(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 蘇州 215411)

1 深度學(xué)習(xí)和U型過程的簡(jiǎn)介

1.1 深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是對(duì)學(xué)習(xí)狀態(tài)的質(zhì)性描述，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解和對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的批判性吸收與利用，追求有效的學(xué)習(xí)遷移和真實(shí)問題的解決，屬于以高階思維為主要認(rèn)知活動(dòng)的高投入有意義學(xué)習(xí)。

1.2 U型過程

杜威認(rèn)為：知識(shí)不能直接進(jìn)行傳授。知識(shí)的理解需要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的過程，即還原與下沉、體驗(yàn)與探究、反思與上浮，這一學(xué)習(xí)過程恰似“U型”。學(xué)生首先要將書本知識(shí)還原與稀釋，還原的過程即知識(shí)的“下沉”過程。U型的底部是學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行體驗(yàn)、對(duì)話與探究的過程。第三個(gè)環(huán)節(jié)是思性思維的過程，經(jīng)過元認(rèn)知過程，將符號(hào)知識(shí)進(jìn)行升華，實(shí)現(xiàn)公共知識(shí)的個(gè)人意義達(dá)成。

2 基于U型過程促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的分析

在對(duì)有關(guān)深度學(xué)習(xí)大量文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為深度學(xué)習(xí)的真實(shí)發(fā)生離不開以下五個(gè)方面：情感的高投入、知識(shí)的深聯(lián)結(jié)、思維的高進(jìn)階、意義的深生成、遷移的高靈活。其中情感的高投入是過程保障，知識(shí)的深聯(lián)結(jié)、思維的高進(jìn)階和意義的深生成是自我構(gòu)建、自我內(nèi)化的過程，遷移的高靈活是將內(nèi)化的結(jié)果外顯和應(yīng)用的過程，U型過程的三個(gè)環(huán)節(jié)能很好地滿足這五個(gè)方面的要求(圖1)。

圖1

首先，通過創(chuàng)設(shè)聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際的情境，促進(jìn)還原與下沉，激發(fā)積極情感，實(shí)現(xiàn)情感的高投入；其次，以學(xué)生為主體進(jìn)行多維體驗(yàn)與探究整合，在師生、生生和生本的互動(dòng)中促進(jìn)知識(shí)的深聯(lián)結(jié)、思維的高進(jìn)階、意義的深生成；最后，學(xué)生對(duì)自己探究的過程和結(jié)果進(jìn)行反思，形成觀念性知識(shí)，并靈活應(yīng)用于實(shí)際問題解決中，促進(jìn)遷移的高靈活。

3 基于U型過程促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的策略

筆者以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，探討基于U型過程促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略。(1) 激發(fā)認(rèn)知沖突，促進(jìn)還原與下沉，讓問題“沉”下來；(2) 設(shè)置挑戰(zhàn)任務(wù)，促進(jìn)體驗(yàn)與探究，讓思維“顯”出來；(3) 解決實(shí)際問題，促進(jìn)反思與上浮，讓概念“活”起來。

3.1 激發(fā)認(rèn)知沖突，促進(jìn)還原與下沉，讓問題“沉”下來

教學(xué)片段1：在課堂的引入環(huán)節(jié)，設(shè)置一個(gè)趣味小游戲——倒杯移物。將一個(gè)小球放在低一點(diǎn)的桌面上，用一個(gè)去掉蓋子的圓柱形透明塑料杯子倒過來將小球圈在里面(圖2)。如何只用這個(gè)杯子并始終保持倒立狀態(tài)，將小球從矮桌子移到更高的臺(tái)子上呢？

圖2

為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，先讓學(xué)生挑戰(zhàn)這個(gè)任務(wù)。學(xué)生剛開始很難成功，雖然大家都想到讓小球在杯子內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)起來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。此時(shí)教師提醒學(xué)生成功的秘訣就是一個(gè)字：快。再讓學(xué)生來嘗試，當(dāng)挑戰(zhàn)成功后，能有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提出需要研究的物理問題：為什么小球在杯子內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)的速度比較大時(shí)才不會(huì)掉下來？速度要達(dá)到多少才不會(huì)掉下來？

接下來可以播放摩托飛車的雜技視頻，進(jìn)一步聯(lián)系生活，提升學(xué)生的探究熱情。

3.2 設(shè)置挑戰(zhàn)任務(wù)，促進(jìn)體驗(yàn)與探究，讓思維“顯”出來

通過設(shè)置一些有臺(tái)階和思維空間的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生一步體驗(yàn)和探究，在多維對(duì)話和互動(dòng)中將學(xué)生的思維發(fā)展情況顯露出來。教師及時(shí)、有針對(duì)性地進(jìn)行引導(dǎo)，建立新舊知識(shí)的深度關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)、分析綜合、評(píng)價(jià)整合等高階思維能力，并幫助學(xué)生深度把握知識(shí)背后的邏輯、意義和價(jià)值，這是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

教學(xué)片段2：展示汽車在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎的視頻，它的軌跡近似為一段圓弧，也就是說汽車做圓周運(yùn)動(dòng)。

挑戰(zhàn)性任務(wù)1：汽車在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎所需的向心力由什么力提供？

為了有效突破這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，可以用身邊的教科書、物塊模擬該情境，如圖3所示，在書上放一物塊，小組成員全部起立，小組內(nèi)一同學(xué)手托著書在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一次慢慢轉(zhuǎn)，第二次快點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，小組內(nèi)其他同學(xué)仔細(xì)觀察物塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并解釋該對(duì)比實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？小組討論后得出結(jié)論：第一次物塊隨書一起在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)沒有產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，第二次物塊沿著徑向相對(duì)書向外滑動(dòng)。這說明小物塊隨書一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有沿徑向向外相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到的指向圓心的靜摩擦力提供了向心力。

[6][7][14][17][84][85]Thakin Nu, From Peace to Stability, Ministry of Information, Government of the Union of Burma, 1951, p.22, 51, 21-22, 202, 102, 98-100.

圖3

圖4

從汽車轉(zhuǎn)彎過渡到火車轉(zhuǎn)彎，火車轉(zhuǎn)彎問題是本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容。

播放火車轉(zhuǎn)彎視頻，設(shè)置挑戰(zhàn)性任務(wù)2：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力源于哪里？

如圖4所示，用鋼材為每個(gè)小組制作了縮小版的火車車輪和鐵軌模型。先讓學(xué)生仔細(xì)觀察火車車輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再讓學(xué)生分析火車如果在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎時(shí)靠什么力來提供向心力。

學(xué)生在認(rèn)識(shí)了火車輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后，分析火車在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪緣與外軌道間有側(cè)向向內(nèi)的擠壓，從而產(chǎn)生一個(gè)指向圓心的彈力來提供所需的向心力?；疖囐|(zhì)量很大，長(zhǎng)期靠這個(gè)側(cè)向擠壓來提供水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎的向心力很容易磨損輪緣和軌道，造成脫軌事故。

挑戰(zhàn)性任務(wù)3：如果你是鐵路設(shè)計(jì)師，轉(zhuǎn)彎處軌道該如何設(shè)計(jì)？請(qǐng)小組交流，提供具體設(shè)計(jì)方案。事先為每個(gè)小組提供兩個(gè)小木塊，在方案設(shè)計(jì)的過程中有助于為學(xué)生提供體驗(yàn)和啟發(fā)(用兩個(gè)木塊將圖4中軌道的一側(cè)墊高)。學(xué)生主要提出了以下兩個(gè)方案。

方案1：將轉(zhuǎn)彎處的軌道半徑擴(kuò)大，減小所需的向心力。

方案2：將鐵軌的外側(cè)抬高，讓火車的重力和鐵軌支持力的合力提供向心力。

讓學(xué)生對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，哪一個(gè)更好？并說明理由。

在交流討論后中判斷學(xué)生的理解程度和思維發(fā)展情況，及時(shí)給予引導(dǎo)、幫助。學(xué)生發(fā)現(xiàn)方案2更好，因?yàn)橹灰壍纼A斜合適，火車以某一個(gè)速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)火車和鐵軌間完全沒有側(cè)向擠壓。

為了幫助學(xué)生進(jìn)一步理解火車轉(zhuǎn)彎時(shí)軌道所在平面的難點(diǎn)，可以用一個(gè)小球在漏斗內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)來模擬這一過程。漏斗上方用保鮮膜封住，防止因小球轉(zhuǎn)動(dòng)速度過大而飛出來(圖5)。

圖5

圖6

學(xué)生體驗(yàn)后由教師進(jìn)行受力分析，并討論：轉(zhuǎn)彎處的傾斜角度與轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度大小如何共同影響火車輪緣與鐵軌間的側(cè)向擠壓的彈力大小？然后，讓學(xué)生說說圖6所示鐵路轉(zhuǎn)彎處限速70km/h的物理意義，促進(jìn)意義建構(gòu)。

挑戰(zhàn)性任務(wù)4：倒杯移物實(shí)驗(yàn)中圓柱體杯子的底面半徑為R，物塊與杯子側(cè)壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，如圖7所示，要使物塊不掉下來，其速率應(yīng)滿足什么條件？

圖7

圖8

挑戰(zhàn)性任務(wù)5：在生活中，汽車要通過很多橋，針對(duì)拱形橋最高點(diǎn)建立模型，說說其向心力的來源。

一些學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論：坐車過橋頂時(shí)有一種“變輕”的感覺，建立如圖8所示的模型，進(jìn)行受力分析，重力和支持力的合力來提供向心力，引導(dǎo)學(xué)生具體分析汽車過拱形橋頂時(shí)對(duì)橋的壓力與速率之間的定量關(guān)系。

通過系列挑戰(zhàn)性任務(wù)，深入研究生活中不同圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來源問題，通過模擬實(shí)驗(yàn)將不能直接觀察到的抽象問題具體化、可視化，使思維過程顯性化。

3.3 解決實(shí)際問題，促進(jìn)反思與上浮，讓概念“活”起來

在問題解決過程中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)及其探究過程進(jìn)行反思、總結(jié)提煉，形成觀念性認(rèn)識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”和“用中學(xué)”，讓概念“活”起來。

教學(xué)片段3：在研究拱形橋時(shí)，設(shè)置實(shí)際問題：東倉(cāng)大橋是很多同學(xué)往返學(xué)校的必經(jīng)之地，東倉(cāng)大橋橋面半徑約為50m，為了避免汽車脫離橋面造成交通事故，交警部門需要在橋上設(shè)置一限速牌，限速牌上應(yīng)該寫_________km/h。

在研究汽車過凹形橋時(shí)，基于前面的學(xué)習(xí)可以設(shè)置待解決的真實(shí)問題：瀘定橋是橫跨在大渡河上的一座鐵索橋，橋面圓弧半徑約為100m，如圖9所示，試估算當(dāng)自己站在滑板車上經(jīng)過瀘定橋最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋的壓力為多少？

圖9

圖10

學(xué)生建立模型分析得出結(jié)果后發(fā)現(xiàn)：跑過凹形橋時(shí)，壓力大于自身重力，速度越大，壓力越大。用圖10所示裝置模擬凹形橋，讓一個(gè)質(zhì)量為100g的鋼球通過軌道，為了看得清楚，可以將運(yùn)動(dòng)過程用手機(jī)拍成視頻，慢動(dòng)作播放，發(fā)現(xiàn)通過最低點(diǎn)時(shí)壓力可以達(dá)到2.5 N。

通過實(shí)際問題的解決，一方面有助于評(píng)估學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度，另一方面在問題解決的過程中促進(jìn)學(xué)生對(duì)前面學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行回顧、反思，使獲得的概念性認(rèn)識(shí)“活”起來。