高中物理教学中引导学生进行深度学习发展高阶思维的尝试

    何尧荣

    

    

    

    摘? ?要：针对当前物理教学中受选考影响和客观性试题所带来的后遗症：学生对物理知识留于表面的、浅层的学习，提出了深度学习的要求，并在教学中尝试用低阶知识处理高阶问题，引导学生进行深度学习，发展高阶思维，取得了较为理想的效果。

    关键词：深度学习;高阶思维;聚合知识

    中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2021）1-0062-3

    深度学习的概念源于人工神经网络的研究。人脑的深度学习是指：在理解学习的基础上，批判性地将学到的新知识融入原有的认知结构中，并能将已有的知识迁移到新的情境，作出决策并解决学习中的问题。所谓高阶思维，是发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力。哈佛大学心理学教授D.Perkins认为，日常思维就像我们普通的行走能力一样是每个人与生俱来的。但是，良好的思维能力就像百米赛跑一样，是一种技术与技巧上的训练结果。高中物理系统性较强，注重理论与实验的结合，重视对思维能力的培养。物理的学习被誉为“思维体操”。如何利用物理学的特殊“资源”，在学习的“黄金期”促进学生进行深度学习，发展、提升高阶思维能力，是物理教育工作者应该研究、尝试的课题。

    1? ? 转变“教学难点”为“学习难点”，确定“生本”地位

    根据印度学者沙欣的研究：教师要关注学生本身而非教学，创建以学生为中心的、协作的、技术支持的学习环境，为学生的“思考”而教。因而，在备课时应把重点放在如何让学生在学习上能“上手”，创设台阶，接上以前的知识和思维，思维上“够得着”。研究学生学习的重点和难点，而非仅教学的重点和难点，从学生的知识和能力的角度来确定学习的重点、难点，并设计好问题链，突出重点知识的学习和难点的突破。

    2? ? 创新教学方法，催生高阶思维

    高阶思维能力的教学，关键在于学生的“学”和“思”。首先，要改变教学模式，实现三个转变：“讲堂”到“学堂”的转变，“先教”到“先学”的转变，“教授”到“教练”的转变。如物理必修2第五章“曲线运动”第2节“平抛运动”的教学中，编制预习案如图1所示。

    3? ? 注重问题意识，激活高阶思维

    高阶思维通常发生在“难点问题”的解决过程中，发现问题、提出问题、解决问题是关键。物理必修2第五章第2节“平抛运动”的课堂学习，可采用小组活动的形式进行，要求在实验探究的基础上提出问题，并通过理论和实验等方法解决问题。课堂上先预习，对于遇到的难学问题进行交流，最后确定如下问题为学习的难点：

    （1）使物体做平抛运动难保证;

    （2）做平抛运动的物体的加速度是否真的就是重力加速度？实验要测量出来才能最后确定;

    （3）要知道任意时刻的速度，初速度已知时怎么得到任意时刻的速度;

    （4）要知道任意时刻的速度，初速度未知时，要先测得初速度，怎样测初速度呢？……

    根据学习难点，小组先独立去解决，通过实验、思考、相互讨论突破难题，而后再根据完成情况进行成果的交流，直至解决学习难点。

    这里给出学生的案例：对平抛运动物体加速度的测量，学生提出的几个方案，对这些方案作出评价，选择最佳方案做实验。

    方案A：如图2所示，用小锤子打弹性金属片后，一小球做平抛运动，同时另一小球做自由落体运动。观察或听两小球是否同时落地。

    方案B：使用如图3所示的装置，将一块平木板钉上复写纸和白纸，竖直立于槽口前某处且和斜槽所在的竖直平面平行，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹A;将木板向后移距离x，小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹B;将木板再向后移距离x，小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，再得到痕迹C。测出A、B、C之间的距离y1和y2。

    方案C：如图4所示，采用频闪照相研究平抛运动，拍下A、B两小球同时开始运动的照片。

    方案D：如图5所示，在水平桌面上放置一个斜面，让钢球从斜面上滚下，钢球滚过桌边后做平抛运动，他把桌子搬到竖直墙壁附近，使做平抛运动的钢球能打在附有白纸和复写纸的墙壁上，记录钢球的落点，改变桌子和墙壁的距离，就可以得到多组数据。

    4? ? 创导独立思考，提升高阶思维

    高层次的思维能力主要包括：知识迁移能力，预测、观察和解释能力，推理能力，问题解决能力，批判性思维能力，创造性思维能力等。当一个人把新的信息和记忆中储存的信息进行关联或重组，并拓展这些信息去實现一个目的或找到复杂情境中可能的解决方案时，学习才进入深度状态，高阶思维才会被激发和提升。例如，物理必修2第五章第2节“平抛运动”的课堂学习中，通过小组讨论，理论分析，动手实验，得到：（1）平抛运动是匀变速曲线运动;（2）在竖直方向上做自由落体运动，水平方向上做匀速直线运动。让学生讨论怎样来表示平抛运动？最后统一有两种方法：

    方案A：矢量表示法（如图6）。

    总结，平抛运动实际上是两个方向上直线运动的合成：水平方向上的匀速直线运动，竖直方向上的自由落体运动。

    方案B：坐标法（如图7）。

    取抛出点为坐标原点，水平沿初速度方向为x轴，竖直向下为y轴。

    5? ? 聚合物理知识，跃升高阶思维

    知识聚合是指通过一定的方法对知识单元进行凝聚，以形成多维多层且相互关联的知识体系。知识单元形成关联，并使各类知识进行框架构建，形成网络化、结构化的知识。要达到知识的聚合，可以要求学生进行小结、拓展和归类，解决有一定难度的问题，使高阶思维跃升到较高层次。比如，在物理必修2第五章第2节“平抛运动”的课堂学习中，学生清楚了平抛运动的规律后，提出本节最后一个问题：一般物体的抛体运动能不能用研究平抛运动的方法去解决呢？学生通过理论分析认为，一般物体的抛体运动在忽略空气阻力时，也是只在重力作用下的曲线运动，根据运动的独立性原理，也可以把它分解为水平方向和竖直方向的两个分运动。进而提出学生比较感兴趣的投篮最佳抛射角问题：如图8所示，某同学投篮时出手点与篮框的高度差为h，水平距离为L，要把篮球穿心投中，该同学应以什么方向投篮速度最小？（忽略空气阻力作用）

    设篮球被投出时的初速度为v0，与水平方向的夹角为θ，篮球抛出后的运动忽略空气阻力作用，篮球的运动可分解为：水平方向以速度v0cosθ做匀速直线运动，竖直方向做初速度为v0sinθ的竖直上抛运动。

    即沿90°-φ的角平分线抛出篮球，即以最小的初速度投中篮球。

    这种学生有兴趣、又有一定难度的问题，作为学生深度学习的素材，实效是很好的。

    参考文献：

    [1]何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].现代教学，2005（05）：29-30.

    [2]任虎虎.从高中物理新课标谈思维型课堂教学[J].湖南中学物理，2018（07）：16-18.

    [3]David Perkins.尤里卡效应：突破性思维的艺术与逻辑[M].Cambridge：Free Press，1995.

    （栏目编辑? ? 罗琬华）