基于深度学习理论的物理教学情境创设的探索

(江苏省常熟市滨江实验中学,江苏 苏州 215500)

2005年黎加厚教授提出了深度学习理论,深度学习是指学习者能够在理解所学内容内涵的前提下,进行批判性的学习,将新的思想与自身原有的认知进行融合,能将已有的知识迁移到新的情境中,为获得解决实际问题的能力而构建属于自己的知识体系。基于这一理论,我们发现深度学习更关注学生的过程性思考与理解建构,本质特征是高阶思维的培养。因此,在日常教学中，我们需要改变以往的“重结果轻过程”的传统教学方式,创设有意义、有深度的教学情境，使学生经历深度认知，逐步具备高阶思维的能力,即教师需要进行与学生深度学习相适应的深度教学设计,从而提高物理教学的效率。

1 创设新奇的实验情境,激发学生高阶思维

深度学习的前提是学生学习的对象是生动的、新奇的,学生的学习动机能够被激发。在日常教学中教师为了引入课题，通常都会创设一些与课题相关的情境,但是有时候为了迎合学生的兴趣,有的情境层次比较低、单一,只是短暂地吸引了学生的注意力,无法使学生产生持续的兴趣,从而难以激发学生的高阶思维。因此,创设生动新奇的实验情境是有必要的,能够使学生产生认知冲突,引起学生持续的思维活动,教师可以通过奇妙的实验现象，充分挖掘其背后的深层次的物理原理。

例如,苏科版8年级下册“物体的浮与沉”一课中,常见的情境引入是：教师展示轮船和潜水艇的图片或动画,提出问题:“铁块直接放入水中沉底,同样是钢铁制造的轮船和潜水艇,为什么前者能漂浮在水面上？而后者却能在水中上浮或下潜？”通过该问题激发学生思考之后，教师提出本节课的主题:物体的浮沉可能与什么因素有关？然后让学生分组实验，探究使物体上浮或下沉的条件。实验过程大致如下:首先让学生将教师所提供的物品放入水中，按上浮和下沉两类进行分类,随即让学生做一做:怎样使原先沉底的物体浮起来？怎样使原先漂浮的物体沉下去？然后,让学生从物体受力的角度回答问题：利用以上方法分别改变了哪些力的大小？最终教师引导学生经历受力分析过程，归纳得出物体的浮沉条件。

从上述的教学情境引入和学生的随堂表现中,我们可以发现：在整个教学中学生的思维水平处于低层次,学生不能自主地将上一章的“力与运动”的知识迁移到新的情境中,无法建立知识间的关联,因此这样的情境引入不能激发学生的高阶思维。

图1 图2

我们不妨创设这样一个“新奇”的实验情境:教师用夹子将3个外观相同的乒乓球浸没在盛有适量水的水槽中,让学生观察松开夹子后3个球的状态。学生看到了如图1所示情景,此时学生的学习兴趣迅速被激发,学生会产生疑问:为什么松手后三个球的浮沉状态不同？然后请学生分组讨论产生这一现象的原因,学生通过激烈讨论,分析得出:由于三个球体积相同,那么浸没时三者受到的浮力完全相同,浮沉状态不同的原因只可能是三者重力不同。学生此时化身成了一个个小侦探,开始质疑老师的球有问题,老师肯定事先对三个球进行了处理。然后教师展示了三个球的奥秘，确实是由重力不同造成的,事先用针筒在三个球中注入了质量不等的水(如图2)。通过创设上述“新奇”的实验情境,不仅能迅速吸引学生的注意，使其产生浓厚的学习兴趣,而且培养了学生的质疑和批判精神,同时能够促使学生将已有知识自主迁移到新的情境中,这样学生接下来学习物体的浮沉条件才会高效。

2 创设高效问题情境,培养学生高阶思维

初中物理包含很多的物理概念、规律,并且每一章节的知识点相对比较分散,如果学生孤立地掌握各个知识点或者仅仅依靠记忆来完成学习任务,那么这样的学习只能停留在浅层次，并且是低效的,学生不能抓住所学内容的本质属性，全面把握知识的内在联系,从而对物理概念或规律的理解不够深刻。因此,在教学中教师应当注重创设高效问题情境,通过层层追问,巧设悬念,引导学生把握事物的本质,从而建构相应的知识。只有对学习对象进行深层思维加工,才能提升学生的思维水平。

例如,在苏科版8年级下册“力 弹力”一课“弹力”概念的教学中,笔者创设了以下问题情境。

情境1：弹弓是利用什么力发射子弹的？学生回答：利用弹力。然后学生体验拉伸或压缩弹簧时弹簧对手产生的弹力,观察弹簧的变化,学生发现：弹簧产生了形变。

图3

情境2：是否只要产生了形变，就一定会产生弹力？此时学生对弹力的产生原因进行了批判性思考,接下来教师演示实验：在两根外形相同的弹簧末端分别系一个小球置于水平面上,用手拉伸弹簧,学生发现松手后其中一个小球不能被弹簧“拉”回去(如图3)。

情境3：两根弹簧是否都发生了形变？学生回答：都发生了。

情境4：这两种形变有何不同？学生发现撤去外力后一种是能恢复原状的,一种是不能恢复原状的,通过实验学生发现：不能恢复原状的“弹簧”不能产生弹力,所以小球不能被“拉”回去。此时揭开谜底：其中一根弹簧是老师用保险丝绕成的弹簧。然后教师介绍形变有两种：一种是弹性形变,一种是塑性形变。最终学生通过思考，发现：只有物体发生弹性形变时，在其恢复原状的过程中才会产生弹力。通过实验和一系列的问题引导后,学生经历了深度体验和深层思维加工，真正认识了弹力的本质。

接下来分别请男生和女生用力拉弹簧拉力器,让学生猜想弹簧的伸长长度与拉力的关系，并设计实验验证自己的猜想,学生利用弹簧和钩码自主实验，成功得出弹簧的伸长量与拉力的关系,最后教师提出问题：你能否在刚才的实验基础上制作一个简易的显示力的大小的工具？除了弹簧和钩码，我们还需要哪些器材呢？学生经过讨论发现还需指针、刻度盘、秤钩等工具,然后学生自主设计、制作简易弹簧测力计，并用自己制作的测力计测量拉力。通过以上解决问题的活动,促使学生主动学习,在活动中不断发现问题、解决问题，培养了学生的高阶思维。

3 深挖生活化情境,发展学生高阶思维

物理是一门与生活紧密相连的学科,我们在教学中通常会利用生活化情境来引入课题,但是大多时候都是利用简单情境、浅层次讲解知识点。通常教师只注重形式,而忽视了学生真实的理解程度,忽视了生活化情境背后的物理思想和研究方法的渗透,难以发展学生的高阶思维。这就会造成有的学生上课时能听懂,但是在解决实际问题时会出现思维混乱的现象。

例如,在苏科版8年级上册“汽化和液化”一课中,对于影响蒸发快慢的因素,教师们通常都会借助快速将湿衣服晒干这一生活情境，启发学生找到影响蒸发快慢的因素,然后教师对因素进行罗列,并强调：如果要研究某一因素，应该运用控制变量法。由于课堂容量的限制,为了完成教学任务,实验的探究通常不会让学生在课堂上进行。这种忽视学生科学探究能力培养的教学方式,不利于学生真正掌握物理思想方法,不能提高学生的学习深度。因此,在教学中我们需要深挖生活化情境,让学生在课堂或课后通过实践，自主探究情境背后的物理本质,提高学生科学探究的能力,从而发展学生的高阶思维。

通过晒衣服的情境引出影响蒸发快慢因素后,我们可以提出问题：如何通过实验来验证这些因素对蒸发快慢的影响？以水的蒸发为例,实验时我们需要哪些器材？在实验中需要注意哪些问题？首先请学生分析,在研究上述因素中的某一因素时除了控制其他因素不变,我们还需控制什么相同？学生经过讨论分析发现,最重要的是要控制实验中的水的质量相同,此时出示滴管帮助学生解决这一问题。接下来,继续追问：用什么来显示蒸发快慢呢？学生回答：比较相同质量的水蒸发完所需的时间,教师出示计时器,然后学生小组继续分析、讨论,他们发现：要研究液体温度对蒸发快慢的影响,需要准备酒精灯；要研究液体上方空气流速对蒸发快慢的影响,需要小型电风扇。最后教师提供实验中所需的器材,学生根据自己制定的实验方案进行验证,开展小组间的交流与评估。在对晒衣服这一生活化情境的深度探究中,学生通过讨论，设计实验方案,进行实验验证,掌握了控制变量法,学生的应用和分析的高阶思维得到了发展。

4 结语

创设促进学生深度学习的教学情境,可以培养学生的科学素养。教师要在初中物理教学中不断实践、摸索,创设合适高效的教学情境，使我们的课堂从重视结果走向关注过程，让学生的思维从低阶向高阶转变，让学生在不同情境中学会质疑、批判、应用和分析,最终走向创新。创设有深度、有内涵的教学情境是培养学生高阶思维、构建高效物理课堂的有效途径。