岳臘生

(首都師范大學(xué)附屬中學(xué))

黨的二十大報(bào)告明確指出:要全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,著力造就拔尖創(chuàng)新人才.而拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)絕不能離開基礎(chǔ)教育這個(gè)重要環(huán)節(jié).這一過(guò)程需要彰顯學(xué)生“優(yōu)勢(shì)發(fā)展”的教育哲學(xué)原則,遵循知識(shí)整體性學(xué)習(xí)的教育規(guī)律,超越學(xué)習(xí)成果質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的束縛,根植于豐富學(xué)生就讀經(jīng)歷的質(zhì)量?jī)?nèi)涵式發(fā)展的戰(zhàn)略路徑.就目前來(lái)講,課堂教學(xué)無(wú)疑還是教育行為實(shí)施的主戰(zhàn)場(chǎng).

作為中學(xué)物理教師,應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)課程改革相關(guān)文件,深入研究學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變、學(xué)生主體作用的發(fā)揮、評(píng)價(jià)改革等問(wèn)題,從深度學(xué)習(xí)理論的角度摸索開展拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式.但是,教學(xué)行為的實(shí)施面臨著內(nèi)容多、涉及面廣、課時(shí)少的問(wèn)題;學(xué)生背景不同、基礎(chǔ)不同,課堂教學(xué)實(shí)施難度大;相關(guān)工具新且方法活,教到什么程度確實(shí)是問(wèn)題和挑戰(zhàn).面對(duì)“怎么教”的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,一線教師存在彷徨、糾結(jié)、畏難等情緒,缺乏有效的課堂教學(xué)策略.

1 深度學(xué)習(xí)理論的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)(Deep Learning)理論于1976年由美國(guó)學(xué)者基于學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)提出,是針對(duì)孤立記憶和非批判性接受知識(shí)的淺層學(xué)習(xí)而提出的關(guān)于學(xué)習(xí)層次的一個(gè)概念.國(guó)內(nèi)外研究者普遍認(rèn)為:淺層學(xué)習(xí)是指被動(dòng)的、機(jī)械式的、記憶性的學(xué)習(xí),只是簡(jiǎn)單復(fù)制、機(jī)械記憶那些零散的、不相關(guān)的知識(shí)信息,不能深度理解復(fù)雜概念及其內(nèi)在含義,無(wú)法主動(dòng)建構(gòu)個(gè)人知識(shí)體系,不能有效解決真實(shí)情境中的復(fù)雜問(wèn)題;深度學(xué)習(xí)是指主動(dòng)的、探究式的、理解性的學(xué)習(xí),要求學(xué)習(xí)者主動(dòng)地建構(gòu)知識(shí)意義、將知識(shí)轉(zhuǎn)化為技能并遷移應(yīng)用到真實(shí)情境中來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)習(xí)者元認(rèn)知能力、問(wèn)題解決能力、批判性思維、創(chuàng)造性思維等高階能力與思維的發(fā)展.筆者認(rèn)為,深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者利用深度學(xué)習(xí)方法來(lái)獲得高質(zhì)量學(xué)習(xí)結(jié)果、實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的一種高階學(xué)習(xí),綜合而言,深度學(xué)習(xí)突出以學(xué)生為中心,強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),在路徑上注重促進(jìn)學(xué)生的新舊知識(shí)聯(lián)結(jié),強(qiáng)調(diào)信息整合與批判性理解,最終實(shí)現(xiàn)發(fā)展學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力與高階思維的目的.

2 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)

隨著教學(xué)改革的縱深推進(jìn),新的教學(xué)理念被教師們所接受,但在實(shí)踐層面仍存在不足.從學(xué)習(xí)目標(biāo)來(lái)看,教師往往在教學(xué)內(nèi)容中生套核心素養(yǎng),導(dǎo)致知識(shí)與技能目標(biāo)流于淺層;學(xué)習(xí)內(nèi)容方面,仍然沿襲接受記憶、強(qiáng)化訓(xùn)練的指導(dǎo)模式,新知識(shí)沒有與原有知識(shí)建立聯(lián)系,學(xué)生不能把知識(shí)遷移到新情境中去;學(xué)習(xí)方式上,將教學(xué)活動(dòng)本身作為教學(xué)目的,導(dǎo)致自主、合作與探究變成使學(xué)生機(jī)械地記憶課本上的知識(shí),難以遞進(jìn)式地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、批判思維和實(shí)踐能力的發(fā)展;從學(xué)習(xí)結(jié)果來(lái)看,學(xué)生的思維層次仍處于低階水平,舉一反三的遷移能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力普遍偏弱.可以看出,一般教學(xué)模式更多為淺層學(xué)習(xí),導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí),僅停留在“知道和領(lǐng)會(huì)”知識(shí)的認(rèn)知層面.

為此,有學(xué)者提出基于深度學(xué)習(xí)理論的課堂實(shí)施策略,認(rèn)為深度學(xué)習(xí)需要教師通過(guò)確立高階思維發(fā)展的教學(xué)目標(biāo),整合意義聯(lián)結(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容,創(chuàng)設(shè)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的真實(shí)情境,選擇持續(xù)關(guān)注的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行積極引導(dǎo).還有學(xué)者認(rèn)為深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)應(yīng)當(dāng)做好現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的相互轉(zhuǎn)化,讓學(xué)生主動(dòng)活動(dòng),幫助學(xué)生通過(guò)深度加工把握知識(shí)本質(zhì),模擬社會(huì)實(shí)踐及引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行價(jià)值評(píng)價(jià)等幾項(xiàng)工作.綜合來(lái)看,以深度學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)可有效解決一般教學(xué)模式在學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容、方式等方面存在的問(wèn)題.

通過(guò)對(duì)比淺層學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)理念差異及一般教學(xué)模式與深度學(xué)習(xí)課堂的教學(xué)策略,筆者進(jìn)一步提出基于深度學(xué)習(xí)理論的物理課堂教學(xué)實(shí)踐策略.下面以高中物理“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”部分的教學(xué)為例,針對(duì)教材中的陳述性知識(shí),通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境問(wèn)題,采用問(wèn)題鏈與思維探究相結(jié)合的教學(xué)方法,鼓勵(lì)學(xué)生積極思考,在真實(shí)的問(wèn)題情境中,積極參與課堂活動(dòng),達(dá)到在深度體驗(yàn)中獲取知識(shí)、提升能力的目的.

2.1 通過(guò)創(chuàng)設(shè)物理情境,引導(dǎo)學(xué)生深入思考

作為一種具有主動(dòng)性和批判性的學(xué)習(xí)方式,深度學(xué)習(xí)面向真實(shí)問(wèn)題的解決,要求學(xué)習(xí)者在激活先前知識(shí)的基礎(chǔ)上,對(duì)于所獲得的新知識(shí)進(jìn)行有效深度加工,因此情境創(chuàng)設(shè)需要突出“真實(shí)”與“知識(shí)建構(gòu)”.情境創(chuàng)設(shè)要傾向現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景,初步導(dǎo)出的問(wèn)題應(yīng)與已有經(jīng)驗(yàn)相關(guān),從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入情境并逐步深入思考.

基于以上思考,本文提出問(wèn)題情境:A、B、C三個(gè)芭蕾舞演員分別同時(shí)從邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C出發(fā),以相同的速率v0運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中始終保持A朝著B,B朝著C,C朝著A.

2.2 問(wèn)題鏈引導(dǎo)思維,注重知識(shí)的保持與遷移

為引導(dǎo)學(xué)生快速深入理解問(wèn)題情境,層次遞進(jìn)地進(jìn)行高階思維,研究采用問(wèn)題鏈的形式,旨在先調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,引出學(xué)生原有知識(shí),進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)習(xí)反思與批判理解.在問(wèn)題鏈的層次遞進(jìn)中,學(xué)生思維層次漸深,解決問(wèn)題的知識(shí)不斷遷移分化,高階能力得到發(fā)展.

問(wèn)題1A、B、C三個(gè)芭蕾舞演員最終會(huì)在哪里相遇?

猜想會(huì)在等邊三角形中心相遇.

問(wèn)題2A、B、C三個(gè)芭蕾舞演員經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間相遇? 有同學(xué)簡(jiǎn)單思考后給出了下列方法.

方法1正交分解法

將v0沿三角形的高正交分解得

相遇的時(shí)間為

上述解法屬于直接按照猜想的相遇結(jié)果進(jìn)行的推理,教師緊追不舍提出問(wèn)題.

問(wèn)題3針對(duì)剛才同學(xué)憑借直覺猜想的結(jié)果,是否能用我們目前所學(xué)知識(shí)給出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕獯鹉? 經(jīng)思考后有同學(xué)又提出了一套方案.

方法2相對(duì)速度法

由對(duì)稱性,每時(shí)每刻A、B、C的位置都構(gòu)成等邊三角形,現(xiàn)從相對(duì)速度的角度考慮等邊三角形邊長(zhǎng)的變化,顯然當(dāng)邊長(zhǎng)變?yōu)?時(shí),三個(gè)舞蹈演員會(huì)匯聚于等邊三角形中心.

如圖1所示,由于瞬時(shí)速度都沿當(dāng)前等邊三角形的邊的方向,則A相對(duì)B的速度

圖1 A 相對(duì)B 的速度

由|vA|＝v0,|vB|＝v0,則由角度關(guān)系得

則邊長(zhǎng)減少速率為

則相遇所需時(shí)間

在同學(xué)們還在為能求得舞蹈演員相遇時(shí)間而興奮時(shí),接著提出另一具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題.

問(wèn)題4以演員A為例,能求出她的運(yùn)動(dòng)軌跡方程嗎?

幾個(gè)具有微積分和極坐標(biāo)相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)的同學(xué)摩拳擦掌,躍躍欲試.不久,大家提出了以下解決方案.

方法1速度分解法

由于A、B、C三個(gè)舞蹈演員的運(yùn)動(dòng)關(guān)于等邊三角形的中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱,每時(shí)每刻三者都構(gòu)成等邊三角形,這里只考慮A的運(yùn)動(dòng)情況即可.將A的速度分解為向中心連線OA的徑向和垂直于中心連線的切向,則速度方向與中心連線的夾角θ＝30°,如圖2所示.

圖2 A 的速度分解

則徑向速度始終為

切向速度始終為

則A與中心O的連線(以下稱為矢徑)OA長(zhǎng)度減小的速率即為徑向速度vτ,初始矢徑長(zhǎng)度為r0,由幾何關(guān)系,則可以寫出矢徑長(zhǎng)度關(guān)于時(shí)間的表達(dá)式

當(dāng)r＝0時(shí),三者相遇,此時(shí)

角速度為切向速率除以矢徑長(zhǎng)度

則

對(duì)于時(shí)刻t0,相對(duì)初始狀態(tài)單個(gè)演員的矢徑相對(duì)中心O轉(zhuǎn)過(guò)的角度

則其運(yùn)動(dòng)的角度φ和矢徑長(zhǎng)度r關(guān)系方程為

還有同學(xué)利用所學(xué)極坐標(biāo)方法給出了另一種解法.

方法2建系微元法

以等邊三角形中心為極點(diǎn)O,初始時(shí)刻極點(diǎn)O到舞者A的連線為極軸OP,建立極坐標(biāo)系,如圖3所示.對(duì)于開始運(yùn)動(dòng)后的任意過(guò)程,用微元法分析其位置變化規(guī)律,設(shè)時(shí)刻t時(shí),三者構(gòu)成△ABC,極徑為r,極角為θ,經(jīng)過(guò)一個(gè)微元時(shí)間dt,A的位置變?yōu)锳′,AA′長(zhǎng)度La＝v0dt,時(shí)刻變?yōu)閠＋dt,極徑變?yōu)閞＋dr(dr＜0),極角變?yōu)棣龋玠θ,其關(guān)系如圖4所示,dθ極小,則由幾何關(guān)系有

圖3 建立極坐標(biāo)系

圖4 位置變化圖示

整理式○15得

即

整理式○16并將式○18代入得

對(duì)式○17左右積分,并代入初始條件r＝r0,t＝0,對(duì)于時(shí)刻t0有

即

當(dāng)r＝0時(shí),三者相遇,此時(shí)

即

同學(xué)們通過(guò)不同的理論推導(dǎo)方法,得到了同樣的結(jié)論,看上去已經(jīng)得到了相互的印證,此時(shí)再適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步通過(guò)其他研究方法來(lái)證明.

問(wèn)題5能否從其他角度驗(yàn)證一下同學(xué)們的解法是否正確?

此時(shí),又有同學(xué)提出可以通過(guò)模擬繪圖驗(yàn)證結(jié)果是否正確.利用幾何畫板畫圖軟件繪出了三個(gè)舞蹈演員的運(yùn)動(dòng)軌跡(如圖5).圖片一經(jīng)展示,全班同學(xué)都興高采烈,感到收獲滿滿! 不僅學(xué)會(huì)了一道基礎(chǔ)的物理問(wèn)題,還在交流中感受到了深度學(xué)習(xí)的魅力!

圖5 利用模擬繪圖驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)軌跡

3 基于深度學(xué)習(xí)理論的物理課堂教學(xué)實(shí)踐策略

3.1 突出以學(xué)生為中心

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)為導(dǎo)向,既關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,也關(guān)注教師的教學(xué)活動(dòng).本節(jié)課從典型的物理情境出發(fā),通過(guò)問(wèn)題鏈的次第推進(jìn),探究科學(xué)的結(jié)論;通過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)和評(píng)價(jià)活動(dòng)等來(lái)幫助學(xué)生掌握復(fù)雜的知識(shí)概念,建構(gòu)個(gè)人知識(shí)意義,發(fā)展個(gè)人理解能力等.

3.2 提倡主動(dòng)學(xué)習(xí)

本節(jié)課不受常規(guī)的所謂大綱、考綱甚至課時(shí)局限,從一開始就設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)內(nèi)容“上不封頂”的“一體化”模式:從三個(gè)芭蕾舞演員的運(yùn)動(dòng)情境→猜測(cè)演員在中心會(huì)聚→計(jì)算會(huì)聚時(shí)間→推導(dǎo)軌跡方程電腦模擬驗(yàn)證.鼓勵(lì)有能力的同學(xué)在條件許可的情況下,自學(xué)微積分初步、高等數(shù)學(xué)等知識(shí).從“優(yōu)勢(shì)發(fā)展”教育原則的角度來(lái)看,在中學(xué)階段這樣的課堂教學(xué)無(wú)疑是對(duì)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有益嘗試.也正是深度學(xué)習(xí)者具有內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣的特征體現(xiàn).

3.3 注重批判理解

本節(jié)課一開始,同學(xué)們還有猜測(cè)、疑惑、不堅(jiān)定或拿不準(zhǔn)等心理狀態(tài).可是隨著大家在理解基礎(chǔ)上批判性地學(xué)習(xí),批判性地看待新知識(shí)并深入思考,逐漸加深了對(duì)深層知識(shí)和復(fù)雜概念的理解,最終達(dá)成對(duì)問(wèn)題的完美解決.

3.4 強(qiáng)調(diào)信息整合

首先,深度學(xué)習(xí)是多渠道信息的整合,學(xué)習(xí)者不僅要接受書本內(nèi)容或教師傳授的知識(shí),更要通過(guò)多種途徑來(lái)獲取完成學(xué)習(xí)任務(wù)所需的其他知識(shí)信息,如極坐標(biāo)、微積分知識(shí).其次,深度學(xué)習(xí)是多學(xué)科信息的整合,如在基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)過(guò)程中要應(yīng)用到多門學(xué)科的知識(shí),如電腦模擬舞蹈演員軌跡使得推理得到驗(yàn)證,而不是教師簡(jiǎn)單認(rèn)可.再次,深度學(xué)習(xí)是新舊信息的整合,它把新信息與已知概念和原理聯(lián)系起來(lái),整合到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,從而引起對(duì)新信息的深度理解、長(zhǎng)期保持及遷移應(yīng)用.

3.5 促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)與轉(zhuǎn)化

學(xué)習(xí)者不僅要能從信息的海洋中獲取有用的信息,更要將信息轉(zhuǎn)化為知識(shí),并把新知識(shí)與已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái),在已有知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識(shí).本節(jié)課就是一個(gè)簡(jiǎn)單的生活問(wèn)題,同學(xué)們利用所學(xué)運(yùn)動(dòng)的合成與分解、運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性等知識(shí),在深度學(xué)習(xí)的經(jīng)歷中,體會(huì)了一次從一般到復(fù)雜再到簡(jiǎn)單的思維訓(xùn)練過(guò)程.實(shí)際上就是通過(guò)在新的情境中遷移應(yīng)用所掌握的知識(shí)技能,將一般性的知識(shí)技能轉(zhuǎn)化為問(wèn)題解決技能,以獲得高階能力的過(guò)程.

3.6 面向問(wèn)題解決

本節(jié)課設(shè)置了問(wèn)題鏈,環(huán)環(huán)相扣,使得學(xué)習(xí)者靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決真實(shí)情境中的復(fù)雜問(wèn)題、創(chuàng)造新知識(shí).“學(xué)以致用”實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)的目的.

3.7 發(fā)展高階思維

高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力,在教育目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等較高認(rèn)知水平層次的能力.淺層學(xué)習(xí)主要是對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)單描述、記憶或復(fù)制,停留在“知道、理解”等較低的認(rèn)知水平,是一種低級(jí)認(rèn)知技能的獲得,涉及簡(jiǎn)單記憶、淺表理解、良構(gòu)問(wèn)題解決等低階思維活動(dòng);相反,深度學(xué)習(xí)更注重知識(shí)的理解和應(yīng)用,處于“應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造”等高級(jí)的認(rèn)知水平,面向高級(jí)認(rèn)知技能的獲得,涉及劣構(gòu)問(wèn)題解決、元認(rèn)知、批判性思維、創(chuàng)造性思維等高階思維活動(dòng).高階思維是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵,發(fā)展高階思維能力有助于實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)深度學(xué)習(xí);同時(shí)高階思維又是深度學(xué)習(xí)的核心特征,深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)有助于提高學(xué)習(xí)者的思維品質(zhì)和學(xué)習(xí)效能.

4 結(jié)束語(yǔ)

在設(shè)計(jì)整個(gè)物理課堂教學(xué)時(shí),絕不是簡(jiǎn)單地提出一個(gè)或幾個(gè)問(wèn)題形成所謂的問(wèn)題鏈就可以了,還必須處理好諸如“游離與沉浸”“淺表與深層”“知識(shí)與智慧”的關(guān)系.這只是深度學(xué)習(xí)理論用于高中物理課堂教學(xué)的一個(gè)案例,而深度學(xué)習(xí)作為中學(xué)生學(xué)習(xí)物理行之有效的方式,值得我們更進(jìn)一步地研究和實(shí)踐.

(完)