梁文懿 皮飛鵬 鐘 儀

(廣州大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院 廣東 廣州 510006)

1 ISTM教學(xué)法

ISTM教學(xué)法，又稱沉浸式教學(xué)法[1]，通過對學(xué)科語言環(huán)境的構(gòu)造和渲染，讓學(xué)生置身于學(xué)科語言環(huán)境中，達到學(xué)科知識潛移默化的效果.物理語言包含物理單位語言、物理概念語言、物理公式語言以及物理圖表語言4大類，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，需要逐步掌握并熟練運用物理語言，才能更好地掌握物理學(xué)科知識[2].然而目前中學(xué)生對物理語言的表征仍存在理解、識別、轉(zhuǎn)換、操作、構(gòu)造等方面的障礙[3]，需要教師改進并完善物理語言教學(xué)以促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.

深度學(xué)習(xí)是當(dāng)前教育領(lǐng)域的熱點話題，是在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程[4].但是受限于課堂環(huán)境，教師在挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)主題的設(shè)計上存在諸多限制和困難.因此，我們期望構(gòu)建基于ISTM教學(xué)法的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式，并以人教版九年級物理全一冊第十五章第1節(jié)的第1課時“兩種電荷”為例進行教學(xué)設(shè)計[5]，希望通過物理語言環(huán)境的搭建和渲染，讓教師能創(chuàng)造性地設(shè)計挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，并在課堂上引導(dǎo)學(xué)生對物理學(xué)科知識進行深度理解，逐步發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

2 基于ISTM教學(xué)法的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式

2.1 模式構(gòu)建

教學(xué)模式可以從宏觀上把握教學(xué)活動整體及各要素之間內(nèi)部的關(guān)系和功能，使教學(xué)活動具有一定程度的有序性和可操作性.本文希望將ISTM教學(xué)法的特點與“深度學(xué)習(xí)環(huán)”相融合，重構(gòu)深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式.“深度學(xué)習(xí)環(huán)”(Deeper Learning Cycles，DELC)是由艾瑞克·詹森(Eric Jensen)等人提出[6]，即深度學(xué)習(xí)的7個教學(xué)步驟：

(1)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與課程；

(2)預(yù)評估；

(3)營造積極的學(xué)習(xí)文化；

(4)激活先前知識；

(5)獲取新知識；

(6)深度加工知識；

(7)評價學(xué)生學(xué)習(xí).

我們構(gòu)建的基于ISTM教學(xué)法的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式包含6個步驟：

(1)學(xué)習(xí)情況預(yù)估；

(2)知識環(huán)境準(zhǔn)備；

(3)關(guān)聯(lián)知識激活；

(4)新授知識獲??；

(5)知識深度加工；

(6)學(xué)習(xí)效果評價.

上述6個步驟循序漸進，環(huán)環(huán)相扣，具體教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 基于ISTM教學(xué)法的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式

“學(xué)習(xí)情況預(yù)估”是前提，為教師深入了解學(xué)生并做好課堂設(shè)計奠定基礎(chǔ).前概念在一定程度上影響著學(xué)生科學(xué)概念的形成，錯誤的前概念影響學(xué)生對新知識的同化和順應(yīng)，形成錯誤的思維[7]，因此，教師要在預(yù)估和調(diào)查學(xué)生前概念的基礎(chǔ)上進行課堂教學(xué)設(shè)計.

“知識環(huán)境準(zhǔn)備”是基礎(chǔ)，教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)備對學(xué)生有直接的刺激作用.建構(gòu)主義提倡情境化教學(xué)，相關(guān)知識教學(xué)氛圍的營造、物理語言課堂環(huán)境的渲染有利于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進行正向的意義建構(gòu)，對學(xué)生知識的吸收與理解以及學(xué)生個體的成長有良好的促進作用.

“關(guān)聯(lián)知識激活”是條件，教師需要喚起學(xué)生對相關(guān)知識和生活經(jīng)驗的回憶，讓學(xué)生從熟悉的生活逐漸進入物理課堂學(xué)習(xí).由于初中生的抽象思維能力和邏輯思維能力較弱，已有的生活經(jīng)驗和知識儲備較為零碎，未能有效且自主地搭建知識網(wǎng)絡(luò)，對關(guān)聯(lián)知識的提取具有一定難度，因此，需要教師充當(dāng)引路人的角色，對關(guān)聯(lián)知識進行課前導(dǎo)讀和激活，為新知識的學(xué)習(xí)做鋪墊.學(xué)生亦應(yīng)積極主動參與課堂知識的回憶，激活大腦對知識的印象.

“新授知識獲取”是關(guān)鍵，需要教師引導(dǎo)學(xué)生從先前知識逐步過渡到本節(jié)課的核心知識.新知識的輸入如同獨立的知識個體，需要教師引導(dǎo)和幫助學(xué)生逐步構(gòu)建、完善和拓展物理學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò).由于初中生的抽象和邏輯思維能力較弱，充分調(diào)動學(xué)生的感官去了解新知識是較佳的選擇.

“知識深度加工”是精髓，需要教師因地制宜，對深度加工的方式進行對比和選擇.具身認(rèn)知理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是全身心參與的過程，新知識是心智、身體和環(huán)境三者相互作用的結(jié)果.具身學(xué)習(xí)具有涉身性、體驗性和情景性，體驗性是其核心特征[1].教師應(yīng)從具身學(xué)習(xí)的體驗性入手去營造ISTM教學(xué)氛圍，以增強或延長學(xué)生感受和體驗的環(huán)節(jié)，并根據(jù)具體的學(xué)習(xí)主題選擇合適的實驗演示、多媒體教學(xué)方式，對學(xué)科知識進行探究過程的重現(xiàn)并賦予現(xiàn)實意義.

“學(xué)習(xí)效果評價”是靈魂，是根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)原則，利用可行的評價方式，對教學(xué)過程以及預(yù)期的效果給予價值上的判斷.通過學(xué)習(xí)效果評價，我們能了解學(xué)生知識掌握程度，并據(jù)此對教學(xué)模式進行調(diào)整和完善.

2.2 兩種視角下的教學(xué)模式理解

課堂教學(xué)模式作為一種教學(xué)實踐的程序和策略，必須在具體學(xué)科的教學(xué)過程中才能全面且深刻地闡釋.為了能夠更好地展示該模式，我們分別從教師行為和學(xué)生行為兩個角度對本模式進行解釋(如圖2).

圖2 基于ISTM教學(xué)法的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式中“教師行為”和“學(xué)生行為”的理解

3 基于ISTM教學(xué)法的案例設(shè)計

3.1 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的教學(xué)目標(biāo)劃分

新課標(biāo)提出了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)、立德樹人的教學(xué)目標(biāo)，傳統(tǒng)教授式課堂教學(xué)存在以教師為中心，學(xué)生被動地接受知識的局限性，不能完全適應(yīng)新課標(biāo)的要求，而ISTM教學(xué)法則為師生提供一種“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)模式，踐行了新課標(biāo)的理念.本文在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，對“兩種電荷”課堂教學(xué)內(nèi)容與基于ISTM的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式相融合，希望能為新課程教學(xué)的實施帶來新意.表1是核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的“兩種電荷”課堂教學(xué)目標(biāo)的劃分.

表1 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的“兩種電荷”課堂教學(xué)目標(biāo)劃分

3.2 基于ISTM教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計

針對以上教學(xué)目標(biāo)，本文對“兩種電荷”教學(xué)內(nèi)容進行了教學(xué)設(shè)計，分為7個環(huán)節(jié)，分別是“學(xué)習(xí)情況預(yù)估”“知識環(huán)境準(zhǔn)備”“關(guān)聯(lián)知識激活”“新授知識獲取”“知識深度加工”“課堂總結(jié)”和“學(xué)習(xí)效果評價”.

3.2.1 學(xué)習(xí)情況預(yù)估

在該環(huán)節(jié)，教師通過調(diào)查和提問，對學(xué)生電荷前概念情況進行了解，預(yù)估學(xué)生在本節(jié)課學(xué)習(xí)的難點.學(xué)生在課前與教師進行互動，填寫課前調(diào)查問卷，將自身情況與老師交流.

該環(huán)節(jié)設(shè)計旨在讓學(xué)生對生活中的電現(xiàn)象有感性認(rèn)識，使教師預(yù)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有利于進行針對性的課堂設(shè)計.從核心素養(yǎng)方面來看，該環(huán)節(jié)能夠理清學(xué)生前概念，為物理觀念的搭建做鋪墊.

3.2.2 知識環(huán)境準(zhǔn)備

本環(huán)節(jié)里，教師不但需要明確本節(jié)課的核心內(nèi)容：認(rèn)識電荷種類；電荷的相互作用規(guī)律；原子結(jié)構(gòu)；還需要渲染物理語言學(xué)習(xí)環(huán)境：對電荷、原子結(jié)構(gòu)等物理概念語言表述精確；精心挑選物理演示實驗教具，確保課堂實驗演示的規(guī)范性和合理性.同時，學(xué)生在教師的引領(lǐng)下，開始有意識地觀察日常生活；有利于在課前，對課本“兩種電荷”的內(nèi)容進行預(yù)習(xí).

本環(huán)節(jié)設(shè)計旨在教師明確“兩種電荷”的核心知識點，并為學(xué)生打造高度開放、可交互、沉浸式的物理語言學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生對物理知識的吸收和理解.從核心素養(yǎng)角度來看，本環(huán)節(jié)能夠進行環(huán)境渲染，為傳遞物理觀念、培養(yǎng)科學(xué)思維以及實施科學(xué)探究做準(zhǔn)備.

3.2.3 關(guān)聯(lián)知識激活

在這個環(huán)節(jié)里，教師可適當(dāng)引用氣球在衣服上摩擦后可吸附在頭發(fā)上，及冬天梳頭后的梳子可吸起輕小紙屑等生活例子,如圖3和圖4所示.學(xué)生在老師的引領(lǐng)下，對生活中摩擦起電的現(xiàn)象進行回憶并列舉出更多摩擦起電的生活現(xiàn)象，并思考為什么會有摩擦起電現(xiàn)象的產(chǎn)生.

圖3 摩擦后的氣球可吸附頭發(fā)

圖4 梳頭后的梳子吸小紙屑

本環(huán)節(jié)能讓學(xué)生對知識產(chǎn)生熟悉感，激起學(xué)生對電現(xiàn)象了解的興趣，激活關(guān)聯(lián)知識.從核心素養(yǎng)方面來看，就是為學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)做鋪墊.

3.2.4 新授知識獲取

本環(huán)節(jié)中，教師通過對物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)電荷的歷程以及原子結(jié)構(gòu)探索歷程的介紹，引入本堂課“電荷的介紹”“原子結(jié)構(gòu)模型的介紹”兩個基礎(chǔ)知識點，學(xué)生在教師對物理學(xué)史介紹的過程中，對電荷的概念以及原子結(jié)構(gòu)模型(圖5)進行簡單記憶.

圖5 原子結(jié)構(gòu)模型

本環(huán)節(jié)通過物理學(xué)史的介紹，讓學(xué)生了解物理學(xué)科發(fā)展歷程，掌握知識點的同時培養(yǎng)學(xué)生實事求是、持之以恒的科學(xué)探究精神.從核心素養(yǎng)方面來看，能夠令學(xué)生搭建物理觀念，提升學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的素養(yǎng).

3.2.5 知識深度加工

在這個環(huán)節(jié)，教師在教授前準(zhǔn)備毛皮、絲綢、玻璃棒、橡膠棒、有絕緣手柄的金屬桿、旋轉(zhuǎn)支架等儀器.引導(dǎo)學(xué)生思考自然界有多少種電荷，及電荷間的相互作用有什么規(guī)律兩個問題，此時用絲綢摩擦過的玻璃棒或毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近水平懸空放置的玻璃棒，觀察其相互吸引與排斥的現(xiàn)象(圖6)，并提出如何通過實驗設(shè)計，探究電荷間的相互作用規(guī)律的討論任務(wù)，然后請小組成員上臺演示組內(nèi)設(shè)計的探究實驗過程，演示結(jié)束后教師總結(jié)學(xué)生討論結(jié)果.

圖6 探究電荷間相互作用規(guī)律實驗

進一步地，引導(dǎo)學(xué)生思考基于電荷間的相互作用規(guī)律，設(shè)計“驗電器”(圖7)并判斷物體是否帶電，將兩個驗電器的金屬球分別接觸被絲綢摩擦過的玻璃棒兩端，觀察兩個驗電器中金屬箔的張角，同時提出如何判斷物體帶電的討論任務(wù).

圖7 驗電器

接下來繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考摩擦起電的原因是什么，同時用絲綢摩擦玻璃棒的一端，提出如何理解摩擦起電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因的討論任務(wù)，討論結(jié)束后，教師總結(jié)學(xué)生討論情況.學(xué)生對教師提出的問題進行思考(包括自然界電荷的種類，電荷相互作用的規(guī)律，物體是否帶電的判斷以及摩擦起電的原理)，并通過觀看教師在探究“自然界電荷的種類”演示實驗，了解教師實驗設(shè)計的方法與思路；初步設(shè)計實驗，用以探究電荷間的相互作用規(guī)律；通過設(shè)計并制作“驗電器”，探究物體是否帶電，并以小組形式討論自然界中存在兩種電荷；電荷間的相互作用為——同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；可用驗電器檢驗物體是否帶電；摩擦起電的原因為不同物質(zhì)的原子核束縛電子的本領(lǐng)不同，摩擦起電并不是創(chuàng)造了電荷，而是電荷的轉(zhuǎn)移，然后與老師匯報.從核心素養(yǎng)方面來看，本環(huán)節(jié)通過實驗探究，鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維以及培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力.

3.2.6 課堂總結(jié)

在這個環(huán)節(jié)里，教師進行課堂總結(jié)并板書知識點，同學(xué)們進行課堂反思：什么是電荷，如何區(qū)分正電荷和負(fù)電荷，以及電荷間的相互作用規(guī)律，思考同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原因，驗電器構(gòu)造和工作原理以及摩擦起電的原因.

本環(huán)節(jié)目的是對課堂內(nèi)容做及時總結(jié)，對課堂知識進行記憶強化與理解.

3.2.7 學(xué)習(xí)效果評價

此環(huán)節(jié)，教師以課后問卷的形式，從物理學(xué)科核心素養(yǎng)角度對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行初步的了解.其中包括“物理觀念”，即理解了什么觀念，學(xué)習(xí)了什么規(guī)律；“科學(xué)思維”，即運用什么樣的方法進行本節(jié)課的學(xué)習(xí)；“科學(xué)探究”，即是否動手做實驗？實驗是以什么形式進行？解決了什么問題；“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，即你認(rèn)為進行物理探究需要具備什么品質(zhì)？如何看待探究過程中的失敗經(jīng)歷等.之后通過設(shè)置具有難度梯度的課后習(xí)題，對學(xué)生掌握“兩種電荷”內(nèi)容的程度進行初步的了解；設(shè)置開放性的課外拓展型作業(yè)，例如，“收集資料并附上物理圖示，說明靜電除塵的原理.”利用開放性和情境性的作業(yè)進一步判斷學(xué)生對知識的理解程度.并根據(jù)學(xué)生掌握知識情況的判斷，確定是否需要再次進入“知識深度加工”環(huán)節(jié).如已掌握，即學(xué)生已經(jīng)達到深度學(xué)習(xí)的效果，反之需再次進入“知識深度加工”環(huán)節(jié)，教師需要對物理語言環(huán)境的營造及知識講授的方式重新選擇，重新授課后再次對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價.

本環(huán)節(jié)目的在于教師可以通過課堂與學(xué)生互動的信息反饋，對該模式的使用情況進行初步的判斷，且可以通過課后習(xí)題的形式了解學(xué)生對知識掌握情況，判斷是否完成教學(xué)目標(biāo)，從核心素養(yǎng)4個方面評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況.

3.3 教學(xué)設(shè)計說明

(1)通過ISTM教學(xué)法在物理課堂的應(yīng)用，促進學(xué)生物理觀念的理解

物理觀念是認(rèn)識的成果，其完善的程度與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平和知識經(jīng)驗相適應(yīng).本文通過對物理語言環(huán)境的渲染，如采取對電荷、原子結(jié)構(gòu)等物理概念語言，對電荷量單位等物理單位語言進行精確表述的措施，以及精心挑選物理演示實驗教具，確保課堂實驗演示的規(guī)范性和合理性等準(zhǔn)備，讓學(xué)生置身于物理學(xué)習(xí)環(huán)境中，促進學(xué)生物理觀念的理解和養(yǎng)成.

(2)通過物理實驗演示和探究性實驗設(shè)計，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)展

教師的演示實驗可以增強學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的體驗感，激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣.同時，學(xué)生在進行小組討論活動和探究性實驗設(shè)計過程中，他們對知識進行內(nèi)化并通過小組實驗展示以達思維外顯的效果.此過程是學(xué)生自發(fā)的知識整合過程，通過探究實驗現(xiàn)象推斷探究措施的正誤，在不斷修改和完善探究性實驗設(shè)計中，加深了其對知識的理解，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)展.

4 教學(xué)反思

本文以人教版“兩種電荷”課堂教學(xué)為例，構(gòu)建了基于ISTM教學(xué)法的深度學(xué)習(xí)課堂教學(xué)模式，用以全面發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，注重學(xué)生科學(xué)探究的外顯行為，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生.本文教學(xué)模式的搭建仍存在某些教學(xué)環(huán)節(jié)淺表化和形式化的局限性，需要在實際教學(xué)過程中進行修正和調(diào)整.若要達到預(yù)期的教學(xué)效果，仍需要教師在實踐過程中結(jié)合實際情況，靈活開展教學(xué)活動，貫徹“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教育理念，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ).