上不谋而合，在操作策略上承上启下，完美实现了学习上的有效呼应，这是一种学习心灵之串联，是物理课堂中的一次华山论剑，是课堂中深度学习的交响之音，堪比琴萧合奏的笑傲江湖之曲。老师发自内心地为这两个同学在这一学习瞬间的思维投入点赞。”一番通俗且有针对性的评价，引来了学生们的掌声，两位学生眼中充满了深度思考带来的喜悦。

2.6    融合特色项目，提升地方课程的用度

随着普通高中课程改革的推进，学校都在深入挖掘地方特色与文化优势，服务于校本课程建设。笔者学校处于工业发达地域，地方水泵产业全国闻名，学校以水泵为核心开发的课程群有机融合了物理学科的相关知识，深受学生喜爱。

【案例10】 在水泵体验中认识物理知识的应用

作为日常生活中一个常见的产品，水泵为我校学生所熟知。许多学生家长都从事与水泵制造、销售等相关的行业。笔者以水泵产品为主题，融合物理知识，开发了系列与物理知识相关的项目选修课程。比如，利用磁传感器检测线圈周围的磁场、旋转磁场与电磁驱动的原理探析、探究摇线仪的线速度与角速度之間的关联、比较螺旋测微器与摇线仪的异同点、探究离心现象与离心式水泵工作原理的关联，等等（图10）。通过项目化选修课程的开发，使学生在真实的情境中深度体会物理知识在日常生活中的实际应用。

3    结  语

笔者看来，深度学习之深，围绕物理观念理解之深、科学思维体悟之深、科学探究行动之深、科学态度与责任感触之深，值得思索与实践的道路还很长。事实上，基于深度学习的内涵理解，对体验式学习支架进行深入梳理与开发，并在此基础上开发单元化与项目化学习，必是走向深度学习的康庄大道。

参考文献：

[1]吴永军.关于深度学习的再认识[J].课程·教材·教法，2019（2）：54.

[2]宋龄，张华.具身化课程的核心特征及其故事建构[J].课程·教材·教法，2019（2）：37.

[3]大卫·苏泽等.方彤，黄欢，王东杰，译.教育与脑神经科学[M].上海：华东师范大学出版社，2014：35.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[5]吴存华.阻尼振动的周期会变吗？[J].物理教学探讨，2004，22（12）：5-6.

[6]约翰·D.布兰思福特，安· L.布朗，罗德尼·R.科金.程可拉，等译.人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校[M].上海：华东师范大学出版社，2002.

[7]蔡铁权等.教学设计——基于学习环境的教和学[M].杭州：浙江教育出版社，2010：11.

[8]亚历山大·柯瓦雷.张卜天，译.牛顿研究[M].北京：北京大学出版社，2003：1-27.

（栏目编辑    赵保钢）