基于DOK理论的物理跨学科深度学习探索

摘" "要：随着跨学科主题学习活动的兴起，如何有效开展跨学科实践活动受到广泛关注。当前跨学科学习存在教学目标不明确、学科整合表面化等问题。应用DOK理论为工具开展跨学科的深度学习，能够明晰教学目标，优化教学活动，有助于深化学生对知识的理解和应用。以“眼睛和眼镜”为例，介绍基于DOK理论开展跨学科深度学习的设计思路和教学过程，为有效开展跨学科主题学习活动提供指引。

关键词：DOK理论；跨学科；深度学习；眼睛和眼镜

在最新修订的《义务教育物理课程标准（2022版）》中增加了一级主题课程内容“跨学科实践”，包括物理学与日常生活、工程实践以及社会发展三个方面[ 1 ]。选择合适的教学主题开展跨学科教学能够帮助学生从多学科的视角，运用多学科的知识来解决问题，以培养其综合解决实际问题的能力。但当前跨学科学习存在着学习目标不明确，跨学科学习浮于表层，评价体系不完善的现实困境，开展深度的跨学科学习有助于加深学生对知识的理解和应用。深度学习强调学生主动建构知识，对新旧知识建立联系，将所学知识迁移运用到新情境并做出决策[ 2 ]。应用DOK理论（Depth Of Knowledge，以下简称为DOK）作为开展深度学习的工具，依据理论的4个层级设计教学活动，能够有效促进学生科学思维的发展[ 3 ]。本文以“眼睛和眼镜”为例，通过不同认知层次学习活动的设计与实施，推动学生的深度学习和积极参与，掌握跨学科的知识和技能。

1" 基于DOK理论开展跨学科深度学习的整体思路

深度学习是指在教师的引领下，学生围绕具有挑战性且基于真实问题的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程[ 4 ]。DOK理论可以作为开展深度学习的工具，通过不同等级活动和任务的设计，促进学生的深度学习。美国教育评价专家韦伯提出“知识深度（Depth Of Knowledge）”理论，简称DOK理论。该理论将认知水平划分为回忆和重现、技能和概念、策略性思维以及拓展性思维四个层级，各层级所需的认知水平如表1所示。其中前两层级属于浅层学习，后两层属于深层学习，从简单的回忆和运用知识到复杂的策略性思考和拓展性思考，能够有效促进学生高阶思维的发展。

深度学习中新旧知识关联、迁移应用、深度理解、高阶思维等涉及的“深”需要跨学科的“跨”来实现。跨学科学习作为一种运用多学科知识对主题研究问题进行持续探究，最后解决问题的学习方式，是促进深度学习真实发生的有效方式。DOK理论重视学习活动的设计与实施，与跨学科实践活动在多个方面相契合。

第一，知识融合的一致性。DOK理论鼓励教师设计整合不同学科知识和技能的学习任务，这与跨学科学习的目标相契合，即打破传统学科界限，促进学生对知识形成综合性理解，培养创新思维。

第二，能力发展的一致性。DOK理论强调通过不同层级的认知活动来培养学生的深度理解和高阶思维能力，这与跨学科学习中对学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力培养是一致的。

第三，活动设计的一致性。跨学科实践活动重视通过活动培养学生解决实际问题的能力，DOK理论为教学任务和活动设计提供框架，教师可以根据DOK的不同层级设计跨学科的学习任务，促进学生在跨学科活动中深度参与和学习。DOK理论中尤其是第三层级和第四层级的活动任务，强调学生运用跨学科知识解决现实生活中的问题。

基于DOK理论开展跨学科实践活动的设计思路包括选定主题、确立教学目标、提出驱动性问题、设计教学活动以及评估教学效果五部分组成。首先选定主题，主题要具有足够的深度和复杂性，可以基于真实情境确立，结合不同学科课标要求以及DOK理论，明确知识的深度和广度，设置驱动性的问题和任务，完成深度学习。设计流程具体如图1所示。

2" 基于DOK理论的跨学科深度学习教学案例——“眼睛和眼镜”

基于DOK理论，围绕“眼睛和眼镜”的主题开展跨学科学习，具体的设计思路与教学过程如下。

2.1" 设计思路

人教版物理八年级上册中 “眼睛和眼镜”与七年级下册生物课程体系中的“眼和视觉”在内容上高度契合。学生在七年级的生物课上已经学习并掌握了眼球的结构、科学用眼习惯等知识，在本节课之前掌握了透镜以及凸透镜成像规律的物理知识，但对于从物理学视角进一步理解视物原理、近视眼和远视眼的成因及矫正等问题上还存在一定困难。同时，学生具有一定的观察能力、动手实践能力和思维分析能力，但充分调动多学科知识，运用多学科知识解决问题的能力欠佳。

因此本节课基于DOK理论，确立教学目标，设置驱动性问题和任务开展跨学科教学，共划分为四个教学环节，每个教学环节对应的DOK层级水平和学习目标如表2所示。

在开展跨学科学习活动时，教师应充分调动和运用学生的前置生物学知识，并将其有效结合，围绕“眼睛和眼镜”主题提出的驱动性问题及各学习环节涵盖的学科知识如表3 所示。

2.2" 教学过程

根据教学目标和提出的驱动性问题，借助虚拟实验平台和小组实验开展跨学科的教学活动，促进学生对主题内容形成完整的认知，加强对知识的应用。教学过程共分为以下五部分，具体如下。

2.2.1创设情境，生活走向物理

为了使学生形成更完整的知识体系，应当将知识进行整合，首先要还原知识的丰富情境，知识从哪里来，深度学习的起点就应该从哪里开始[ 5 ]。本案例以生活中近视眼和远视眼患者的生活经验引入，引导学生深入了解其中原理。

教学片段1：眼睛是心灵的窗户。眼睛是人类感官中最重要的器官之一，我们接收外界的信息，主要来自眼睛。那你知道眼睛是怎样让我们看见物体的吗？现在很多同学都因近视戴上了眼镜，这些眼镜是凹透镜还是凸透镜，近视眼患者眼中的世界与正常人眼中的世界有何不同，为什么佩戴眼镜能够矫正视力？

设计意图：由真实情境引导学生思考，提出驱动性问题，激发学生的学习兴趣，促进深度学习的开展。

2.2.2温故知新，促进知识迁移

深度学习强调新旧知识建立联系。教师要充分调动学生的前置知识，促进知识的迁移与应用。要使学生能够结合生物学知识从跨学科视角认识眼球的结构，并能初步从已学的透镜知识建立关于眼球的物理模型。

教学片段2：教师结合眼球实物模型以及NOBOOK虚拟实验平台中的资源，引导学生梳理眼球结构及其各部分功能，从跨学科的视角分析视觉的形成过程。

设计意图：本环节对应的是DOK1和DOK2层级。通过借助现代化信息手段，回忆前置知识，并将物理学与生物学的知识紧密结合，使学生对已有认知结构重新加工，实现学科知识的正向迁移。

2.2.3合作探究，明晰视物原理

小组合作探究是教学中一种高效的学习方式，能够激发学生的积极参与并促进深度学习。在合作中，学生相互启发，共同构建知识，能够培养学生的科学探究能力和批判性思维，深化其对知识的理解与应用。

教学片段3：实验探究视物原理

活动1：分析眼球模型，探究眼睛是如何看清远近位置不同的物体的？引导学生结合生物学原理分析人眼观看远近不同物体时晶状体的焦距变化。

活动2：应用水透镜开展实验，探究晶状体的焦距与其厚度的关系，通过增加和减少水透镜中水的含量来模拟晶状体的薄厚变化，通过平行光测焦距法探究晶状体的焦距与其厚度的关系。学生总结归纳当人眼看远近不同的物体时，其睫状体的状态、晶状体的薄厚以及焦距的大小关系。如表4所示。

设计意图：本环节对应的是DOK2和DOK3层级。在DOK2层级，学生通过理解并应用生物学的概念，理解眼睛的构造，分析和解释视物原理。在DOK3层级，学生通过实验操作和实验结论分析，运用策略性思维，推理出晶状体厚度与焦距之间的关系，进一步加深对眼睛视物原理的理解。

2.2.4模型建构，深化内容理解

利用信息技术，能够激发学生学习的积极性，促进高阶思维能力的发展。本案例应用实物模拟与信息技术模拟相融合的方式，促进学生对近视眼、远视眼的成因及矫正的理解。

教学片段4：学生以小组为单位应用水透镜及NOBOOK虚拟实验平台进行实验，模拟近视眼、远视眼的成因及矫正过程。

活动1：通过水透镜探究近视眼和远视眼的成因及矫正

学生以小组为单位进行实验，将蜡烛、水透镜和光屏依次摆在光具座上。实验装置如图2所示。将蜡烛放在离水透镜较远的位置，通过移动光屏使屏上出现清晰的像。用注射器在水透镜中加适量水，光屏上的像变模糊，通过移动光屏，找到像所在的位置。再将光屏移到原来的位置，选择透镜，使光屏上呈现出清晰的像。同理，从水透镜中往外抽取适量水，重复上述步骤，实验过程中教师组织学生观察并记录实验信息。

活动2：通过NOBOOK平台模拟近视眼和远视眼的成因及矫正

通过NOBOOK平台内置的光学器件模拟构建正常眼的眼球成像模型，通过调节晶状体的薄厚程度模拟演示近视眼、远视眼的眼球，结合透镜对光的作用模拟演示近视眼、远视眼的矫正过程，其中使用凹透镜模拟近视眼的矫正如图3所示。在学生对眼睛和眼镜的知识有了较为系统的把握之后，引导学生了解眼镜的度数。

设计意图：本环节对应的是DOK3和DOK1层级。学生通过实验操作，理解眼睛成像的原理和近视、远视的成因，并通过策略性思考，选择合适的透镜进行视力矫正属于DOK3层级；了解眼镜的度数属于DOK1层级。

2.2.5应用知识，丰富知识体系

深度学习强调对知识的完整建构，因此要引领学生对所学内容进行总结和反思，在课后还可以利用拓展作业，补充一定的社会资源，使学习更加贴近现代社会生活。同时，跨学科实践活动鼓励学生适当物化成果。在本案例中，课后让学生调查班级同学视力情况以及查阅当前科技前沿的视力矫正技术，培养学生正确的生命健康观念。

作业一：调查班上同学的视力状况和用眼习惯，查阅资料，了解保护视力的方法，对用眼卫生等提出合理的建议。

设计意图：本环节对应的是DOK3层级，使学生认识到保护视力的重要性，在日常生活中要养成良好的用眼卫生习惯，培养学生形成正确的健康理念。同时也培养学生思考如何开展调查，初步运用调查的基本步骤，以及撰写调查报告的能力。

作业二：科技前沿——了解视力矫正技术及原理

随着医学技术的不断发展和提高，矫正视力的方式也越来越多。请同学们课后查阅相关资料，梳理视力矫正技术的方式及其原理形成调研报告。

设计意图：本环节对应的是DOK4层级，通过查阅资料，使学生了解科技对人类生活的影响，通过信息技术丰富学生认知。

3" 总结

在本案例中，应用DOK理论开展跨学科的深度学习，有助于学生对“眼睛和眼镜”主题内容的深化理解，通过从基础概念的掌握到复杂问题的解决，学生能够更加全面地认识眼睛的结构、功能以及视力问题的成因和矫正方法，增强了学生对学科知识的理解以及运用多学科知识解决实际问题的能力。同时，在应用DOK理论开展教学活动时，并不是必须要从DOK1层级到DOK4层级进行，DOK理论提供的是一个框架，用以区分不同类型的认知要求和学习深度，教学活动的设计应基于实际的教学目标、学生的需求以及具体的教学内容进行灵活调整。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2022年版）[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2022： 33-38.

［2］ 潘丹丹， 郭秋洁， 林心如，等. 指向高阶思维培养的深度学习教学探究：以“杠杆的平衡条件”为例[J]. 中学理科园地， 2024， 20（3）： 14-17.

［3］ 陈莹， 杨晓梅. DOK理论融入物理教学 促进初中生科学思维发展[J]. 中学物理， 2022，40（6）： 17-19.

［4］ 郭华. 深度学习及其意义[J]. 课程·教材·教法， 2016， 36（11）： 25-32.

［5］ 曹培杰. 智慧教育： 人工智能时代的教育变革[J]. 教育研究， 2018， 39（8）：121-128.