浅谈基于“U型模式”的物理教学样例

    刘慧娟　祖家瑞　梁波

    

    

    

    摘? ? 要：“U型模式”是能够引领学生进行深度学习的一种模式，包括知识的下沉、潜行、上浮三个基本组成部分。为帮助学生在学习中发展学科能力、提升核心素养，文章以人教版八年级物理教学内容为素材，叙述了“U型模式”运用于教学过程中的样例，以期能为一线教师的课堂教学提供思路。

    关键词：“U型模式”;深度学习;教学样例

    中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）8-0029-5

    1? ? “U型模式”概述

    “U型模式”是基于深度学习理论提出来的，是对杜威经验教学理论的提炼和概括[1]。“U型模式”具有深度学习的一般特征，在学习动机上强调积极主动的学习，在学习方式上倡导情境式学习，在学习过程上重视问题的解决和迁移应用，在思维品质上突出理解和批判性思考，在信息表征上注重信息的整合与联系，在学习价值上强调个体对知识的建构并获得意义[2]。知识的学习是一个复杂的过程，“U型模式”指出，学习者将外界知识变为个体知识需要经历三个阶段：首先是下沉，即对知识背景进行还原，通过合理具象、观察联想或文化熏陶建立关联的过程;其次是潜行，这是最关键和复杂的阶段，学习者对知识进行自我加工，经历体验与探究的过程，通过交流讨论、多元表征理解知识的内涵;最后是上浮，学习者能够对知识进行表达和反思，在具体情境中合理迁移与应用，完成知识建构，整个过程类似“U型”[3]。

    2? ? “U型模式”教学样例

    开展“U型模式”的教学，有助于引导学生经历完整的学习过程。本文结合教学实践对“U型模式”的三个过程举例说明，以期与同行交流与探讨。

    2.1? ? 下沉——进入学习的门户

    2.1.1? ? 巧妙具象，激趣解惑

    具象是指将看不见摸不着的物理现象或者抽象的物理概念、规律用形象直观的具体事物表示出来[4]，以降低学生理解的难度，帮助学生快速进入学习情境。

    例如，在《汽化和液化》教学中，“汽化”与“液化”的概念比较抽象，考虑到学生的认知特点，可在烧瓶里滴入酒精，观察烧瓶在受热和冷却后气球的变化（如图1、图2）。在《显微镜和望远镜》一节的“望远镜”教学中，学生对普通光学望远镜的原理能够理解，当介绍到被誉为“中国天眼”的射电望远镜（FAST）时，学生受前概念的影响很难理解其原理。可利用碗和乒乓球做模拟实验（如图3），让乒乓球竖直下落击打到碗上任意位置，反弹后的乒乓球都会经过同一个点（焦点），可以把下落的小球比作来自宇宙的信息，射电望远镜相当于凹面镜，能对反射后的信息进行收集、放大和分析。

    合理的具象能够将复杂、深奥的道理巧妙地用简单事物展现出来，有效调动学生的学习兴趣，开拓学生眼界，转变学生的思维方式，从不同角度认识知识的本质。

    2.1.2? ? 还原生活，建立关联

    物理来源于生活，是对生活现象和规律的提炼，中学物理的每个知识点几乎都有其现实原型，因此教师可以利用生活中鲜活的素材，搭建生活与理论的桥梁，让学生感受到物理的“接地气”。

    例如，在《光的折射》教学中，模拟“渔夫捕鱼”作为生活现象引入（如图4），学生会产生虽已瞄准却没能叉中的疑问，从而带着求知的渴望进入新知识的学习。在《滑轮》教学中，学生已经有可用杠杆提升重物的观念，以此作为生活经验引入（如图5），向学生提问：杠杆能否将重物提升到竖直杆的顶部？学生发现使用杠杆有时不能将重物提升到所需要的高度，这时再引导学生思考有没有什么装置能够持续不断拉动绳子从而将重物升起？学生便容易想到升旗的场景，这时再将杠杆换成滑轮进行操作（如图6），让学生明白引入滑轮的必要性。

    生活经验对物理知识的学习具有催化功能，表现为形成冲突、引发思考，而物理知识的学习又需要建立在生活原型的基础上，表现为反馈调节、促进理解。建立物理知识与生活的联系，从而实现知识的有效下沉。

    2.1.3? ? 嵌入文化，无形熏陶

    物理学的每一次重大发现，都体现着人类艰辛探索的歷程，包含着大量的科学思维形成和发展的案例[5]。在教学中，若能结合物理史实以一段科学发现的背景引入，不仅可以让学生理解科学知识产生和发展的过程，唤起学生探索的欲望，还有利于学生科学思维和价值观念的形成。

    例如，在《光的色散》教学中，通过重温牛顿利用三棱镜发现七色光的故事，让学生明白真理的发现在于不放过任何一次生活中的偶然;在《牛顿第一定律》一节研究运动和力的关系中，可以模拟伽利略对亚里士多德观点的质疑与论证过程，让学生明白科学的发展、进步不仅需要敢于质疑的勇气，更需要正确的研究方法;在《液体的压强》一节以帕斯卡的“裂桶实验”引入，让学生感悟科学的力量，相信实践是检验真理的唯一标准;在《阿基米德原理》教学中，向学生讲述阿基米德在洗澡时有了测王冠体积的灵感，让学生感受物理知识不只是枯燥的符号和文字，更可用于实验问题的解决。

    以物理文化的嵌入作为下沉的手段，带给学生的不仅仅是自然科学的知识，更多的是一种坚持不懈的科学态度，一种探索发现的精神力量，正如拉格朗日评论牛顿时说过的一句话：“偶然总是遇上配得上它的人”。

    2.2? ? 潜行——深度学习的实践

    2.2.1? ? 体验探究，经历知识的形成过程

    物理的教与学是师生间的互动过程，在教师的组织安排下，学生经历观察与思考、猜想与假设、分析与判断、推理与论证等活动，感受知识的产生过程，形成对知识的深层理解。

    例如，在《密度》一节中，密度概念是一个教学难点，很难用具体的事物进行比拟。可以让学生经历密度概念的形成过程。例如，将不同的矩形物块（如图7）发给不同组的学生，让学生分别测出物块的质量和体积，然后在坐标纸上绘出图像，得到质量与体积的关系。学生经历知识的形成过程后，不仅知道密度概念引出的方式和意义，还明确了用密度鉴别物质的方法。再比如，在《凸透镜成像的规律》一节中，一般都是学生根据数据记录总结规律，这对学生而言有些难度，若让学生用不同颜色的纸条将物体和像按比例贴在图纸对应位置处（如图8），使成像规律更直观，从而使学生对规律的理解和记忆更加深刻。

    学生是具有主观能动性的个体，是知识的积极探究者，教师要在合适的时间创设必要的活动，给学生自己去探究、发现、思考的空间，提升学生的探究能力。

    2.2.2? ? 交流对话，启迪学生深度思考

    师生间有效的交流对话不是简单地你问我答，而是在教师的引领下，学生围绕某个核心问题进行深入讨论和思考。

    例如，在《浮力》一节中，为了让学生更深入地理解浮力产生的原因，教师可以提出问题：浸在水中的物体是否一定受到浮力的作用？学生一时难以回答，接着教师边演示边和学生交流：①将蜡块放入水槽中，蜡块最终漂浮，将蜡块底部磨平压入水槽底部后再倒水，蜡块不浮，蜡块到底是否受到浮力作用？②将乒乓球放入瓶内，向瓶里倒水，乒乓球不浮起（如图9），将瓶下口堵住，乒乓球浮起（如图10），乒乓球是否受到浮力作用？通过对话交流，让学生认识到浮力产生的条件，并直观地认识到不是所有浸在水中的物体都受到浮力。再比如，在《滑轮》一节中，学生通过实验能够得出使用动滑轮可以省力的结论，这时教师可以顺势提出“动滑轮是否一定省力”这样的质疑，启发学生思考并进行深入探究，从而对动滑轮形成更深层次的认识。

    对话性的沟通具有建构意义的功能，自己的认知被他人唤起，他人的信息被自己吸收，从而形成新的思想。因此，教师要在知识的关键处、难点的突破处、思想的转折处与学生进行深入对话，助推学生的思维向更深处发展。

    2.2.3? ? 多元表征，促进知识个性理解

    多元表征指的是一件事情用不同的方式去呈现，如文字描述、数学符号、物理图像等。对知识进行多元表征能够让学生从不同角度理解知识内涵、领悟核心思想，进而促进个性理解、丰富学生认知。教师在教学中可以有意识地让学生在不同表征间进行置换，形成一个和谐统一的表征系统。

    例如，在《运动的快慢》一节中第一次出现“匀速直线运动”的概念，其在初高中物理学习中都占有非常重要的基础性地位。为了更透彻地理解其内涵，教师可引导学生进行多元表征。具体如下：

    文字表征：物体沿着直线且速度不变的运动。

    现象表征：如图11所示。

    符号表征：v=30 m/s。

    图像表征：路程-时间图像（如图12的s-t图）、速度-时间图像（如图13的v-t图）。

    再比如，在《声音的特性》一节中关于音调和响度的介绍，由于受生活前概念的干扰，学生对二者容易混淆，可带领学生从不同方面进行表征（见表1）。

    2.3? ? 上浮——知识建构的完成

    2.3.1? ? 引导反思，感悟思想

    科学思想是物理学习的精髓，影响着学生看待事物和处理问题的方式。教师在教学中要引导学生及时反思，提炼、概括出解决问题所用的方法，感悟其中蕴含的科学思想。

    例如，在《机械运动》一章中，通过对摆的周期和硬币周长的测量，让学生体会“累积”和“化曲为直”的巧妙思维。在《声现象》一章中，将乒乓球放在音叉附近观察音叉的振动，感悟“转化”和“放大”的思想;演示真空不能传声的实验中，理解“实验推理”的科学方法;将声波“类比”水波;用“控制变量法”来探究决定音调和响度的因素等。在《光现象》一章中，用带箭头的直线表示光线，建立光的“理想模型”，在探究平面镜成像规律时，用一个相同的未点燃的蜡烛代替燃烧的蜡烛的像作“等效替代”等。这前几个章节已经向学生展现出了物理丰富的研究思想，这些思想的建立不仅为学生后续的物理学习打下基础，更重要的是打开了学生思维领域的大门。

    物理学家劳厄在谈教育时说：“教育无非是将一切已学过的东西都遗忘时所剩下来的东西”，这个“所剩下来的东西”就是思维能力、科学思想。这些思想不仅是自然科學领域的研究方法，也是学生适应社会生活的一种思考方式。

    2.3.2? ? 及时归纳，完善认知

    学生学习的过程其实是自我认知结构修复和完善的过程，教学中教师要有意识地从整体上、从高度处着手，帮助学生将零散的知识梳理起来，形成系统化、结构化的体系。

    例如，在讲到《大气压强》中自制气压计时（如图18），可引导学生回忆此装置的其他用途，如反映液体的热胀冷缩、验证力作用下的微小形变，让学生对此装置的放大作用有更全面的认识。再比如，学完光学内容后，教师可以组织学生对下列生活现象或光学器具进行辨认和分类：树荫下地面上的圆形光斑、水中的鱼、日食、街头拐弯处的反光镜、穿衣镜、放大镜、近视镜、老花镜、照相机、幻灯机、太阳灶等。给学生自由发挥的空间，让学生按照自己的理解分类，只要说出理由即可，通过这种方式对光学知识进行整理和归纳。

    学生在课堂中获得的知识和经验是一个个的片段，教师要善于引导学生进行梳理，将零散的知识和经验穿成串、形成链、构成网，建立知识间的联系，完善认知结构。

    2.3.3? ? 掌握策略，解决问题

    完成知识建构的证据之一是能够掌握解决问题的方法和策略，主要表现为新情境中能够对知识进行有效的迁移与应用。

    例如，求解浮力计算题时，学生总是感觉无从下手，原因在于没有总结不同情境中问题的共同点，发现解决问题的一般策略。在教学中可以引导学生按照步骤分析：确定研究对象—画受力分析图—定物体状态—选择合适方法求解，逐步培养学生的思维策略。再比如，通过变式进行训练，如图19中已知物体和动滑轮的重力，竖直匀速提起时（不计摩擦）求拉力;变式为图20中水平匀速拉动时（不计滑轮的重力和滑轮与绳间摩擦），已知弹簧测力计示数，求拉力;再继续变式为图21中用同一个动滑轮先后提升同一物体（不计摩擦、动滑轮重和绳重），使物体以相同的速度匀速上升相同的高度，比较两次拉力大小和拉力功率大小。虽然改变了问题情境，但核心知识都是动滑轮的特点，学生在变式的层层递进中不断提高分析和解决问题的能力。

    学生能否合理选择解题策略，在一定程度上反映了学生学习物理的能力，教师要有点拨策略的意识，及时引导学生进行反思总结、掌握方法，完成上浮过程的知识建构。

    3? ? 结? 语

    “U型模式”的下沉、潜行、上浮三个过程，为学生提供了一条完整的学习路径，下沉环节注重知识与经验的联系，潜行环节关注学生学科思维与能力的培养，上浮环节重视知识结构的形成与完善，三个环节顺次连接、彼此联系，符合物理学科核心素养的培养目标。此外，教师在运用“U型模式”实施教学的过程中，要注意引导学生多样化的投入，包括经验投入、思想投入、情感投入等，进行深入地思考、探究、对话、理解与反思，实现意义性、建构性、发展性学习，从而帮助学生形成适应个体终身发展和社会需要的品格和能力。

    参考文献：

    [1]滕安平.运用“U型模式”提升高中学生物理学科核心素养——以“弹力”为例[J].中学物理教学参考，2019，48（7）：31-33.

    [2]邱慎明.引入深度学习技术 促进初中物理教学[J].中学物理教学参考，2017，46（6）：4-5.

    [3]郭元祥.“U型学习”与学习投入——谈课程改革的深化（7）[J].新教师，2016（7）：13-15.

    [4]屈佳芬.U型学习：数学深度学习的一种样态[J].江苏教育，2019（33）：39-43.

    [5]姜丽妍，王冰辉.核心素养下情感态度与价值观的教学探究[J].物理教师，2019，40（8）：23-25.

    （栏目编辑? ? 邓? ?磊）