驱动任务，触发独立思维深层次加工——以初中物理《物体的浮沉条件及应用》为例*

李 园，汤金波

(1.广西南宁市第十八中学，广西 南宁 541004；2.南京师范大学附属树人学校，江苏 南京 541004)

0 引言

德国物理学家劳厄说过：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力。教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西。”[1]这“剩下来的东西”就是指学科核心素养。本文以《物体的浮沉条件及应用》为例，阐述依托数字化作业形式，用驱动任务触发独立思维深层次加工，使培养学生的核心素养真正落地。

1 浅层学习与深度学习

1.1 被眼睛欺骗的“感觉记忆”

在学习系统物理知识之前，学生脑袋里装满了对物理的好奇和不解，总是尝试用自己的经验去解释。以“一知半解”的状态面对生活中的物理现象，这就是“感觉记忆”。学生关于浮力的很多认识是错误的。例如：（1）物体的浮沉跟物体的密度有关，密度小的漂浮，密度大的沉底；（2）质量小的物体较轻，轻的物体漂浮，重的物体沉底；（3）物体露出水面越多，受到的浮力越大；（4）漂浮的物体受到的浮力一定比沉底受到的浮力大；（5）悬浮时浮力等于重力，那么漂浮时浮力大于重力。这些“看得见”的经验未经过任何加工，就是学生认为的物理知识。

1.2 容易消失的“工作记忆”

学习后的阶段主要以“工作记忆”为主。但学生的逻辑分析能力还不够强，这些只是经过大脑简单加工、而并未经过独立思维的深层次处理的信息，属于“机械复述”，学生能回答出物理知识的内容，但在解决具体问题的环节，还是不自觉用自己的经验来做出判断。而且，无论学生通过哪种方式学习，几乎都是通过书面作业的形式来巩固知识。书面作业题目表达形式单一，基本都是文字或图片形式；题目内容大部分是封闭或半封闭的提问方式，不利于拓展学生思考。若这些知识只是机械复述，那么在实际应用中就很容易倒回“感觉记忆”，用生活经验来解决问题。若这些知识能被“准确复述”，那么就进入了“长时记忆”。

1.3 责任重大的“长时记忆”

思维简单加工的知识虽然能被“准确复述”，但只能说明学生学会了知识，创造性思维还没有被激发出来。深度学习，首先“深”在学生的思考，其次“深”在学生对物理知识理解的敏锐度和思维广度；第三“深”在学生的创造。

学生之所以创造能力弱，学习后还总犯“经验主义”的错误，主要是缺少了触发思维深层加工信息的驱动任务，思考的深度不够，没有形成长时记忆。想要物理知识用得好、用的妙，就要在“准确复述”的基础上做到“迁移复述”，把新知识与已有信息一起建构成为知识体系的一部分，形成真正属于自己的长时记忆。

“迁移复述”是指学习物理知识后，将理论应用于实践中，并从实践中又抽象归纳出物理规律，形成科学物理观念。“学，是为了不学”，在长时记忆中留下的痕迹不全是知识本身，而更多的应该是“问题解决”、“创建”等高阶认知策略过程中的思路、方法和步骤，是所学知识对未来新的学习产生的有效影响。

1.4 深度学习发生过程

如图1 所示是学生深度学习发生过程的示意图。“深度学习”并不是从传递特定知识内容的教科书开始，而是从揭示问题开始的。[2]

图1 深度学习发生过程示意图

与浅层学习的差别在于，深度学习强调学生主动触发知识与经验的链接。学生能够提出物理问题，在问题的解决过程中，将掌握的物理知识交互应用，经过独立思维的深层次加工，再一次抽象归纳物理规律，形成科学物理观念，完成迁移复述，形成长时记忆。

2 触发独立思维深层次加工

2.1 驱动任务（一）——学生自主创新实验

要求学生不仅要“准确复述”，还要“迁移复述”，那么，与之对应的作业，就不能只有常规的书面作业。笔者在本节课教学的最后，除了常规的书面作业和分析交流作业，还布置了拓展提高作业，以期拓宽学生分析“物体浮沉”的视界，触发学生深度思考。作业的内容是“选择生活中的一个物品放进水中，说明它的浮沉情况；请你通过任一方法改变它的浮沉。拍成视频，周末完成，提交到邮箱。”该作业设计的优点在于：

（1）紧密联系生活。虽然不同的孩子生活的环境不同，但题目设定的“生活中”这一情境紧密贴合每个学生生活经验，目之所及都可以作为观察对象；（2）设置两个能力层级。第一层任务是先观察该物品的浮沉情况，学生对知识的理解从课本“死”的图片转移到生活“活”的物品；第二层任务是通过“任一”方法改变其浮沉，本质上来讲就是要改变液体的密度或者改变物体的重力，其中，改变物体的重力也可以用改变物体的平均密度来实现。学生发挥空间很大，“活”的物品升华为“灵活”的知识应用。

2.2 驱动任务（二）——自主情境命题

此次作业共收集42 个视频作品，作品时长一般2-3 分钟。涉及到生活中的物品有花生米、金属盒、塑料袋、橡皮泥、硬币、李果、西瓜皮、笔套、骰子等。笔者选取其中的若干个作品来引导学生进行自主情境命题，在此以其中一个作品为例。

2.2.1 命题案例：碗

命题思路：由图2 的实验现象，提炼出图3 的理想化现象，增加已知物理量。

图2 碗的变化

突破难点：学生知道这样操作能改变碗的浮沉，但对“增加已知量”这个要求感觉很抽象，在编制题目时没有方向。

命题策略：引导学生测量碗的质量、查阅碗的密度，计算出碗的体积，再将浸没时“V排=V”作为隐含线索来编制题目。本题情境中，既可以通过增加水的质量计算出碗的体积，也可以通过液体深度的变化来计算出碗的体积；可以通过漂浮时二力平衡计算浮力，也可以反过来由漂浮时的V排计算出浮力再通过二力平衡计算出重力，总之出题方向多样化。

题目：韦同学在家洗碗时发现，碗既可以漂浮在水面，也可以沉入水底。为了探究其中的奥秘，他用电子秤测量碗的质量为200g。如图3 甲所示，在底面积为100cm2的容器中装h1=20cm 深的水。让碗漂浮在水面上，此时液面位置如图3 乙所示；再将碗沉入水中，静止在容器底部，发现水面下降了，如图3 丙所示。小韦加入质量为120g 的水后，液面到达图3 乙所示液面位置。已知水的密度为1×103kg/m3。求：

图3 碗和水面的关系

（1）没有放碗前，水对容器底的压强；（2）碗漂浮时受到的浮力；（3）碗的密度；（4）碗浮在水面和沉入水底时，水对容器底部的压强变化量；（5）碗静止在容器底部时，容器对碗的支持力。

2.2.2 命题思路拓展

学生从自己的实验中提炼出熟悉的题目，突然“恍然大悟”，原来“命题”是这样简单——从实际情境出发，结合知识的应用，回归课本。接着学生就想到，花生米、盒子、碗等能不能理解为船、航空母舰、潜水艇等物体呢？“看得见的生活”和“想象中”的生活产生合理链接。

笔者再进一步引导学生提升命题的深度：三个案例的理想化现象图中，在容器底部增加一个电子秤，会看到电子秤的示数有什么变化呢？学生们能不能针对此情境命题呢？到这个阶段的学习，答案当然是肯定的，甚至还能给老师带来一些意想不到的惊喜。

2.3.3 命题功能

首先，必须具备评价学生基础达标的功能。策略是从实验现象以及实验数据提炼出理想化模型。大部分学生实验过程中，两个容器并不相同，液体的深度也不同。而初中学生对多因素、较复杂的情境分析能力也不足。为了便于学生理解核心知识的应用，可以引导学生忽略一些次要因素，保留重要因素来编制题目。

其次，要具备提升学生思维能力的功能。策略是可以配数据进行计算，将盐水换为某液体，增加解题的未知感。配数据这一环节是最难的，学生对物品的相关数据了解不多，也不全面。可以引导学生实地测量，指导学生选择比较接近且较为合理的数据来编制题目。

第三，要具备开发学生创新能力的功能。策略是增加已知物理量，进行分析计算。可以引导学生设置隐含线索来编制题目，使题目灵活多变。

第四，课堂知识的学习，首先完成了浅层记忆。在此基础上，学生自主创新实验，让学生从生活中抽象出物理实验的模型，完成了“迁移”；自主情境命题，让学生从自己的实验中提炼出考点，编制考题，通过解题进一步抽象归纳出物理规律，形成真正属于自己的稳定的长时记忆，完成了“复述”。学生闪出创新思维的火花，拥有自己“解决实际问题”的思路、方法和步骤。

3 驱动任务触发思维深层次加工教学策略

著名物理学家陈佳洱先生也曾谈到过：“物理学不只是图表和数据，它能带给你很多更珍贵的东西，理性的思维方式、人生的哲学和人生的道路。”[3]依托数字化作业形式，学生自主创新实验的情境命题，是促进学生深度学习、落实核心素养培养的最优教学策略，如图4 所示。

图4 驱动任务触发思维加工策略

学生自主创新实验作品，从设计开发到情境命题，促进思维深层次加工，学生从生活抽象出实验，再从实验现象提炼出考点编题、写题，真实反映了他的创造思维广度和对物理知识理解的敏锐度。他们经历的是“问题解决”、“创建”、“决策”等一系列高阶认知策略主导下的思维训练，对知识的处理，也就从事实性知识上升到概念性知识，就形成了科学物理观念，形成可视化科学思维。