基于深度学习的初中生物理概念建构质量提高策略

2020-06-23叶成林

中学物理·初中 2020年6期

摘要：深度學习是一种基于理解的学习，是发展学生核心素养的重要学习方式.初中物理概念是物理教学的重要组成部分.初中物理概念教学中可通过问题情境创设、认知冲突设计、高阶思维培养、应用能力训练等途径促进初中生对物理概念的深度学习，使学生正确建构物理概念的内涵和外延.

关键词：深度学习;物理概念建构;教学策略

文章编号：1008-4134（2020）12-0012中图分类号：G6337文献标识码：B

作者简介：叶成林（1969-），男，江苏仪征人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理课堂教学.

1 深度学习与物理概念建构内涵

深度学习是一种基于理解的学习，是指学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习[1].当下，世界各国都在探寻培养学生面向未来生活的核心素养之路，深度学习是与学生发展核心素养相匹配的学习方式[2].通过学生认知活动中的深度学习可以培养学生批判性思维和创新精神，创造性的问题解决能力、社会性的沟通与合作能力，及知识建构、迁移和应用能力等，能够培养学生面向21世纪必备的核心素养.

可见，培养与提高初中生深度学习能力是时代的需求.但初中生深度学习能力的提升需要与学科教学融合，这样才能使初中生深度学习能力的提升落在实处.

物理概念是物理现象和物理过程的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是对物理现象和物理过程抽象化和概括化的思维形式.它具有客观性、抽象性、可测性以及发展性等特征.物理概念不仅是物理基础知识的重要组成部分，还是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基础和前提.

建构主义认为，初中物理的基本概念、基本规律不是客观世界物质运动的固有规律，而是科学家提出且被科学界所承认的一种较好的模型或假设，它是科学家群体经过社会性建构的结果，是物理思维的产物，这些知识在经学生个体重建之前对学生没有任何意义.

通过初中生对物理概念的深度学习，突出学生学习认知活动的主体地位，可以促进初中生对物理概念内涵和外延的正确理解和建构，提高初中生物理概念的学习质量，发展学生物理学科核心素养.同时，通过聚焦物理概念建构可以把提升初中生的深度学习能力落在实处，融入到物理教学实践中.把初中物理课堂教学转变为学生深度学习能力提升的基础和途径.

2 基于深度学习提高初中生物理概念建构质量的教学策略

初中物理概念教学中可以通过问题情境创设、认知冲突设计、高阶思维培养、应用能力训练等途径促进学生对物理概念的深度学习，引发学生认知结构变化，使学生正确建构物理概念的内涵和外延.

2.1 创设问题情境，激发初中生物理概念的学习动机

基于问题的学习是促进初中生深度学习的有效策略.因此，教师可在物理概念教学中从初中生的生活经验出发，创设问题情境，把物理概念教学中的重难点浓缩到真实的“问题”中，以激发初中生物理概念学习的动机，激发其发现问题、研究问题以及解决问题的欲望和冲动.

案例1 “压力”物理概念引入的问题情境设计

师：请学生观察多媒体展示的如图1所示的日常生活中客车自燃图片.引导学生思考：如果学生置身其中，可采用哪些方法逃生？如果用客车内自备的逃生锤，如图2所示，请学生在图3中A、B、C三处分别画出敲压玻璃的力.并思考：这些力的共同特点是什么？

生：学生作图，并总结出这些力的共同特点是与玻璃表面垂直.

师：物理学中将垂直作用于物体表面的力叫做压力.

师：教师站在教室的地面上，请学生指出压力的三个要素.并让学生分析此时压力与重力的大小关系.

分析：“压力”是初中物理力学体系中比较重要的物理概念，是继重力、弹力、摩擦力之后初中生学习的又一力学概念.它是学习压强和浮力的基础.初中生对压力内涵的理解影响着压力作用效果影响因素的学习与深化.笔者通过让学生身临其境来激发学生的学习动机，通过学生的具体性活动深刻感悟压力最显著的特点是压力方向与受压面垂直.

2.2 利用认知冲突，促进初中生物理概念的深度建构

皮亚杰认为，个体的认知结构是通过同化和顺应而不断发展，以适应新的环境.一般而言，个体每当遇到新的刺激，总是试图用原有的认知结构去同化，使它们融入原有的认知结构中，若获得成功，便得到暂时的平衡;如果用原有认知结构无法同化环境刺激，个体便会做出顺应，即调节原有或重建新的认知结构，直至达到认识上的新平衡.

深度学习要求学习者在对学习内容进行有机整合的基础上，实现知识的同化和顺应，来调整原有的个人认知结构，并不断对建构结果和过程进行反思和调整[3].初中物理概念教学过程中教师的任务则是选择有效地促进学生认知结构发生转变的教学方法，发挥初中生认知主体作用，让初中生在与课本、与他人、与实验器材交互过程中，调整个人的认知结构，发展个人元认知能力，促进对物理概念的深度建构.而创设引起学生产生认知冲突的教学活动，这是促进初中生深度建构新物理概念的有效方法.

案例2 探究“影响压力作用效果的因素”

师：教师演示用不同的力按压气球，如图4所示，学生观察气球的形变大小，引导学生提出猜想：压力的作用效果可能与压力大小有关，压力越大，压力作用的效果越明显.

师：压力越大，压力作用的效果一定越明显吗？教师分别演示图5与图6的实验，带腿的小桌放在海绵上，但海绵的形变大小不一样.并不是压力越大，压力的作用效果越明显.压力的作用效果可能还与什么有关？

生：从实验可知，压力的作用效果除了可能与压力大小有关外，还可能与受力面积大小有关.

师：请学生根据所提供的实验器材：用钉子做腿的小桌、海綿、铜块、木块、盛有适量水的矿泉水瓶、装有沙子的容器，如图7所示，自主设计实验方案，探究影响压力作用效果的因素.

生：学生自主设计不同的实验方案.展示交流，相互评价，完善实验方案.之后，根据实验方案，小组合作进行实验操作.根据实验现象，分析得出实验结论.

案例3 继续探究“影响压力作用效果的因素”

师：将放有铜块的小桌分别正放在海绵与木块上，请学生观察海绵与木块的形变程度.如图8和图9所示.为什么压力大小与受力面积大小都相同，压力作用的效果却不相同？在探究“影响压力作用效果因素”实验中应注意什么？

生：虽然两个实验的压力大小与受力面积大小都相同，但海绵与木块的形变大小不同，这是由于海绵与木块两个物体的硬度不相同，因而无法比较压力的作用效果.因此，在探究“影响压力作用效果的因素”实验中，应选择易发生形变的物体（如海绵、泡沫塑料、细沙）做受压面，这样可使实验效果更加明显.

分析：在案例2中，通过图5与图6的教师演示实验，引起学生认知冲突，让学生认识到并不是压力越大，压力的作用效果越明显，还与受力面积大小有关.为学生正确选择实验器材、采用科学实验方法探究“影响压力作用效果的因素”奠定基础.并通过图8与图9的教师演示实验，引起学生另一个认知冲突，让学生知道在实验探究过程中，应选择易发生形变的物体作为支撑面，增强实验效果.通过引起学生认知冲突的教学设计，在激发学生认知兴趣的同时，关键可促使学生不断调整、完善自己的认知结构，加强对知识内涵不同层面的理解，以完成对物理概念的深度建构.

2.3 注重批判思维，引发初中生物理概念的深度理解

高阶思维是深度学习的核心特征，是深度学习与浅层学习的最大区别.深度学习是一种以促进学生批判性思维和创新精神发展为目的的学习[3].

批判性思维是决定学生信念和行动而进行的合理反思性思维.批判性思维是学生受用终身的能力与品格，是创造性思维的基础[4].培养学生批判性思维是时代的需求.前美国驻华大使骆家辉曾说：美国长期从基础教育开始进行批判性思维教育，这是美国科技、商业、文化等一直领先世界的原因[5].美国杜克大学教育督导团队所研究撰写的《2011中国SAT年度报告》指出：中国学生整体欠缺有效的批判性思维能力训练.这是目前限制中国学生学术能力的最重要因素之一，是我国科技人员缺乏学术研究能力和创造性的重要原因，也是实现习近平总书记强国和民族复兴梦的最大障碍.

在物理概念教学中培养初中生批判性思维，就是要求学生在理解事物的基础上善于质疑辨析，在质疑辨析中加深对深层知识和复杂概念的理解.

案例4 对“压强”概念深度理解

师：教材中用物体所受的压力与受力面积比值定义压强概念，请问能否用受力面积与压力的比值来表示压力的作用效果？如果能，物理教材中为什么不采用这种比值定义法呢？初二年级还有哪一个物理概念的定义与此相似？请同学们讨论、反思与辨析.

生：也能用受力面积与压力的比值来表示压力的作用效果.但不符合人们的思维习惯，因而物理教材中没有采用.初二物理中速度的概念定义与此类似.

分析：压力与受力面积的比值表示物体在单位面积上所受的压力，是受力面积相同时通过比较压力大小来反映压力的作用效果，比值越大表示压力作用效果越明显，符合人们的思维习惯，因而被教材采用.而受力面积与压力的比值表示物体在单位压力上的受力面积，是压力相同时通过比较受力面积大小来反映压力的作用效果，比值越小表示压力作用效果越明显，这不符合人们的思维习惯，因而没有被教材所采用.通过与初二年级速度概念建构过程的类比、反思与辨析，可进一步促进学生深度理解压强概念内涵.

案例5 对“压力”概念的深度理解

师：教师站在水平地面上，此时教师对地面的压力大小与教师的重力大小相等.此时，压力就是重力吗？为什么？请同学们反思与辨析.

生：此时压力不是重力.虽然此时压力与重力在大小上相等，但两个力的施力物体与受力物体不同，许多时候两个力的方向不一定相同，且两个力的性质不同.

在物理概念教学中，教师应适时引导学生通过信息分析、深入思考、合理论辩、推理论证以及综合判断等途径来发展学生以批判性思维为核心的高阶思维能力，在促进学生对物理概念深度理解的同时，提高学生的学科核心素养.

2.4 加强拓展迁移，提高初中生物理概念的应用能力

从深度学习的内涵来看，它着意迁移运用，要求学生不仅要理解学习内容，还要将知识运用至新情境来解决问题，提高学生复杂问题的解决能力.

案例6 增大与减小压强的方法应用

师：教室的讲台上有几张相同的报纸.一张报纸平放时对桌面的压强约为1Pa.请学生思考如何产生2Pa和4 Pa的压强.

生：只使用一张报时，可将报纸分别折叠1次与2次，可分别产生2Pa和4Pa的压强.也可在刚才的报纸上分别再放上1张和3张相同的报纸，也可产生上述压强.

初中物理概念教学是物理教学的重要组成部分.初中生物理概念的建构质量决定初中物理课堂教学成效.实践证明：深度学习是提高初中生物理概念建构质量、提高学生学科核心素养的重要学习方式，发展初中生深度学习能力对提高初中生物理概念教学质量具有重要意义.

案例7：学生活动体验：估测人站立时对地面的压强.

师：每一个学生事先发放一张统一印制的方格纸.教师指出每小格面积为4cm2.教师提示测脚印面积的方法：先数出不满一格的方格数，并除以2，再加上完整的方格数.利用每小格面积，则可求得鞋印的面积.