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摘要:信息时代对人才培养提出了更高要求,深度学习应运而生,其对高中物理的学习尤为契合。高中物理教学策略可以结合深度学习理论进行优化。从深度学习理论来看,重视物理情境的创设,重视原理方法的作用,重视调动学生深层次思考的积极性,对提高物理教学效率具有重要作用。实践表明,教师围绕本文提到的几方面做出教学策略上的调整,能有效促进学生深度学习的发生。
关键词:深度学习 教学策略 物理情境
物理学是以观察和实验为基础的自然学科,在科学创新中具有举足轻重的地位。但高中生感觉物理学科比较难学,其原因与教学策略和学习方式有关。实际教学中,学生的学习方式多是一种记忆、理解的浅层学习,不利于真正理解知识的本质并用以解决实际问题。深度学习理论为破解这个难题提供了一个方向,值得进行积极探索和尝试。
一、深度学习理论
综合国内外深度学习研究现状发现,深度学习的特征表现在以下四个方面:一是从深度学习目标结果看,深度学习体现为学生认知、人际、个人三个领域高阶能力发展。二是从学习内容角度看,深度学习的内容具有整合性、情境性等特点,并不是割裂的、脱离实际生活的事实。三是从学习过程的角度看,深度学习强调学习者批判性理解学科核心知识,基于已有的知识经验主动建构知识体系,能将概念和原理迁移到新的情境,创造性地解决结构不良问题。四是从学习投入角度看,在学习过程中,深度学习需要学生的高认知投入、高情感投入、高行为投入,学习者的积极参与是深度学习的关键。
在实际学校教学中,学生的深度学习需要教师的引导和帮助,这对老师提出了相应的教学要求。
二、从深度学习的视角对教学策略的思考
从上述理论可以看出,有三个因素对高中物理的深度学习起着重要作用,处于基础性的地位。
一是知识形成的物理情境。深度学习的特征表现第二条中指出“深度学习的内容具有整合性、情境性等特点”。物理学科的这一特征尤其突出。教师应还原出具体的物理情境,让学生能真正看到知识如何从情境中建立起来的。没有这一步,学生根本无法真正理解相关知识。二是原理方法。深度学习的特征表现第三条指出“能将概念和原理迁移到新的情境”。知识是在一定的原理方法中孕育产生的,离开方法,也同样无法理解物理知识,而迁移知识、创造性地解决问题也就更不可能。三是学生的积极性。深度学习的特征表现第四条指出“学习者的积极参与是深度学习的关键”。深度学习指向新时代人才的培养,对学习者的要求也是很高的,需要处理许多复杂问题,而这些离开学生的积极性是不可能的。
三、从深度学习的视角调整教学策略的探索
在上述反思的基础上,结合高中物理的特定内容,笔者对教学策略的调整做了一些探索。
1.重视还原具体的物理情境
物理知识本来就是人们在研究实际问题过程中总结的,离开具体的物理情境,物理知识就是无本之木,深度学习也不可能发生。
高中生在学习牛顿运动定律的内容时,往往还感觉比较顺利,而遇到万有引力、电场磁场、原子等内容时就会感觉困难重重。产生这一问题的一个原因就是牛顿运动定律研究的物理情境是学生熟悉的、身边的宏观现象,而其他知识涉及了宇观、微观、场等陌生情境。因此,在学习这部分知识时,教师必须重视这一问题,设法还原出具体的、真实的物理情境展示给学生,让学生看到,从而为深度学习的发生创造条件。
以带电粒子在电场中的运动为例。带电粒子在电场中的运动属于微观情境,有一些概念始终困扰着学生。比如,带电粒子飞过偏转电场时为何可以认为两板间电压大小不变?为什么重力可以忽略不计?这些问题怎么解决呢?
如图1所示,设示波器的加速电压为1000V,偏转极板长为5cm,已知电子的质量为9.1×10-31kg,电荷量为1.6×10-19C,两板间距为4cm,g取10m/s2。若偏转极板上加50Hz的照明电压,为什么可以认为电子通过时两板间时电压不变?
两板加50Hz的照明电压,周期就是0.02s,这对我们来讲是非常快的。那为何电子穿过这样迅速变化的电场,却认为通过时的电压基本不变呢?
学生大概能猜到:电子通过的时间更短。但是,这种笼统的感觉是不够的。笔者结合计算数据,还原真实的物理情景。
这个对比能让我们直观感觉到相比三万年一个周期变化,一天内的变化可以忽略不计。
通过类比,把不可见的微观情境通过数据的类比,直观地展现在学生的视野之中,使得学生能借助自身的经验,更好地建立物理观念。
2.重视知识背后的原理方法
深度学习的目标是解决问题,是迁移运用。但是,研究表明,如果不掌握知识背后的更一般的理论,迁移是难以完成的。正是在物理基本思想的统领下,运用物理基本方法,我们得到了物理的基本概念和规律,构建了物理学科的框架。没有思想和方法的概念和规律,仍然是记忆性的知识,不能自主形成框架结构,是没有生命力的。因此,教师不仅要对知识背后的原理和方法心中有数,胸有成竹,还要通过教学设计,还原出由原理方法得出知识的过程,从中让学生体会到原理方法的存在和意义。这样,他们在遇到新问题时才能迁移运用。
以行星与太阳间的引力大小的推导过程为例。虽然这是课本正文中的内容,写得明明白白,可仍有很多学生不能理解。这是为什么呢?我们具体分析一下。
设行星的质量为m,速度为v,行星与太阳间的距离为r,行星公转的周期T,则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为
这个推导过程很多学生不太理解,这在2022年的北京高考中也得到了充分反映。
教学中发现学生会产生很多困惑。比如数学运算中为何用r替换T,而不用T替换r?利用“行星绕太阳转”得到F正比于行星质量,那么要得出F正比于太阳质量,难道不需要构造一个“太阳绕行星转”的模型吗?还有,既然推理如此严谨,为何还要进行“月—地检验”呢?
产生以上困惑其实是没弄清推导背后的原理和逻辑。这里其实是对力和运动关系原理的运用。力的规律不是由运动决定的,也可以说与运动无关,比如物体只在重力的作用下可以做各种运动,这些运动不能决定重力的大小与方向,但会在运动中反映出重力的特点。同样,太阳与行星间的引力也与行星绕太阳的圆周运动形式无关,它的决定因素另有其他。那是什么呢?我们猜想应该与r和m有关,这种特点会在圆周运动中反映出来。这就是整个推导的思路。另外,推导中用到了牛顿定律,在这种天体运行的新情境中牛顿定律是否仍然成立,最终要看实验或实际,所以,月地检验是非常必要的,这是物理学的必然要求。
如果课本上的这些问题弄清楚了,新情境中的问题也就可能会解决了—其实他们的思路是一样的,都是在用基本的原理方法分析问题。
3.重视调动学生的积极性
学生的积极性、高投入,是深度学习的关键。如何调动学生的学习积极性呢?要想方设法与学生建立学习上的关联,无论从哪个方面—兴趣、情感、志向等,要让学生感觉到学习与自己有直接或间接的关联,使学生体会到学习的意义,这样才会产生深度学习。
以电场单元的学习规划为例(见表1)。高中电场单元的概念学习是个极具挑战性的任务,概念抽象,关系复杂。通过单元学习的任务设计,可以促进解决这个难点。比如,如何看懂心电图,如何认识电场这种特殊物质,如何用电场这只无形的手控制带电粒子的运动?通过挑战性的任务激励学生,通过现实意义鼓舞学生,促进深度学习的发生。
四、总结与反思
实践表明,通过面向深度学习的教学策略的调整,学生的学习效果有明显提升。学生能提出更多问题,思考也更深入,遇到新问题也不会束手无策,而能够尝试用已有的方法原理进行分析,对物理的学习更加深入,更能学以致用了。
实践中发现,信息技术既对教学提出了挑战,也为教学提供了便利。借助信息技术和网络资源,教师可以在力所能及的范围内逐步优化教学策略,促进高中物理的深度学习,深度学习的推进需要多方面的教学策略。前面所讲的是深度学习必不可少的基础性的教学策略,此外,还要注意团队合作、过程评价等其他策略的综合应用,最终能够全面地实现深度学习—这是高中物理学习的正确的方向。
参考文献
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