指向深度學(xué)習(xí)的高中物理循證教學(xué)探索*

任虎虎

(華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院 上海 200062;江蘇省太倉高級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215411)

循證教學(xué)是基于證據(jù)、培養(yǎng)批判性思維的教學(xué)模式,是基于經(jīng)驗(yàn)、事實(shí)和證據(jù)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),并在師生交往互動(dòng)中促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)、習(xí)得技能、提升思維和培養(yǎng)品行的實(shí)踐活動(dòng)[1].循證教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生自我覺醒、自我修煉、自我提升的過程,是對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)性教學(xué)和主觀決斷性教學(xué)的批判、反思和改進(jìn).

批判性思維也叫“審辨式思維”,是為決定信什么或做什么而進(jìn)行的合理的、反省性的思維[2].培養(yǎng)批判性思維的核心要素是“問題+證據(jù)+反思”,可見、基于證據(jù)的循證教學(xué)是發(fā)展批判性思維能力、促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的重要路徑.

1 循證教學(xué)的特征

1.1 系統(tǒng)性與結(jié)構(gòu)性

循證教學(xué)是師生間以知識(shí)為載體、以批判性等高級(jí)思維能力為核心,所展開的對(duì)話或交互過程[3].對(duì)于循證教學(xué)首先要回答的一個(gè)問題就是要基于什么證據(jù)來進(jìn)行教學(xué)?基于學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)收集相關(guān)證據(jù)組織教學(xué),所以教學(xué)目標(biāo)是循證教學(xué)的核心要素,還包括教師、學(xué)生、課程、時(shí)空環(huán)境和文化氛圍等要素,這些要素在教學(xué)中相互作用,構(gòu)成一個(gè)自組織的結(jié)構(gòu).

1.2 實(shí)踐性與持續(xù)性

循證教學(xué)作為一種教學(xué)實(shí)踐模式,與其他教學(xué)模式相比最突出的特征是實(shí)踐中的嵌入性和動(dòng)態(tài)性,在教學(xué)實(shí)踐中依據(jù)收集到的證據(jù)對(duì)教師教和學(xué)生學(xué)的情況進(jìn)行綜合評(píng)估,及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn).并且是伴隨實(shí)踐螺旋進(jìn)階的過程,這里的持續(xù)性不僅指課堂中要收集證據(jù)教學(xué),課前根據(jù)診斷性評(píng)價(jià)和課后根據(jù)反思性評(píng)價(jià)都是收集證據(jù)實(shí)施循證教學(xué)的過程[4].

1.3 開放性與生成性

循證教學(xué)是通過師生間的互動(dòng),促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)信息、教學(xué)空間從有限到無限、從機(jī)械到靈活、從分散到整合,體現(xiàn)了循證教學(xué)的開放性.教師和學(xué)生都要保持開放的心態(tài),不以獲得知識(shí)為終極目標(biāo).開放性為教學(xué)的生成性提供了可能,教學(xué)過程中在學(xué)生表現(xiàn)、教師反思和他人反饋的基礎(chǔ)上及時(shí)調(diào)整教學(xué)路線和策略,促進(jìn)教學(xué)的有效和高效[5].

2 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理循證教學(xué)模式

循證教學(xué)的核心是“證據(jù)+問題+反思”,其也是融合循證教學(xué)過程和循證教學(xué)結(jié)果的基礎(chǔ),具體包括證據(jù)收集、問題解決和反思評(píng)價(jià).循證教學(xué)的過程是基于教材的學(xué)科邏輯、基于學(xué)生的認(rèn)知邏輯和基于教師的教學(xué)邏輯的融合統(tǒng)一,循證教學(xué)中始終以以學(xué)生思維發(fā)展情況為依據(jù),不斷調(diào)整教學(xué)的節(jié)奏,促進(jìn)學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)概念化、概念結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生,如圖1所示.

圖1 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理循證教學(xué)模式

2.1 循證教學(xué)的核心

循證教學(xué)離不開證據(jù)收集、問題解決和反思評(píng)價(jià),主要在學(xué)生對(duì)問題情境的分析、問題解決的過程和問題遷移的環(huán)節(jié)中,通過觀察學(xué)生的真實(shí)表現(xiàn)和教師的自我反思獲得有效證據(jù).對(duì)獲得的證據(jù)需要綜合分析,基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)的推理和判斷.問題解決過程也是學(xué)科實(shí)踐的過程,是學(xué)生在與問題情境交互的過程中對(duì)問題的分析、建模、歸納和總結(jié)的過程,是最能反映學(xué)生思維發(fā)展情況的過程,也是考驗(yàn)教師組織和引導(dǎo)水平的過程.反思評(píng)價(jià)是對(duì)證據(jù)的有效性和問題解決的方式與結(jié)果進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控與改進(jìn)的過程.

2.2 循證教學(xué)的過程

循證教學(xué)是學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯的辯證統(tǒng)一.學(xué)科邏輯是基于學(xué)科本質(zhì)和學(xué)科史構(gòu)建學(xué)科發(fā)展的脈絡(luò)、線索和結(jié)構(gòu),需要學(xué)生主體與學(xué)科不斷交互去感知體驗(yàn).認(rèn)知邏輯是基于學(xué)生的已有觀念、認(rèn)知基礎(chǔ)和認(rèn)知結(jié)構(gòu),明確學(xué)生的潛在發(fā)展區(qū),即“最近發(fā)展區(qū)”,教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)探究與反思挑戰(zhàn)學(xué)生的認(rèn)知極限,促進(jìn)深度學(xué)習(xí).教學(xué)邏輯即教師個(gè)人根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),整合感知與體驗(yàn)、探究與反思中獲得的證據(jù)形成一個(gè)最佳的實(shí)施方案,目的是不斷引發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),支撐深度學(xué)習(xí)過程,這也是課堂上動(dòng)態(tài)生成的過程.

2.3 循證教學(xué)的結(jié)果

循證教學(xué)的結(jié)果是發(fā)展批判性等高階思維能力,以靈活解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題,促進(jìn)深度學(xué)習(xí).埃里克森認(rèn)為學(xué)習(xí)的內(nèi)容只有上升到概念性思維層級(jí)才能被廣泛地遷移,也就是大概念層次.循證性教學(xué)通過創(chuàng)設(shè)問題情境,在感知體驗(yàn)的過程中實(shí)現(xiàn)已有經(jīng)驗(yàn)或前概念的科學(xué)化、精致化和概念化,并且在持續(xù)性探究反思的問題解決過程中從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)概念內(nèi)涵的不斷豐富、外延的不斷擴(kuò)展,促進(jìn)概念的關(guān)聯(lián)化、意義化和結(jié)構(gòu)化.在對(duì)學(xué)科大概念不斷遷移解決問題、跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用的過程中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的概括化、普適化和系統(tǒng)化[6].由于物理學(xué)科的邏輯性很強(qiáng),舊概念建立的內(nèi)容或方法往往是新概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),所以這個(gè)過程將在循證教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)進(jìn)行,螺旋上升,促進(jìn)思維進(jìn)階[7].

3 基于循證教學(xué)促進(jìn)深度教學(xué)的策略

基于上述循證教學(xué)模式,將感知與體驗(yàn)、探究與反思、引發(fā)與維持3個(gè)過程融入到證據(jù)收集、問題解決和反思評(píng)價(jià)的過程中,促進(jìn)深度學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生,下面以人教版新教材“單擺”教學(xué)為例進(jìn)行闡述.

3.1 基于教學(xué)目標(biāo)明確證據(jù)收集的維度

教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)確定教學(xué)目標(biāo)的同時(shí),就要明確從哪些維度收集目標(biāo)達(dá)成的證據(jù),即指向教學(xué)目標(biāo)的證據(jù).可以從課程標(biāo)準(zhǔn)中的教學(xué)要求和教學(xué)建議、物理學(xué)科核心素養(yǎng)的維度、教材內(nèi)容的深刻解讀、學(xué)生的已有知識(shí)和實(shí)際認(rèn)知水平等維度出發(fā)收集證據(jù).

在單擺教學(xué)中,首先要明確本節(jié)課的定位,單擺實(shí)際上是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的具體應(yīng)用和拓展,依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的表述:能用公式和圖像描述單擺.通過實(shí)驗(yàn),探究單擺的周期與擺長(zhǎng)的定量關(guān)系.知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的關(guān)系.再依據(jù)對(duì)教材的解讀和學(xué)生的已有認(rèn)知,明確本節(jié)課教學(xué)中證據(jù)的來源的主要維度:

(1)通過生活實(shí)例的分析,建立起單擺這個(gè)理想化模型;

(2)通過協(xié)作討論,設(shè)計(jì)不同的方案證明單擺的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng);

(3)通過實(shí)驗(yàn)探究,知道單擺周期與擺長(zhǎng)、重力加速度的定量關(guān)系.

教學(xué)中時(shí)刻關(guān)注學(xué)生在這些重要維度的表現(xiàn)情況和教師的自我教學(xué)行為,對(duì)教與學(xué)的活動(dòng)及時(shí)調(diào)整.

3.2 基于問題解決確定證據(jù)背后的原因

循證教學(xué)基于證據(jù),但不是唯證據(jù),而是要對(duì)收集到的證據(jù)進(jìn)行綜合分析,明確問題產(chǎn)生的原因和證據(jù)背后的邏輯,也就是對(duì)證據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,提出針對(duì)性的教學(xué)策略,這個(gè)策略在實(shí)施后也有可能沒有達(dá)到預(yù)期的效果,需要繼續(xù)基于新的證據(jù)進(jìn)行調(diào)整,持續(xù)不斷.

在單擺模型構(gòu)建的過程中,發(fā)現(xiàn)學(xué)生從生活中的蕩秋千和擺鐘現(xiàn)象到單擺模型建立存在困難,主要表現(xiàn)在:不知道需要抓住哪些主要因素進(jìn)行模型建構(gòu);對(duì)次要要素如何簡(jiǎn)化.此時(shí)對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略是類比彈簧振子模型,讓學(xué)生明確建模的方向與方法,建構(gòu)單擺模型.在設(shè)計(jì)不同方案證明單擺的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié),學(xué)生雖然能類比彈簧振子提出兩個(gè)方向:研究單擺的振動(dòng)圖像是否為正弦函數(shù)圖;單擺指向平衡位置的合外力(回復(fù)力)是否滿足F=-κx的形式.根據(jù)獲得的證據(jù)發(fā)現(xiàn):學(xué)生不知道回復(fù)力的來源;不能很好地對(duì)單擺的回復(fù)力進(jìn)行推導(dǎo)和化簡(jiǎn);對(duì)拉動(dòng)木板留下墨跡是否為正弦圖像不清楚.對(duì)于單擺的回復(fù)力推導(dǎo)過程,可以和學(xué)生協(xié)作完成,并且提供10°到200°角對(duì)應(yīng)的弧度制和正弦值數(shù)據(jù),讓學(xué)生總結(jié)規(guī)律.位移-時(shí)間圖像是否為正弦函數(shù),可以用DIS平臺(tái)的位移傳感器進(jìn)行定量測(cè)定,實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,將位移傳感器的反射和接收裝置分別固定在兩個(gè)鐵架臺(tái)上,發(fā)射端固定在鐵質(zhì)重錘上,一起做小角度擺動(dòng),得到的位移-時(shí)間圖像如圖3所示.然后再對(duì)這個(gè)圖進(jìn)行擬合對(duì)比.

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖3 位移-時(shí)間圖

在探究單擺周期的環(huán)節(jié),學(xué)生能猜想到單擺周期可能與擺長(zhǎng)、振幅和質(zhì)量有關(guān),但重力加速度不好想到,可以在圖2裝置的鐵質(zhì)重錘下面放一個(gè)磁性較強(qiáng)的磁鐵,觀察到擺動(dòng)明顯變慢,但重錘質(zhì)量不變,這樣操作相當(dāng)于增大了重力加速度.在應(yīng)用控制變量法探究周期與振幅的關(guān)系時(shí),可以用等時(shí)圓幫助理解,如圖4所示,A為豎直圓周的最低點(diǎn),AB和AC為圓周上兩個(gè)光滑斜面,利用動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)可以得到小球靜止從B和C出發(fā)滑到A的時(shí)間相等,單擺周期與振幅無關(guān).對(duì)于學(xué)生存在的問題,如什么位置開始作為單擺周期測(cè)量的計(jì)時(shí)起點(diǎn)?如何減小周期測(cè)量的誤差?這些細(xì)節(jié)問題需要逐步引導(dǎo)學(xué)生思考解決.

圖4 類比等時(shí)圓

3.3 基于遷移應(yīng)用實(shí)現(xiàn)概念結(jié)構(gòu)的迭代

遷移應(yīng)用的過程不僅是對(duì)所學(xué)內(nèi)容的鞏固,也是拓展學(xué)科內(nèi)涵與外延的過程,還是所建立的概念不斷“生長(zhǎng)”和“變大”的過程,從而超越概念的文字化、符號(hào)化和表面化層次,深入到概念的邏輯性、意義性和價(jià)值性層次,通過與真實(shí)生活的關(guān)聯(lián)中進(jìn)一步升華到概念的精神和哲學(xué)層次,從而實(shí)現(xiàn)概念及其結(jié)構(gòu)的迭代優(yōu)化.

遷移應(yīng)用1:一個(gè)質(zhì)量為m、側(cè)面積為S的正方體木塊,放在水面上靜止(平衡),如圖5所示,現(xiàn)用力向下將其壓入水中一段深度后(未全部浸沒)撤掉外力,木塊在水面上下振動(dòng),試判斷木塊的振動(dòng)是否為簡(jiǎn)譜運(yùn)動(dòng).如果已知水的密度為ρ,重力加速度為g,求木塊運(yùn)動(dòng)的周期.

圖5 正方體木塊在水面上振動(dòng)

遷移應(yīng)用2:小明家從黑龍江搬到了海南,搬家時(shí)把家中一直很準(zhǔn)的一個(gè)大擺鐘也運(yùn)到了海南,但發(fā)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鐘不再準(zhǔn)時(shí),請(qǐng)問是偏慢還是偏快?請(qǐng)通過查閱資料,提供具體方案幫助小紅進(jìn)行校準(zhǔn).

這兩個(gè)問題有助于將判斷單擺運(yùn)動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和單擺周期相關(guān)知識(shí)遷移過來,實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)本質(zhì)和概念結(jié)構(gòu)的升華與擴(kuò)展.

3.4 基于反思內(nèi)化促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生

基于證據(jù)不斷調(diào)整教學(xué)方向和策略的過程,就是超越證據(jù)本身的過程,另外學(xué)習(xí)本身是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),有不同的要素和不同的層次,需要對(duì)教學(xué)多維過程和結(jié)果不斷反思,理解和內(nèi)化學(xué)科的本質(zhì),實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階,從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí).

通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)單擺教學(xué)3個(gè)重要環(huán)節(jié)反思,發(fā)現(xiàn)其不僅涉及知識(shí)層面,還應(yīng)用到多種物理思想方法,如單擺概念建立用到的理想化模型建構(gòu)法、類比法;單擺運(yùn)動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)判斷過程中用到的分析法、近似法、類比法等;單元周期探究過程用到的控制變量法、作圖法和概括法等.通過引導(dǎo)學(xué)生反思發(fā)展批判性思維、協(xié)同性思維和創(chuàng)造性思維等高階思維能力.通過引導(dǎo)學(xué)生反思不僅能認(rèn)識(shí)到單擺是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例,還能對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)以及簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的理解更深刻.

另外通過反思,體會(huì)單擺教學(xué)中體現(xiàn)出的物理學(xué)邏輯美(將簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)遷移到單擺)、理論美(從彈簧振子周期公式理論上推導(dǎo)出單擺周期公式)、簡(jiǎn)潔美(單擺模型、單擺周期的簡(jiǎn)潔性)和對(duì)稱美(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性),讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)美、鑒賞美和領(lǐng)悟美的過程中陶冶情操、培育物理學(xué)科核心素養(yǎng).

循證教學(xué)是基于證據(jù)、證據(jù)驅(qū)動(dòng)和批判證據(jù)的師生交互活動(dòng),這里的證據(jù)主要是在對(duì)教學(xué)目標(biāo)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)中得到的,與逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的理念非常相近,都注重教學(xué)目標(biāo)的導(dǎo)向和評(píng)價(jià)證據(jù)的驅(qū)動(dòng)作用,從而實(shí)現(xiàn)從“教”到“學(xué)”的根本轉(zhuǎn)向,促進(jìn)深度學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生.