曾淑煌 肖永琴

（1.福州教育學院附屬中學，福建 福州 350001；2.福州教育研究院，福建 福州 350001）

近年來，以5G 為基礎的人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術，人類的許多常規(guī)性思維活動，如記憶、復述，甚至一些基于邏輯推理的分析與判斷，人工智能已經(jīng)完全勝任。因此，人類思維重心位置高移已在所難免，淺層學習已不適應時代的要求，深度學習正是培養(yǎng)高階思維和能力的搖籃，是培育核心素養(yǎng)的基本途徑。2018 年9月召開的全國教育大會，提出立德樹人的培養(yǎng)目標，教育過程實施“五育并舉”，發(fā)展學生核心素養(yǎng)，國家使命使深度學習成了基礎教育的“剛需”。

一、物理學科核心素養(yǎng)培育的導向，使深度學習成為初中物理教學的應然

（一）學科核心素養(yǎng)培育為導向的課程目標要求

《普通高中物理課程標準（2017 年版）》，以“學科核心素養(yǎng)”培育為導向的“課程目標”，取代了原來的“三維目標”，在概念界定、意義、結(jié)構(gòu)與內(nèi)涵上，都形成了對人工智能時代人才五種必備高階思維能力［1］的緊密對接（圖1）。這是國家面對新一輪技術革命浪潮的沖擊，為中學物理教學領域做好的頂層設計。

圖1 物理學科核心素養(yǎng)與現(xiàn)代職業(yè)人現(xiàn)代化智能結(jié)構(gòu)的關聯(lián)

因此，我們探索“深度學習”的實踐，并不僅僅是對一種教學方法的學術性探討，而是基礎教育對當下社會需求出現(xiàn)重大變化的一種主動與積極的反應，這不是趕時髦的“應景”，而是加快發(fā)展新產(chǎn)業(yè)亟需的高素質(zhì)人才培養(yǎng)的“應急”舉措。

（二）物理學科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵要求對于“深度學習”的依賴

“學科核心素養(yǎng)”源于學科知識又超然于學科知識，它形成后能夠脫離學科而單獨存在，即使學科知識記憶殘缺甚至消失后仍然能夠保留下來，最終成為一種跨學科甚至超學科的思維智慧。從這個意義上說，“物理觀念”已經(jīng)不再只是浮在記憶表層的物理現(xiàn)象、名詞、定律等，“物理思維”也不只是應用物理概念與定律解答物理習題的思考過程，而是固化于習得者心靈深處的理解方式與思維存在。例如，看到道路上行駛的車輛，人們就明白它們與太空中的星星，無論是能量轉(zhuǎn)換還是受力系統(tǒng)，都遵循著同樣的科學規(guī)律；我們談論兩個城市之間距離時，潛意識中總是將兩個偌大的城市默認成兩個“點”；站在潮漲潮落的海灘上，我們知道，人類盡管與潮水是完全不同的存在，但一樣都受到萬有引力的作用。

物理學科核心素養(yǎng)是一種完全開放的思維系統(tǒng)，它在學習過程中，能夠自動地與中學其他學科的核心素養(yǎng)相互疊加、相互融合、相互強化，在學習過程中，能夠奠定下學生應對人工智能時代各種新技術的能力基礎。顯然，傳統(tǒng)的以知識記憶、機械性重復訓練為特征的“淺層次”學習，或者說，“應試式”的教與學，無法讓大多數(shù)學生獲得科學思維能力的真正提升，深度學習是中學物理教學價值有效的“變現(xiàn)”路徑。

二、形成新認知，提升初中物理深度學習的推進自覺

（一）“初高一體，以高領初”的新認知

初高中物理教學的臺階大，是不可否認的事實，本身這兩學段的能力要求差異就較大。當下全國高中階段毛入學率已達到89.5%，高中教育趨向普及，而初高中是基礎教育人才培養(yǎng)的上下游關系，夯實義務教育學段的知識能力基礎，才能提升教育全局質(zhì)量。因此，初中教育不能只把培養(yǎng)視野局限于本學段內(nèi)部，應當建立初高中一體化的培養(yǎng)思維。那么，如何讓學生在初中形成必備的物理能力和素養(yǎng)，較好地實現(xiàn)高初中教學的銜接，為高中學習打下良好的基礎，是初中物理教師必須研究的課題。

《義務教育物理課程標準（2011 年版）》雖未提出“學科核心素養(yǎng)”概念，但是我們看其課程目標的要求：通過“知識與技能”的學習，“過程與方法”的體驗，“情感態(tài)度價值觀”的培養(yǎng)，讓學生“養(yǎng)成良好的思維習慣，在分析問題與解決問題時嘗試運用科學知識與科學研究方法”；“具有初步的科學探究能力，……有運用研究方法的意識”；“能獨立思考、敢于質(zhì)疑、尊重事實、勇于創(chuàng)新”；“具有環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的意識，樹立正確的世界觀，有振興中華，將科學服務于人類的使命感與責任感”。這些描述，實際上就是一種“基于學科，但又超越了學科”的核心素養(yǎng)，而且是核心素養(yǎng)中最為基本也最為精粹的內(nèi)核。

應當看到，物理學科核心素養(yǎng)的培育，實際上是啟動于義務教育，完成于高中的一個完整過程。所以，在深度學習的目標定位上，需要初高中一體化，以高中牽引義務教育，而在具體行動的階段化設計與實施中，則以初中對接高中，以初中促進高中，良性互動，提高站位，加深理解，形成“深度學習”的真實踐。

（二）初中學段的主要著力方向

在初高中一體化培育體系中，初中物理主要著力方向有以下三方面。

1.養(yǎng)成持續(xù)的科學興趣。部分學生對于物理學科的“恐懼感”甚至于“厭學”情緒，主要來源于不當?shù)慕虒W策略，如教師錯把學生當成“零起點”的“知識容器”，無視學生“是帶著日常經(jīng)驗和在其他情境中獲得的先前知識、信念等走進教室的”［2］，前期不注意定位學生已知與未知的“最近發(fā)展區(qū)”，不設法尋找學生可能的認知障礙，事先不做足“功課”，在課堂上一味按照自己先前設計的“腳本”單向灌輸知識，教師的“敘述線”與學生的“認知線”始終不能同頻共振，抑制了學生的求知欲望。“深度學習”的理念正是對癥下藥，教師引導學生自主地把日常生活情境中形成的“前概念”與當下的知識學習進行整合，促進學生的舊知領悟升華，建構(gòu)新知，從而掌握物理核心知識?！吧疃葘W習”的課堂，就是依靠一系列的具有積極意義的學生活動，讓他們能夠獲得親歷親為的成就，從而鏟除了讓其生成“恐懼”與“厭學”的土壤。

2.培養(yǎng)基本的科學思維。科學的思維方法是人們思考問題、認識問題的方法，包括比較和歸類、分析和綜合、抽象和概括、演繹和歸納、合理想象和創(chuàng)造性思維等。高中物理的“科學思維”素養(yǎng)的培育，以模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新這四個要素為切入點，初中有足夠的材料引導學生打開思路打下基礎。例如，物理模型在高中有點狀的質(zhì)點和電荷、線狀的電流、立體的電場磁場等，初中有光線、磁感線等，其中磁感線模型為高中磁場模型建構(gòu)奠定了基礎；初中的真空不能傳聲、伽利略理想實驗，以至牛頓第一定律的得出，讓學生領會了科學推理的方法；歐姆定律等多個探究實驗，提供了基于證據(jù)的推理、科學論證的基礎等。其次，老師需要經(jīng)常讓學生關注現(xiàn)象后面的本質(zhì)、過程后面的方法、數(shù)據(jù)后面的規(guī)律、生活后面的科學、概念后面的推理、結(jié)論后面的論證、行動后面的反思、事實后面的判斷。最后，讓學生形成意識自覺，即當自己日常的學習行為可以用諸如判斷、解釋、分析、概括、交流、反思、運用等動詞來描述時，自己的思維正在操作進行時。

3.夯實科學探究基本功?？茖W探究是學生能力生成的必由之路，是未來職業(yè)的“模擬預演”，也是高階思維培養(yǎng)的搖籃。初中課標提出科學探究的七要素：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與搜集數(shù)據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作，高中課標與之對應的是“問題、證據(jù)、解釋、交流”四個要素，都有相應的能力要求。因此在初中物理課堂上，教師要善于引導學生，運用科學方法，一次又一次的體驗、感悟，形成對學生科學探究實踐規(guī)范操作的正面強化，直至領悟，最終形成“自動化”習慣，為學生留下受益終生的探究意識、探究能力和良好的思維品質(zhì)。

（三）融合多種學習方式于物理教學中

STAM 教育引進我國基礎教育領域之后，作為跨學科綜合教育的有效形態(tài)，STEM 元素目前已經(jīng)進入到我國國家課程標準之內(nèi)，包括《普通高中物理課程標準（2017 年版）》。STEM 教育是包含科學、技術、工程、數(shù)學多學科的綜合教育，它“以整合的教學方式培養(yǎng)學生掌握知識和技能，并能進行靈活遷移應用解決真實世界的問題。融合的STEM 教育具備新的核心特征：跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性等?！保?］顯然，STEM 教育與深度學習之間，存在著天然的相互依存關系。

初中物理教學推進“深度學習”，要像STEM 教育那樣，設計“真實情境的沉浸，激發(fā)深度學習”，注重“跨學科知識的融合，促進深度學習”，提供“項目式學習，支持深度學習”，促進“評價遷移，達成深度學習?！保?］鑒于初中學生的心理與認知特點，在這些活動中，我們可以突出趣味性、體驗性、情境性、藝術性。

三、踐行深度學習，使思維型教學成為常態(tài)

學習的本質(zhì)就是要重塑大腦結(jié)構(gòu)和思維模式。不論學生發(fā)展核心素養(yǎng)還是學科核心素養(yǎng)，最核心的都是思維。［5］學物理，關鍵在學習物理思維。在物理教學實施深度學習，教師須以知識為載體，啟發(fā)引導學生，從知識的建構(gòu)過程中體驗科學方法，從知識的體系脈絡中領悟科學本質(zhì)，從知識的應用中感受科學價值，大師思維與工匠精神兼收并蓄，讓學生獲得全面和長遠發(fā)展。

（一）認識知識體系的建構(gòu)邏輯，確定單元教學目標

以滬科版八年級《第七章力和運動》為例，本章包括牛頓第一定律、力的合成與力的平衡三節(jié)內(nèi)容。在《小學科學課程標準（2017 年版）》中，就已要求通過觀察和實驗，感知常見的力，了解力對物體形狀和運動狀態(tài)的改變。八年級的學生在進一步學習了力、運動的基本概念后，進入了“力與運動的關系”這一核心知識領域。《義務教育物理課程標準（2011 年版）》雖要求“知道二力平衡的條件”“通過實驗，認識牛頓第一定律”，使用的描述課程目標的行為動詞“知道”與“認識”似乎要求不高。但是，這卻是力學大廈中的一塊奠基石，也是高中物理直接對應知識的進階踏腳石。課標要求對不同學段是螺旋式上升，圖2 是兩個學段的知識關聯(lián)。

圖2 初高中兩學段的知識對應

鑒于知識在體系中的核心地位，《普通高中物理課程標準（2017 年版）》中關于這一部分的學習要求是比較高的：“通過實驗，了解力的合成與分解，……，能用共點力的平衡條件分析生產(chǎn)生活中的問題。”“通過實驗，探究物體運動的加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系。理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關現(xiàn)象、解決有關問題?！睂W生要達成標準設定的“分析”“探究”“理解”“解釋”“解決”的高認知水平，需要較高的知識內(nèi)化能力。也正如此，《義務教育物理課程標準（2011 年版）》要求能夠“用物體的慣性解釋自然界與生活中的有關現(xiàn)象”，能夠“解釋”其實已屬于認知性目標中的“理解”層次，意在推進深度理解，為高中學習做好堅實的知識與能力鋪墊。

因此，教師應針對不同學段課標的要求和學生的學情，進行單元教學設計，先確定單元教學的目標，再細化落實到每課時的教學目標。

（二）提供學習支架，把握知識教學的“度”

針對初高中物理的課標要求和兩學段教學的銜接需求，教師需要給學生提供學習的支架，包括方法和工具，同時注意把握知識和能力要求的“度”。如：

1.深化“力是物體間的相互作用”認知，適當回顧《第六章熟悉而陌生的力》中的幾種力而正向強化相關概念，為此后的物體受力分析、受力與物體運動狀態(tài)之間量化關系分析建立思路。

2.經(jīng)歷動手探究阻力對運動的影響，深刻理解伽利略理想實驗的構(gòu)思創(chuàng)意與牛頓第一定律的科學推理，為牛頓第二定律的實驗驗證，以及解釋現(xiàn)象解決問題搭建意境。

3.悟透二力平衡的原理，通過回溯、聯(lián)想和遷移，為高中解決共點力平衡問題提供入門工具。

4.尤其要注意引導學生建立結(jié)構(gòu)化知識的意識，整合自己大量的“前知識”，自主自覺融入新知識體系中，在不同階段思維進階，并應用所學解決實際問題。

（三）深度學習課堂教學探索實例

下面以第七章第三節(jié)《力的平衡》教學為例（福州教育研究院肖永琴主設計、福州教育學院附中賴曉嵋執(zhí)教），來說明我們的實踐探索。

1.創(chuàng)設玩一樣的情境，以問驅(qū)動

創(chuàng)設“玩”一樣的教學情境，激發(fā)學生學習的內(nèi)在動機，促進積極思維，以“玩”推動學生主動學習。課前，教師布置了動手實踐作業(yè)：兩個礦泉水瓶內(nèi)裝質(zhì)量不等的水，用繩系在小車上（如圖3），小車就會動起來。如何通過增減水量實現(xiàn)讓運動的小車停下來呢？上課時，將學生提出的解決方案作為引入，如有的學生是使兩邊瓶子里的水質(zhì)量相等，這樣繩子對小車左右兩邊的拉力相等。

圖3

（2）設計認知沖突促進思考，建構(gòu)知識

通過引導學生對小車進行受力分析，說明在一定條件下，物體即使在受到外力作用的時候也能保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。然后回顧牛頓第一定律，似乎這與一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)有矛盾。由此引發(fā)了學生的認知沖突和深入思考。

圖4

通過對平衡狀態(tài)的認知，教師進一步引導學生通過實驗設計，改變物體受到的兩個力的三要素，探究需要什么樣的條件才能滿足二力平衡。利用如圖4 所示裝置，讓學生學會應用控制變量等研究方法進行實驗，并基于證據(jù)進行思考，進而總結(jié)出“二力平衡必須滿足兩個力大小相等、方向相反，作用在同一直線上的條件”的結(jié)論，同時強調(diào)表達觀點的時候要有依據(jù)。

課后對此實驗教具又做了進一步的改進，如圖5所示。改進后的裝置除了可以探究在水平線上的二力平衡外，還可利用電路演示板的小孔快速、方便地將兩滑輪安裝在不同的高低差位置，實現(xiàn)了對不同方向的同一直線二力平衡問題的深入探究（圖6、7），板上畫的不同顏色的虛、實線便于學生對二力方向和鉤碼所處位置的觀察，使他們對二力平衡條件的理解更加深刻。

圖5

圖6

圖7

3.利用學生自主創(chuàng)新實驗，提升思維的品質(zhì)

探究實驗結(jié)束后，教師播放一學生自主創(chuàng)新實驗的過程視頻，他給瓶中注入不同量的水時，桌面上的小車交替呈現(xiàn)“變速運動”“勻速運動”“靜止”等狀態(tài)，最后學生驚奇地發(fā)現(xiàn)“在兩個礦泉水瓶內(nèi)注入質(zhì)量不等的水，小車也能停下來（圖8、9）”。這與大部分學生的所想不同，究竟是怎么回事？實驗把學生引入了摩擦力作用的情境，引發(fā)學生對系統(tǒng)的全局思考。進一步分析繩子除了受到礦泉水瓶對它的拉力外，還受到摩擦力，引導學生從力的作用效果出發(fā)對問題簡化，先將同一方向的二力合成，然后再比較合成后不同方向的新二力，當整個系統(tǒng)受到的合力為0 時，小車就處于靜止狀態(tài)，進而教師提出對實驗進一步改進和優(yōu)化，培養(yǎng)學生深入尋找與分析隱性因素的能力，也為高中的共點力的平衡打下了良好的基礎。學生通過分析和綜合，由具體問題走向了系統(tǒng)思考，提升了思維的深刻性和全面性，同時也培養(yǎng)了創(chuàng)新意識、審辯思維和創(chuàng)新思維，提升了解決問題的能力。

圖8

圖9

4.溯源和聯(lián)想，實現(xiàn)應用遷移

在真實的情境中解決復雜問題時核心素養(yǎng)才能表現(xiàn)出來，因此應用遷移有兩個方面：

一是將所學的知識與方法應用遷移到實際情境中去，應用遷移到其他領域，解決實際問題［5］。如在這個環(huán)節(jié)，教師引導學生回溯第六章第四節(jié)“探究物重與物體質(zhì)量的關系”和第五節(jié)“探究摩擦力大小的影響因素”兩實驗，分析其原理，說明二力平衡條件的應用，再通過起重機吊貨物的工程應用的不同情況（靜止、勻速、變速等）進行受力分析，進一步理解力與運動的關系，區(qū)分平衡力與相互作用力，解決實際問題。

二是將學習過程中形成的科學態(tài)度、科學精神以及一些行為規(guī)范和價值觀，以不同形式遷移到日常生活中，實現(xiàn)能力、態(tài)度和方法的遷移。如，我們以擊破“NASA立掃把挑戰(zhàn)”所言“唯一一天可以讓掃把獨自站立的日子”出發(fā)，以實驗說明只要找準重心，利用二力平衡條件，每天都可以把掃把立起來，不僅可以立掃把，也可以立剪刀、椅子、石頭，還可以立人……等等，培養(yǎng)學生對事物的認識和判斷要養(yǎng)成基于證據(jù)的習慣，不隨意聽信謠言，掌握了平衡，可以創(chuàng)造和諧之美。同時以福建東山的風動石、央視節(jié)目《挑戰(zhàn)不可能》的“測繪工程師在4米高的懸空畫框上立約2000N的摩托車”為例，來說明自然界與人創(chuàng)造的“平衡的力量”。

5.畫龍點睛之悟理，以情致知，以文化人

課的尾聲，教師展示68 歲的汪留成老人疊加32根木條圖片，說明人可以活到老、學到老、做到老，形成終身學習的意識。最后讓學生欣賞一小段《平衡之美》視頻［6］，當表演者小心翼翼搭建出一個棕櫚枝“棚”，并用最后一根枝條撐起棕櫚枝“棚”，整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)地矗立在舞臺上，羽毛也始終輕盈地“躺”在第一根枝條末梢，觀眾屏住了呼吸，驚嘆不已，平衡之美顯出神奇的力量?？墒?，當表演者輕輕地抽走那羽毛（圖10），整個棕櫚枝“棚”瞬間崩塌。這段視頻生動地說明了物理學平衡系統(tǒng)的生成與解體，同時教師借此引導學生“悟理”，其實每個人都有如那根羽毛，雖很輕、很小，但潛能很大，且都是社會的一分子，每個人做好自己就是對社會的一大貢獻，否則“一旦雪崩來臨，每個人都逃脫不了，都是罪惡的推手”。人生平衡、生態(tài)平衡莫不如此。這樣，在視覺和認知上都達成了“觸及學生心靈”的效果，將科學教育與人文教育有機地融合一體，實現(xiàn)深度學習最終是培養(yǎng)人的目標。

圖10

課后的實踐作業(yè)，再次將科學探究和實踐與我國民俗文化結(jié)合起來。結(jié)合隨后到來的春分節(jié)氣，讓學生完成實踐作業(yè)：“春分豎蛋”的民俗起源于4000 年前的中國，人們以此來慶賀春天的到來。請你也動手試試。怎么立蛋容易成功？知道其中的原理嗎？是生雞蛋容易立起來還是熟雞蛋容易立起來？或者再嘗試一下你還能把什么東西立起來。

作為深度學習的積極實踐者，我們深刻認識到“以學生為中心”核心的意義是以學生的“發(fā)展”為中心。這就是說，課堂上的學生活動必須能夠引導學生進入“獲得發(fā)展的有意義的學習過程”“在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學習動機、高級的社會情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀”［2］?？梢源_定的一點是，“動手”“思維”“思考”是把物理學習引向深度的關鍵，因此，認識需要深化梳理，實踐需要主動推進，感悟需要精細總結(jié)，行穩(wěn)致遠，方可讓“深度學習”成為教學常態(tài)。