基于学生经验的初中物理深度学习初探——以“物体的浮与沉”为例

顾 健 陈 刚 肖 晨

(苏州工业园区第十中学,江苏 苏州 215021)

1 基于学生经验的物理深度学习

所谓深度学习,是指在教师引领下,学生围绕着具有挑战性的学习主题,全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程．[1]1976年美国学者Ference Marton和Roger Saljo在《学习的本质区别:结果和过程》中首次提出并阐述深度学习和浅层学习．深度学习和浅层学习在记忆方式、知识体系、关注焦点及学习者的学习动机、学习投入程度、学习中的反思状态、 思维层次和学习结果的迁移能力等方面皆有明显的差异．[2]深度学习具有注重批判性的理解知识,强调多元化信息的整合,促进新旧知识的有效建构,着意新情境的迁移应用,面向实际问题的解决和提倡主动终身的学习等特征．美国认知教育心理学家奥苏贝尔曾说过:如果我不得不将教育心理还原为一条原理的话,我将会说,影响学习最重要的原因是学生已经知道了什么,我们应当根据学生原有的知识状况进行教学．基于学生经验的物理深度学习,使学生积极主动的学习,通过学科知识的获取,逐步把握物理学科的本质及思想方法,培养正确的价值观,使教师、学生在教学中得到长足的发展,使学生能够形成有助于未来可持续发展的核心素养．

本文以苏科版初中物理“物体的浮与沉”为例,[3]基于学生的已有经验,结合教材内容的开发,具体阐述促进学生深度学习的教学实施,发展学生的高阶思维,提升学生的物理素养．

2 基于学生经验促进学生深度学习的教学实施

学生经验具有一定的教育价值,是教育活动设计的依据,对学生经验的持续发展、改造和内化是教育的目的．初中物理教学中,学生经验可大致分为生活经验、知识经验和活动经验．结合教学内容,调查分析学生的已有经验,精心设计相应的学习任务,在教师自觉引导下,促发学生进入深度学习．

2.1 加工活动经验：创设情境,激发学生认知冲突

在创设物理情境时,取材于教材“WWW”第1题,加工学生的活动经验设计两个演示实验,情境1:一个透明深筒中装有适量的清水,放入一个鸡蛋沉在水底,提问:如何让鸡蛋浮起来?学生回答:加盐．情境2:另一个透明深筒中也装入适量的清水,放入的一个鸡蛋浮在水面,提问:如何让鸡蛋沉下去?学生感觉束手无策,教师提议加盐来尝试,演示后鸡蛋真的沉下去了．提问:两个鸡蛋,同样是加盐,为什么一个鸡蛋浮起来,一个鸡蛋沉下去呢?

图1 情境2示意图

情境2的创设如图1所示,将鸡蛋上方打一个指甲盖大小的小孔,倒出蛋液,使鸡蛋静止在水面,小孔朝上,实验时将盐倒入小孔中,通过改变重力鸡蛋下沉．由于蛋壳重力较小,重心高,无法稳定的悬浮在水面,可以在蛋壳中先加入一部分盐来降低重心．

设计意图：根据对学生的调查,笔者了解到通过学习小学科学和8年级上册“引言”,学生经历动手实验已经具备一定的活动经验,知道往装有清水的杯中加盐,原本沉在杯底的鸡蛋会浮起来．两个对比实验创设情境,直观的实验现象,引起学生的认知冲突,激发学生的学习兴趣．此外,观察两次实验现象,得出上浮和下沉的概念．

2.2 经历探究：迁移知识经验,建构重点知识框架

(1) 实验探究:探究怎样使物体上浮或下沉.

教材中设计活动“探究怎样使物体上浮或下沉”,笔者选择随手取材的实验器材:防水橡皮泥、益达口香糖罐、铁夹和气球(未吹气),小铁块若干,梨,体积和质量较大的空心铁盒、铁钉若干等,组织学生进行小组合作实验,要求学生将物体浸没在水中后松手,观察运动状态并记录,进一步设计实验使下沉的物体浮起来,上浮的物体沉下去．学生汇报实验结果,解释运动状态改变的原因,得出影响物体浮沉情况的因素．

设计意图：在教材提供的实验器材的基础上,优化器材的选择,学生经历实验探究,教师引导学生破除“浮力大的物体上浮、重力大的物体下沉”等错误经验,得出影响物体下沉和上浮的两个因素:浮力和重力,为理论探究物体的浮沉条件铺垫．橡皮泥的浮沉情况的改变,为轮船的应用提供思路,也可训练学生的思维能力,有学生将橡皮泥捏成潜水艇状,使其上浮,形成课堂的生长点．

(2) 理论探究:探究物体的浮沉条件.

通过手托足球的情境回顾二力平衡的条件的知识,分析足球静止、上升和下降的受力．将足球浸没在水中静止,要求学生再次受力分析,判断两个力的大小关系,分别作图完成上浮和下沉的受力情况,教师投影展示学生作图并加以评析,初步得到物体的浮沉条件．动画创设情境:上浮的足球,从刚露出水面到最后静止在水面过程．学生顺次回答重力、排开液体的体积和浮力的变化情况,引入漂浮和沉底的概念,进一步完善物体的浮沉条件．

设计意图：教材放弃实验探究物体的浮沉条件,而是采用迁移二力平衡的条件,演绎推理得出物体的浮沉条件,是由于学生已经具备二力平衡的条件的知识经验,能够应用该知识点解决问题,形成对该重难点知识的巩固升华．笔者为学生搭建脚手架,通过对实际情境中足球的受力分析,复习回顾二力平衡的条件,降低学生自主作图推导受力关系的难度,在评析过程中指导学生强调力的示意图的含义和画法．受力分析作为学生学习力学知识的一个重要工具,加强该技能的训练能够促进学生对力与运动的关系的认识．动态分析足球上升至水面静止的过程,深化学生对浮力和重力的理解,把握物体的浮沉条件的本质特征．

(3) 拓展延伸:挖掘物体的浮沉条件的内涵.

教师提问:阿基米德原理对液体和气体都适用,那么物体的浮沉条件在气体中适用吗?能否举例说明．学生列举热气球、孔明灯等,教师使用垃圾袋、酒精灯和3个铁架台模拟演示孔明灯的燃放,利用图示定性分析其原理,拓展学生了解禁止燃放孔明灯的原因以及燃放孔明灯的危害．

设计意图：通过两次探究学生逐步得出物体的浮沉条件的知识框架,与阿基米德原理的适用条件的一致性,该条件也适用于气体,但往往在实际问题解决过程中被学生忽视．笔者设计取材于教材“WWW”第4题,设计模拟演示孔明灯的释放,操作简单方便,现象直观震撼．学生了解孔明灯的原理后,解释禁放孔明灯的原因,及时进行安全教育和地方法规的讲授,形成正确的人生价值观．挖掘物体的浮沉条件的内涵,完善浮沉条件的知识框架．

2.3 统整生活经验：解释现象,丰富物理知识应用

教师提问:如何改变物体的浮沉状态?学生回答:改变重力或改变浮力．提问:那具体的方法呢?学生回答:改变物体的质量;改变排开液体的体积;改变液体的密度．要求学生举例说明,过渡到引入时两个鸡蛋的不同状态的原因,学生难以解释情境2中鸡蛋下沉的原因,提示学生根据改变物体的浮沉状态的方法入手,取出鸡蛋释疑解惑．追问:情境1中上浮的鸡蛋还有其他方法吗?学生思考后回答:可以抽出蛋液．教师演示使用注射器抽出蛋液,放入水槽中,鸡蛋上浮．提问:生活中有类似的应用吗?学生回答:潜水艇．学生阅读教材“生活物理社会”潜水艇的自由浮沉,教师在水槽中模拟潜水艇的浮与沉,参照投影的示意图解释工作原理．学生完成取材于“WWW”第3题当堂训练,对课堂小结．教师演示“浮沉子”,要求学生课后参考“WWW”第5题制作“浮沉子”,说明其原理．

设计意图：面向问题的有效解决是深度学习的特征之一,本环节主要统整学生的生活经验,应用物体的浮沉条件解释生活中的现象．归纳总结改变物体的浮沉状态的方法,有助于学生提炼知识,帮助学生灵活应用知识．对情境1和2的解答,呼应引入时产生的悬念,显化科学方法的使用．利用注射器抽取蛋液改变浮沉,既能锻炼学生高品质的思维能力,形成发散性思维,又能有效衔接到潜水艇的应用,使得潜水艇的自由浮沉可视化、真实化．教材中使用较大篇幅细致地描述潜水艇的浮沉原理和课程标准的教学要求.[4]反映是教学过程的一个重点,笔者设计抽取蛋液拓宽思路,演示实验强化效果,解释现象明确原理．知识在实际情境中应用能显现重要意义,教师演示“浮沉子”上下自由运动,触动学生的好奇心,动手制作并解释原理,培养学生的动手操作能力,也发展科学地解释现象的能力,丰富物理知识的应用．

3 基于学生经验促进学生深度学习的思考

以学生经验为基础,深度学习是一种有意义的学习方式,体现学生在学习过程中的主动性和批判性,为学生的终身学习奠定基础．基于学生经验促进学生深度学习,笔者有如下两点思考.

3.1 立足于物理教材的有效开发

物理教材的编写遵循课程标准的理念,为课堂教学的开展提供思路．但是由于学生经验的不同,需要合理借鉴教材内容,实现教材的优化,促进学生的深度学习．本文中教学设计的主体素材均取材于教材,开发多样化的教学素材,如将鸡蛋上浮实验、孔明灯和潜水艇等前置,重新编排教材元素的布局,体现教材应有的价值,以问题驱动学生完成教学活动,准确定位教材在教学过程中的辅助功能,发挥教师的主导作用,凸显学生的主体性．

3.2 来源于学生经验的有效整合

学生经验具有重要的教育价值,拥有复杂性、顽固性和动态化的特点,要求教师的教学必须以学生经验为起点,顺应和同化学生的积极经验,消除学生的消极经验,建构新的经验体系．整合多元化的学生经验,如学生已完成的活动经验,学习过的二力平衡的条件的知识经验,随着时代变迁所产生的潜水艇、轮船等生活经验等,实施针对性的教学策略,实现学生的深度学习．