自新一轮基础教育课程改革以来,高中物理课堂同时呈现出“表面学习、表层学习和表演学习”的“三表”问题。依据“学习金字塔理论”和“深度学习理论”,提出通过“议、践、教”实现高中物理课堂的深度学习,并提炼出基于“议、践、教”深度学习的物理课堂教学模式。
1 当前物理课堂教学存在的问题分析
“三表”问题的实质是缺乏教学的发展性和教育涵养,具体表现为以下三个方面。
1.1 课堂管理上存在“控制与服从”的现象,学生缺乏“议”的交流互动
教师把物理知识当作事实性知识向学生陈述,单向输出、死记硬背、机械训练等单一的教学方式成为常态,没有让学生在任务和情境中主动思考、主动质疑、主动讨论。对要解决的问题没有让学生进行同桌或小组讨论,学生没有经历问题的讨论交流过程,体会不到问题的意义和知识的价值,学生也就体会不到解决问题的“成就感”。
1.2 教学方式上存在“满堂灌”的现象,学生缺乏对“实践”的深刻体验
在物理课堂教学过程中,依旧存在“满堂灌”的现象,教师以讲授为主,把物理的基本概念、规律直接讲授给学生。学生没有经历过知识的模拟运用、知识的实践活动和知识的整合迁移,在实验教学中以讲实验代替真实的实验操作。教师“去过程”“去情境”,直接把物理知识讲授给学生,实质上就是去掉了学生成长的实践经历,学生也就缺乏深度学习。
1.3 思维方式上存在“确定性思维”,缺乏“互教”的生成性思维
在思维方式上,教师以确定的思维方式把知识讲授给学生。在问题解决学习中,没有创设真实的情境活动让学生“互助互教”。对物理知识的重点和难点没有开展小组互帮互教,没有开展同桌或邻桌互帮互教,没有将知识问题化,问题没有情境化,情境没有真实化
[1]。没有让学生在互帮互教中展现学生的发散性思维,物理教学没有贴近学生真实的想法,不能带给学生强烈的体验和共鸣。
总之,当前物理课堂教学最主要的问题是:没有引导学生深度参与活动与体验、没有深度建构物理模型、没有深度反思教学的评价,学生缺乏具身学习。而“议、践、教”的教学方式则注重学生深度参与活动,深度体验、连接真实的实践学习,在“议论+实践+互教”的过程中深度发展学生的物理核心素养。
2 理论依据
2.1 推进新课改:从“关注教”走向“关心学”
教育部原部长陈宝生2017年在《人民日报》发表文章《努力办好人民满意的教育》中提出“学为中心”的重要观点。深化课堂教学方式,改变学生的学习方式,以学生为中心,开展基于学情的有意义的深度教学,充分调动学生的学习积极性,促进学生主动思考、释放潜能、素养充分发展,这是新时代背景下基础教育课改的“初心”及新使命。中国的课改进行了这么多年,更多的是改教材、教法或教学手段。新课改要求教师从关注教转向关心学生的学,注重开展体验式、参与式、探究式的学习活动,让学生在具身学习中获得知识的深刻理解。
2.2 学习金字塔理论
学习金字塔理论是美国缅因州国家训练实验室的研究成果,该理论用金字塔的形状形象显示:运用不同的学习方式,学生在两周后大脑还能保存记住的内容的多少(学习内容平均留存率)。学习金字塔理论是一种现代学习方式的理论,最早是由美国学者、著名的学习专家爱德加·戴尔于1946年首先发现并提出的
[2],如
图1所示。
“议、践、教”分别对应学习金字塔中的“讨论、实践、教授给他人”。由
图1可知,讨论的留存率为50%,实践的留存率为75%,教授给他人的留存率为90%,由此可见,“议、践、教”是一种主动的深层次学习方式,能极大地提高学习效率,帮助学生实现深度学习。
2.3 深度学习理论
2006年,加拿大多伦多大学计算机教授辛顿在《科学》杂志上发表了《利用神经网络刻画数据维度》,指出深度学习是人工神经网络的分支,其本质就是一个深度神经网络,通过模拟人脑的深层次抽象认知过程,实现计算机对数据的复杂运算和优化,首次提出了深度学习的概念和计算机深度学习的模型
[3]。教育教学领域也加强了相关深度学习的研究,设计真实情境活动让学生沉浸式学习,追求知识的理解并且使已有的知识与特定教材的内容进行批判性互动
[4],实现有意义价值的理解性学习。深度学习注重培养学生的多元结构、关联结构、抽象拓展结构的高阶思维,深度学习具有六大特征,如
图2所示。
“议、践、教”中的“议”能让学生在议论中实现物理知识的整合与建构、发展与评价;“践”能让学生在实践中对所学的物理知识进行探究与体验、理解与批判;“教”能让学生在互帮互教中实现对知识的迁移与实践,深度理解科学本质。“议、践、教”能较好地体现深度学习的六大特征。
3 “议、践、教”:促进学生深度学习的策略
3.1 在“议”中实现深度参与,从“教师规划”到“自主导航”
通过问题串让学生展开对课堂内容的探索与思考,这是深度学习的基础和前提。教师可设置具有挑战性和启发性的问题串,让学生带着任务去思考,学生主动质疑,同桌或小组主动讨论,形成对物理内容的深刻性的思考。丰富的启发性问题串能有效激活学生对新知识的学习兴趣,为构建高中物理深度学习课堂形态创造有利的条件。
设计以下“议”的问题串让学生讨论。
①将电流表G按
图3-a接入电路,短促闭合开关,发现指针迅速大幅摆动,说明电流超过量程,不能保护电表,怎么办?
②有学生提出将多个电流表按
图3-b接入,教师按此演示,结果电表保护住了,但灯泡却不发光了,此路不通。
③有学生提出修正后如
图3-c所示的方案。经演示发现安全可靠,读数正常,完全可以。
④如果只有一只电表(或从经济适用、方便观察等角度),怎么办?
通过学生讨论得出简化电路
图3-d,至此,完成了电流表的改装。
以上都是从学生已经熟悉的知识入手,创设情境,引出问题串,分析原理,做到实验与思维的有机配合,层层推进,使学生在“议”中高效完成电流表改装的模型建构,为思维有序建构打下坚实的基础。在“议”的过程中,学生可以将自己对知识本质、价值、建构过程、应用方式等方面的理解充分表达出来,在思维碰撞中分享观点和解决问题,增加对知识的深度理解。
3.2 在“践”中实现深度体验,从“教师哺乳”到“自我汲取”
实践性是构建深度学习课堂的教学特征,学生能够将理论知识应用于实际问题中,通过实践探索来加深对物理概念和原理的理解。教师引导学生在课堂和“真实世界”之间建立起重要联系,一方面,通过设置当堂练习、探究实验、模拟运用、游戏活动、知识整合、学习迁移、小制作、家电维修等各类具身体验活动
[3],深化对所学知识的有序建构,促进学生思维能力的有效发展;另一方面,创设与物理实践相适应的沉浸式教学互动的主题场域,如物理实验室、智慧教室等校内相关活动场域,以及博物馆、科技馆等与实践主题相关的校外场域,使学生通过具身实践获得深度学习体验并内化为对知识的价值认同,实现理论与实践的有效联通以及知识的深层次建构,实践教学思路如
图4所示。
案例2:测量一小段2B铅笔芯的电阻R。
本次实验的任务是测量一小段2B铅笔芯的电阻R,教师分两个阶段向学生提供不同的器材,并设置相应的探究任务。
第一阶段:使用多用电表直接测量。实验原理为利用多用电表欧姆挡直接测量电阻。提供的器材包括多用电表和一小段2B铅笔芯。实验任务要求学生掌握多用电表测电阻的正确操作步骤、欧姆表的读数方法,以及使用完毕后的规范操作。在实验过程中,学生需完成相应操作并记录体会。在交流与评价环节,有学生提出使用多用电表测量小电阻误差较大,建议采用伏安法进行测量。教师随后提供第二阶段所需的器材,并引导学生进入下一环节的探究。
第二阶段:采用伏安法测量。实验原理:基于欧姆定律R=U/I。提供的器材包括:一小段2B铅笔芯;多用电表(提供2.5 mA、25 mA和250 mA三个电流挡位,对应内阻分别约为40 Ω、4 Ω和0.4 Ω);电源(电动势3 V,内阻可忽略);电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ);滑动变阻器Rₚ(0~10 Ω);定值电阻R₀(阻值10 Ω);开关及导线若干。
实验任务:根据所给器材设计实验方案,采集数据;在草稿纸上绘制实验电路图,记录实验过程、数据及推理关键信息;以小组为单位,分享设计方案、实验原理、数据分析结论及误差分析。当学生完成实验后,以小组形式进行交流,共形成了以下4种主要的实验方案。
实验方案1:采用电流表内接法,重点考查电压表的分流影响。误差主要来源于电压表内阻不是无穷大导致的系统误差。
实验方案2:采用电流表外接法,关注电流表分压带来的误差。该方案适用于待测电阻较小的情况。
实验方案3:在电路中加入定值电阻R₀,用于扩大测量范围,减小误差,通过串联或并联方式调整电路灵敏度。
实验方案4:结合滑动变阻器的分压与限流两种接法,比较不同接法对测量结果稳定性和精度的影响。
班内交流主要是让学生提出在实验过程中碰到的困难,启发学生对不同的实验方案进行讨论,对电流表的内外接法,滑动变阻器的分压、限流法,电表的量程等方面进行结构化分析,结合所测的数据分析不同实验方案的测量误差,消除实验过程中的各种困难和各小组之间的差异。通过两个阶段对铅笔芯电阻测量原理的理解,培养学生的实验设计能力和动手实践能力,能基于所测得的数据进行科学推理和科学论证,在科学探究中发展科学思维。这样的实践教学模式能让学生基于问题和证据开展科学的解释与交流,真正实现了学生的深度学习,落实了物理核心素养的培养。
3.3 在“教”中实现深度理解,从“教师输出”到“学生输出”
对于高中物理这门学科来说,其抽象性和复杂性往往要求学生具备较高的思维能力和问题解决能力。因此教师要建立良好的小组互教、同桌或邻桌互教的学习氛围,设计好一系列问题,引导学生思考并开展互教,在互教中展现学科思维。生生互教是深度学习中的重要组成部分,可以开展小组之间的互教,还可以让学生当“小老师”上讲台讲解物理知识、解答物理问题。教师围绕既定的教学目标,设计适切的任务链,有意识、有计划地引导学生的思维经历从感性到理性的过程。学生通过互教,能把所学的零散的知识内化为自己结构化的知识,得出概念和规律。
案例3:组织学生当“小老师”讲课,培养思维能力。
对教材中难理解的知识,教师要善于将知识转化为问题,在真实情境中设置问题串,让学生开展小组讨论。然后让小组派代表上台交流发言,其他小组质疑、评价和补充,由此促进学生之间的思维交流,最后由各小组提炼和归纳出物理的基本概念和规律,实现探究科学本质的深度学习。在整个过程中,教师精心设计问题和活动,做到生生互动、组组互动、师生互动、学生与教材互动。活动最后,教师让学生上讲台展示“思维”过程。
学生在讲解知识的过程中实现深层次的学习,对知识进行整合和迁移,在“对话+实践”的过程中促进思维的发展。讲的过程是高度投入、专注的过程,使物理知识结构化和思维化,在具身体验讲解过程中建构新知识,在建构新知识的过程中充分运用猜想、假设、推理、分析、论证、建模等思维形式达成高阶目标,充分体现了核心素养培养中学生的主体地位。
4 构建“议、践、教”的物理课堂教学模式
“议、践、教”注重对学生物理核心素养的培养,紧密联系教学工作的实际,切实关注学生主体和物理学科的实践应用。“议、践、教”特别重视“科学探究”和突出“学生主体”的教育理念,注重从“知识传授”到“思维训练”和“能力培养”的转变
[5]。“议、践、教”使物理教学内容实现其应有的物理价值,优化了教和学的方式,达到“教、学、评”一体化,经过深入的实践与研究,提炼出了“议、践、教”的物理课堂教学模式,如
图5所示。
“议、践、教”打破了传统物理课堂“满堂灌”的现状,使课堂教学变成了一个探索与分析物理知识的自主学习过程,使物理课堂教学在活跃的氛围下达到学习效率的最大化。“议、践、教”充分调动了学生学习的积极性,提升了物理学习能力,丰富了物理学习探究的方式,让枯燥的传统物理课堂变得更加生动鲜活。“议、践、教”让学生知道这一知识“从何而来”,到“哪里去”,能解决真实世界的问题,以实现所学知识的“有用”;“议、践、教”把所学的知识结构化,以帮助学生理解、迁移和应用,实现物理教学内容的“有意义”,培养了学生的高阶思维能力;“议、践、教”是触发学生心灵深处的深度学习方式,可让学生追寻有价值的理解性学习,真正实现深度学习。