基于原有经验的深度学习实践

李晖 汪阿运

[摘 要]初中物理知识相对抽象，学生不容易理解，为了便于学生理解与掌握，在实际教学中，教师可以将某些抽象的理论知识形成的历史故事重现在学生面前，这种重现应注意基于学生的原有经验，让学生产生认知冲突，激发学生的学习欲望，避免学习的盲目性，从而引导学生基于原有经验逐渐由浅表学习迈向深度学习。

[关键词]经验学习;深度学习;温度计

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）17-0043-03

一、经验学习的起源

自1969年库伯提出经验学习圈理论起，距今已50年有余。国外《模拟与游戏：跨学科期刊》刊发了许多关于经验学习理论的文章，大力推动了经验学习理论的应用与实践。经验学习理论研究是一个高度跨学科的研究，在许多领域延伸出的学习与教育问题中，经验学习理论都有着非常好的指导作用。经验学习理论立足于人类文明发展的现状与基础，着眼于更高层次、更高级别知识的学习需求，在现有和未来之间搭建桥梁，通过经验的转换来创造知识，认为知识源于经验的升级和转换，可以通过具体经验和抽象概念构建知识。对知识的构建呈现螺旋状态，经历经验、反思、启示、行动等过程完成对知识的主体架构。学生在学习过程中会有许多纯粹经验，当学习主体与这些纯粹经验相互作用时，这些经验才会成为经验对象，经验对象既是人们学习仿造的主体，也是人们学习过程中的一面镜子，人们可据此抽象、概括出一种模型或反例。经验学习是一种自然而然的学习，对问题解决有很好的启示作用。

二、深度学习的发展

深度学习一词从之前的预热到现如今的火热，基本统一了人们对先进学习模式的诉求。深度学习不仅追求更高水平和更深层次的认知发展，还包括个体情感、意志等全方位的投入。全视角下的深度学习更加贴合当下的育人要求。学习本身不是一个孤立的行为，知识传授不是冰冷的货品传输。我们更加注重知识的获取路径，更加注重对知识获取的有效性，因为我们培养的是问题解决者和时代领跑者。学生的认知发展应与生活环境紧密联系、相互作用，是知识与能力、个体发展与社会意义的双重建构。回顾过去，任何知识的产生都需要内容与载体，我们如果将知识当作一个现成的作品看待，将错过很多知识之所以成为知识的“沿途风景”。居高临下的知识体系虽然系统、集约而高效，但是与学生当下的经验体系距离较远。我们不妨尝试将结构化的知识还原打开，还原其发展的历程，因为知识也是由当初未成熟的初始经验，历经人类生产生活不断检验求证所得。这样我们既以儿童的经验为起点，为儿童经验与课程知识搭建一个桥梁，又保证教师指导的方向性与有效性，让教学设计与教学实践不再脱节，成为有机的整体。

三、经验学习促进深度学习

经验学习理论强调教学要基于学生的经验，以学生的经验作为教学的起点和出发点。但是学生的经验又不是普通意义上的生活经验，它是多层次而又内涵丰富的。传统教育将知识看作是历史产物，知识是一件已经被完成的作品，从经验生长的角度可知，最终看到的知识是人类在历史实践中不断试错、检验、纠正和再验证得到的，它是经验经历时间实践和系统化抽象概括的结晶。要想让这些静止的作品变得鲜活，就必须把它还原再打开，从而促进深度学习的发生。笔者以“温度”一课的教学为例，从整体架构上把握温度计的设计，让学生体验温度计设计的变革，既能源于学生基础经验，又能从温度计的构造上高屋建瓴。下面就案例设计做一些简述与思考。

（一）感知与思考

以生活中常见的云、雨、霜、雪、雾、露的形成与学生互动。同样的水为什么会有这么多不同的表现形式？引导学生思考影响这些物态变化的主要因素是什么，为课堂研究主题点睛破题。再结合天气预报对气温高低的描述，捕捉温度的概念：描述物体的冷热程度。看似简单的教学引入，实则将生活经验与知识学习区分开了，这样就有了初步的抽象化和专业化。例如生活中对温度的单位通常描述为“度”，物理学中描述为“摄氏度”。在感受冷热程度环节，教师可用最经典的冷热对比实验。经典实验如同真理一样迷人，不是推倒换新就是创新，教师主导的创新应从课堂逻辑入手，立足课堂实际局部进行因地制宜的创新，让学生知道仅凭感觉测温是不可靠的，从而引导学生思考问题的解决方法。从定性比较过渡到定量比较是一个很大的思维跳跃。量化是一种实验思维，也可以理解为具体经验过程，其过程必然伴随着反思性观察。以观察促反思，以反思指导更进一步的观察，螺旋递进上升。

（二）设计与改良

以四百多年前伽利略制造的第一支气体温度计（如图1）作为温度计设计的开端，实物重现并现场演示由温度变化带来液柱的升降，引导学生思考液柱上升和下降的原因。液柱作为一个经验对象，其高度的变化在小学科学里已经学过，并且感知了物体的热胀冷缩。有了小学科学的经验基础，那些得到验证和检验的科学经验可以使学生顺利迁移到气体温度计的原理——利用气体的热胀冷缩，同时，教师也同步实验验证。此处的认知生长看似简单，其实蕴含著一种非常重要的物理思想方法——转换法，教师可引导学生在实践中体会。对气体温度计，液柱高度的变化是一个力学平衡问题。初二学生在初学物态变化时，力学知识体系还未建立，对物体受力分析的能力还不够，尤其是还涉及大气压的作用。在处理相关问题时，可将液柱原始高度作为一个初始状态，只考虑玻璃泡中气体对液柱的压力作用。教师可现场演示用热毛巾热敷，液柱下降;用吸有冰水的毛巾冷敷，液柱上升。说明加热状态下，气体对液柱的压力变大，而降温时，气体对液柱的压力变小。这样，学生直观感知了气体的热胀冷缩。在已知冷热毛巾温度的前提下，尝试对其标记刻度，其刻度大小分布自上而下是由小变大的，有别于生活中常见的温度计。直观的展示与自主的经验生长，让学生对气体温度有了更加深刻的认识。同时，启发学生思考气体温度计的缺陷：第一，体积较大，不易携带;第二，液柱高度受大气压的影响，不能准确反映物体的冷热程度（这是一个非常致命的缺陷，因为作为测量仪器，其测量准确度不够）。后来，法国科学家雷尹对此进行了改良，将伽利略设计的温度计倒过来（如图2），利用玻璃瓶中的水热胀冷缩实现液柱的上升或下降，此次改良让温度计变得方便携带，也能相对准确地比较物体温度的高低。对此改良，我们设法让学生自主体验，用此水温度计比较水的冷热程度，加深学生对液体温度计原理的理解，让学生在实践操作中感受液体的热胀冷缩。让学生用自制的水温度计对冷热水进行测温，同时挖掘他们在测温过程中一个意外的实验收获：当测热水温度的时候，液柱先是下降一点再上升，引发学生思考，刺激学生经验生长。其原因是玻璃瓶先受热膨胀，导致液柱下降。由液体热胀冷缩迁移到固体玻璃瓶的热胀冷缩，引导学生逐步走向深度学习。

鉴于设计的水温度计与现有的实验室温度计差距较大，以及本着“科学实用”的原则，继续对温度计进行优化。此处优化要引导学生进行思维跃迁，测温时，玻璃瓶先接触被测物体吸热导致膨胀，也就是说要发生热传递，如果测温液体过多，就会吸收大量的热量，被测物体的温度会降低，不再是测量前的数据，测量变得不再准确。因此，玻璃瓶中的测温液体应尽可能少一点，玻璃瓶做小一点，玻璃泡尺寸小一点，这样才方便测量温度。既然测温是一个热传递的过程，要想达到热平衡就需要一定的时间，由此学生得出测温时要待温度计示数稳定后方可读数，且不能离开被测液体读数。教学中凸显学生的主体地位，是实现深度学习的关键。进一步进行经验转化，不同的液体膨胀情况相同吗？让学生对煤油和水的膨胀进行对比，促进学生思考实验室为什么大多是酒精和煤油温度计（向学生展示常见的各种液体膨胀系数）。

综上所述，我们对温度计的设计就一个整体要求：方便使用，测温准确。小巧的玻璃泡、易于膨胀的测温液体、细长的管内径上端封口，俨然一个标准的实验室温度计模样。最后采用瑞典科学家摄尔修斯的摄氏温标对温度计刻度进行标记。回顾历史变迁，温度计变成一个鲜活的成长个体，是一件伴随经验变革和生活实践而完善的作品。

（三）评估与反思

对温度计的学习，教材的设计一般是观察温度计的构造，然后给出温度计使用的注意事项。对于温度计的使用规范明了直观，但是不利于学生创新能力的培养，简单的拿来主义引发不了深度学习。教材不过是个例子，给常规教学打个样、立个标。在实际教学过程中，教师应该立足学情、有的放矢。多年来，基于STEAM教育理念，很多教师在教学设计时以任务为驱动，引导学生进行项目化学习，给学生带来了不一样的学习体验和收获。以温度计的设计为例，仅仅凭借项目化学习无法实现深度学习的目标。因为制作温度计不会让学生了解温度计的历史，直接制作液体温度计不足以让学生体会温度计的设计变迁，还是存在“就是这样”的主观灌输。我们从几百年前人们对冷热量化的需求寻找到气体温度计，这是人类文明实践的萌芽，虽然不够完美，但却是人类生产生活经验得以更新进步的动力源泉。教学研究一直在追求怎么让学生学得深入与深刻，怎么赋予他们创新能力。笔者认为，学习同万事万物一样也要遵从自然规律，自然而然地学习必然会引发深度学习，个体的学习在社会的主体意义建构中完成效果更好。深度学习既要基于学生经验，也要立足于社会发展，自然科学类学科教学更要立足于科学发展史和发展历程，任何一次失败或进步都是我们学习的宝贵财富。类似的案例，我们不妨推广到“刻度尺”“弹簧测力计”等课题;除了测量仪器，我们物理学中核心规律的发现也可以尝试还原设计。

四、经验学习促进深度学习的策略

（一）重视情境创设

物理学习与生活实践密不可分。初中阶段是学生学习物理的开端，声、光、热、力、电等各个板块的概念和规律都源于生活。教师在教会学生科学知识的同时，更要让学生掌握学习方法。因此，教学中创设真实的情境，进行沉浸式教学，更容易给学生搭建抽象物理概念和规律的桥梁，让学生在情境中实现问题发生、问题思考、问题解决。

（二）重视思维發展

本杰明·布鲁姆提出的教育目标分类理论，将人的认知思维过程从低到高分为六个层次，即识记、理解、应用、分析、综合和评价。认知思维存在高、低阶之分，经验学习是之前学习的高阶，今后学习的低阶，主要是对自己学习知识的内化。学习过程中需要完成有一定难度的任务——高层次输出，在高阶任务的完成中实现深度学习，是学习者利用已有的认知理解解决实际复杂问题，其中包含了多种能力要求：评价、质疑、创新、迁移、建构等。由经验学习进阶深度学习，可使低阶思维到高阶思维的流畅性得到保障，学生思维参与更加广泛、深入，让课堂思维富有充分性和高效性。

（三）坚持以人为本

初中是学生学习物理的起始阶段，考虑到学生的实际认知水平和能力，需要给学生搭建足够的扶手台阶。正如奥苏泊尔所说的：探明，并据此研究。探明什么？即学生的前经验、认知能力、心理情绪等方面。始终坚持以学生为主体设计和开展物理教学活动，达到培养学生物理学习兴趣的目的。学生学习的原动力来源于自我效能感的提升，而影响自我效能感的关键因素就是成败经验。以学生的经验学习为基础，能够帮助学生迅速找到成功感，为进一步的深度学习提供内生动力。以学生为本，教师在经验学习的基础上，精心设计教学环节，让这些环节支撑学生积极主动学习，引导他们自主探究与解决问题。

经验学习以学生的经验为起点，有自发性和自主性。教学目的就是要在教与学两头构建联系，自上而下地教是一组密集而又逻辑性极强的组合动作，其目的是将学生引到深度学习中去，让学生学会学习、学会管理，最终实现个体经验的升级与转化。教与学的统一，不仅体现在结果上，更体现在教学过程中。

[   参   考   文   献   ]

[1]  关亚琴.中学物理深度学习的研究进展述评[J].物理教师，2021（5）：2-6.

[2]  顾健，陈刚，肖晨.基于学生经验的初中物理深度学习初探：以“物体的浮与沉”为例[J].物理教师，2018（9）： 36-37，41.

（责任编辑 易志毅）