高中物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)發(fā)展高階思維的嘗試

何堯榮

摘? ?要：針對當(dāng)前物理教學(xué)中受選考影響和客觀性試題所帶來的后遺癥：學(xué)生對物理知識留于表面的、淺層的學(xué)習(xí)，提出了深度學(xué)習(xí)的要求，并在教學(xué)中嘗試用低階知識處理高階問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，發(fā)展高階思維，取得了較為理想的效果。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);高階思維;聚合知識

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）1-0062-3

深度學(xué)習(xí)的概念源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。人腦的深度學(xué)習(xí)是指：在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，批判性地將學(xué)到的新知識融入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，并能將已有的知識遷移到新的情境，作出決策并解決學(xué)習(xí)中的問題。所謂高階思維，是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或較高層次的認(rèn)知能力。哈佛大學(xué)心理學(xué)教授D.Perkins認(rèn)為，日常思維就像我們普通的行走能力一樣是每個人與生俱來的。但是，良好的思維能力就像百米賽跑一樣，是一種技術(shù)與技巧上的訓(xùn)練結(jié)果。高中物理系統(tǒng)性較強，注重理論與實驗的結(jié)合，重視對思維能力的培養(yǎng)。物理的學(xué)習(xí)被譽為“思維體操”。如何利用物理學(xué)的特殊“資源”，在學(xué)習(xí)的“黃金期”促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，發(fā)展、提升高階思維能力，是物理教育工作者應(yīng)該研究、嘗試的課題。

1? ? 轉(zhuǎn)變“教學(xué)難點”為“學(xué)習(xí)難點”，確定“生本”地位

根據(jù)印度學(xué)者沙欣的研究：教師要關(guān)注學(xué)生本身而非教學(xué)，創(chuàng)建以學(xué)生為中心的、協(xié)作的、技術(shù)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生的“思考”而教。因而，在備課時應(yīng)把重點放在如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)上能“上手”，創(chuàng)設(shè)臺階，接上以前的知識和思維，思維上“夠得著”。研究學(xué)生學(xué)習(xí)的重點和難點，而非僅教學(xué)的重點和難點，從學(xué)生的知識和能力的角度來確定學(xué)習(xí)的重點、難點，并設(shè)計好問題鏈，突出重點知識的學(xué)習(xí)和難點的突破。

2? ? 創(chuàng)新教學(xué)方法，催生高階思維

高階思維能力的教學(xué)，關(guān)鍵在于學(xué)生的“學(xué)”和“思”。首先，要改變教學(xué)模式，實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)變：“講堂”到“學(xué)堂”的轉(zhuǎn)變，“先教”到“先學(xué)”的轉(zhuǎn)變，“教授”到“教練”的轉(zhuǎn)變。如物理必修2第五章“曲線運動”第2節(jié)“平拋運動”的教學(xué)中，編制預(yù)習(xí)案如圖1所示。

3? ? 注重問題意識，激活高階思維

高階思維通常發(fā)生在“難點問題”的解決過程中，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題是關(guān)鍵。物理必修2第五章第2節(jié)“平拋運動”的課堂學(xué)習(xí)，可采用小組活動的形式進(jìn)行，要求在實驗探究的基礎(chǔ)上提出問題，并通過理論和實驗等方法解決問題。課堂上先預(yù)習(xí)，對于遇到的難學(xué)問題進(jìn)行交流，最后確定如下問題為學(xué)習(xí)的難點：

（1）使物體做平拋運動難保證;

（2）做平拋運動的物體的加速度是否真的就是重力加速度？實驗要測量出來才能最后確定;

（3）要知道任意時刻的速度，初速度已知時怎么得到任意時刻的速度;

（4）要知道任意時刻的速度，初速度未知時，要先測得初速度，怎樣測初速度呢？……

根據(jù)學(xué)習(xí)難點，小組先獨立去解決，通過實驗、思考、相互討論突破難題，而后再根據(jù)完成情況進(jìn)行成果的交流，直至解決學(xué)習(xí)難點。

這里給出學(xué)生的案例：對平拋運動物體加速度的測量，學(xué)生提出的幾個方案，對這些方案作出評價，選擇最佳方案做實驗。

方案A：如圖2所示，用小錘子打彈性金屬片后，一小球做平拋運動，同時另一小球做自由落體運動。觀察或聽兩小球是否同時落地。

方案B：使用如圖3所示的裝置，將一塊平木板釘上復(fù)寫紙和白紙，豎直立于槽口前某處且和斜槽所在的豎直平面平行，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞在木板上留下痕跡A;將木板向后移距離x，小球仍從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞在木板上留下痕跡B;將木板再向后移距離x，小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，再得到痕跡C。測出A、B、C之間的距離y1和y2。

方案C：如圖4所示，采用頻閃照相研究平拋運動，拍下A、B兩小球同時開始運動的照片。

方案D：如圖5所示，在水平桌面上放置一個斜面，讓鋼球從斜面上滾下，鋼球滾過桌邊后做平拋運動，他把桌子搬到豎直墻壁附近，使做平拋運動的鋼球能打在附有白紙和復(fù)寫紙的墻壁上，記錄鋼球的落點，改變桌子和墻壁的距離，就可以得到多組數(shù)據(jù)。

4? ? 創(chuàng)導(dǎo)獨立思考，提升高階思維

高層次的思維能力主要包括：知識遷移能力，預(yù)測、觀察和解釋能力，推理能力，問題解決能力，批判性思維能力，創(chuàng)造性思維能力等。當(dāng)一個人把新的信息和記憶中儲存的信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)或重組，并拓展這些信息去實現(xiàn)一個目的或找到復(fù)雜情境中可能的解決方案時，學(xué)習(xí)才進(jìn)入深度狀態(tài)，高階思維才會被激發(fā)和提升。例如，物理必修2第五章第2節(jié)“平拋運動”的課堂學(xué)習(xí)中，通過小組討論，理論分析，動手實驗，得到：（1）平拋運動是勻變速曲線運動;（2）在豎直方向上做自由落體運動，水平方向上做勻速直線運動。讓學(xué)生討論怎樣來表示平拋運動？最后統(tǒng)一有兩種方法：

方案A：矢量表示法（如圖6）。

總結(jié)，平拋運動實際上是兩個方向上直線運動的合成：水平方向上的勻速直線運動，豎直方向上的自由落體運動。

方案B：坐標(biāo)法（如圖7）。

取拋出點為坐標(biāo)原點，水平沿初速度方向為x軸，豎直向下為y軸。

5? ? 聚合物理知識，躍升高階思維

知識聚合是指通過一定的方法對知識單元進(jìn)行凝聚，以形成多維多層且相互關(guān)聯(lián)的知識體系。知識單元形成關(guān)聯(lián)，并使各類知識進(jìn)行框架構(gòu)建，形成網(wǎng)絡(luò)化、結(jié)構(gòu)化的知識。要達(dá)到知識的聚合，可以要求學(xué)生進(jìn)行小結(jié)、拓展和歸類，解決有一定難度的問題，使高階思維躍升到較高層次。比如，在物理必修2第五章第2節(jié)“平拋運動”的課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生清楚了平拋運動的規(guī)律后，提出本節(jié)最后一個問題：一般物體的拋體運動能不能用研究平拋運動的方法去解決呢？學(xué)生通過理論分析認(rèn)為，一般物體的拋體運動在忽略空氣阻力時，也是只在重力作用下的曲線運動，根據(jù)運動的獨立性原理，也可以把它分解為水平方向和豎直方向的兩個分運動。進(jìn)而提出學(xué)生比較感興趣的投籃最佳拋射角問題：如圖8所示，某同學(xué)投籃時出手點與籃框的高度差為h，水平距離為L，要把籃球穿心投中，該同學(xué)應(yīng)以什么方向投籃速度最??？（忽略空氣阻力作用）

設(shè)籃球被投出時的初速度為v0，與水平方向的夾角為θ，籃球拋出后的運動忽略空氣阻力作用，籃球的運動可分解為：水平方向以速度v0cosθ做勻速直線運動，豎直方向做初速度為v0sinθ的豎直上拋運動。

即沿90°-φ的角平分線拋出籃球，即以最小的初速度投中籃球。

這種學(xué)生有興趣、又有一定難度的問題，作為學(xué)生深度學(xué)習(xí)的素材，實效是很好的。

參考文獻(xiàn)：

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[3]David Perkins.尤里卡效應(yīng)：突破性思維的藝術(shù)與邏輯[M].Cambridge：Free Press，1995.

（欄目編輯? ? 羅琬華）