构建高效思维课堂 促进学生深度学习——“动量和动量定理”展示课回眸

居 津

(江苏省苏州实验中学，江苏 苏州 215011)

1 深度学习的内涵与特征

1.1 深度学习的内涵

深度学习的研究最早由两位美国学者Ference Marton和Roger Saljo提出来的．1976年,他们研究认为学生在学习中有两种策略:一种策略使试图去理解整个文章的思想,领会学术内涵,这样的学习被认为是深度学习;另一种策略是记住文章中所提高的一些事实,他们所关注的是接下来的测验会问到文章中的哪些内容,这样的学习被认为是浅层学习．在2004年,美国教育传播与技术协会重新修订了教育技术的定义,其中突出强调了深度学习的思想理念,并将促进深度学习作为教育技术的重要目标．

深度学习是在理解的基础上,学习者能批判地学习新思想和事实,将它们融入原有认知结构中,能够在众多思想间进行联系,并能将已有的知识迁移到新的情境中,做出决策和解决问题的学习．是学生在教师引导下,对知识进行的“层进式学习”和“沉浸式学习”,对学生而言,深度学习是一种多维度的学习过程,一种深加工的学习结果,一种高参与的学习状态．

1.2 深度学习的特征

综合分析国内外研究会发现,深度学习具有以下特征:

第一,学习具有内在动机．深度学习实际是对学习现状的一种描述,与学生的学习投入程度,思维参与层次和个体认知体验紧密有关,是高阶思维参与下认知活动的高投入学习方式．在此过程中,学生为兴趣而学,为自己而学,学习并不碍于老师、家长和学校的压力．

第二,主动进行知识构建．深度学习提倡主动的知识构建,要求将新知识与已知的概念和原理联系起来．以便于新知识的整合,从而建构新的认知结构．学生对于新知识的学习,不仅停留在“记住”的层面,而是对新知识有自己的认识和理解,批判性接受新知识,突出深度思辨的高阶思维．

第三,重视知识的迁移．学生在学习时能将新知识和已有的生活经验联系在一起．能在不同时间、不同情境,甚至不同学科背景下,运用所学的新知识,利用新知识与新情况间的联系,迁移新知识分析新情况,从而解决新问题．具有问题解决的能力,能从不同的角度看问题,可以举一反三．

第四,重视元认知的参与．深度学习时学生的学习方法必定是多元的,学生能对自己的学习情况和学习方法进行独立的评价,具有自己的学习计划和阶段性学习目标,进行自我反思,通过反思不断改进学习方法,不断提高自己．

第五,具有批判性思维．发生深度学习的学生不盲从于教师和参考书等权威,有独立的思考能力,发现错误能及时提出来,对于实验结果和生活现象能客观看待,对于自己能进行自我评价,自我反思．

第六,深度学习是终身的．深度学习不仅存在于中学学习阶段,而是一种终身的学习．

2 促进深度学习的有效策略

2.1 活动与体验——学习动机巧激发

有研究指出,“深度学习的学生,有源于个体内部的动机,学习本身被认为是一种个体成长的过程,所以学习的出发点就在于寻找知识内容的意义,实现自我提升”．要发生深度学习首先要让学生有内在的自主动机及积极的学习兴趣．为了更好的引起学生的学习兴趣,可以设计趣味小活动,或者让学生耳目一新,或者与学生的经验形成认知冲突．一方面这样的小实验有助于增强亲身体验;另一方面有助于透过现象分析本质,建立新旧知识的关系,提升学生思维连贯性．不仅如此,个体的认知体验还能使学生明确学习目的,启发学生的责任感,激发学生学习的积极性．

教学片断1.本节课引入时笔者设计了一个学生熟悉的小游戏——枪打气球,引发认知冲突,引起学生好奇心,激发学生学习兴趣．具体做法如下:

如图1所示,将一个吹的不太大的气球固定在泡沫上,让学生选择一个自认为可以打破气球的位置朝气球开枪．

图1 枪打气球

一学生自告奋勇,站在离气球较远的位置,朝气球开枪,结果气球未破．他向前走几步,又朝气球开枪,仍然未破．他直接走到气球前,用枪顶着气球,依旧未破．(其他学生大笑)

设置问题:看来这位同学已经使劲浑身解数都没有打破这气球,为什么这只顽强的气球怎么都打不破呢?今天我们学习的动量定理就能很好的解释这个实验．

反思： 从学生的生活经验出发设计学习路径,引起认知冲突,并明确学习目标,有的放矢,通过活动和体验,根据经验,激发学生的内驱力．

2.2 本质与变式——学习内容深加工

深度学习要求学生能准确把握学习内容的本质,全面把握知识的内在联系,并由本质推出若干变式．把握本质的过程即去除一些干扰因素,分辨出核心概念的本质属性,是对学习内容的深加工过程．要把握学习对象的本质,学生必须具备灵活和深刻的思维品质,主动的去思考、探究学习内容的本质,以简驱繁、削支强干,构建知识主框架．瑞典学者马飞龙曾指出:“学习结果与教师对教学内容的处理和组织,有比较大的关系．最关键的是教师对教学中的相同点与不同点、变与不变的内容的呈现和处理”．为了更好的帮助学生找到学习内容的本质,必要时可以设计非标准正例,甚至反例,同时要求学生给出对于本质的一系列变式,以期能在“变化”中把握“不变”的本质,把“不变”的本质应用到“变化”的情境中去．

教学片断2：根据动量定理,笔者设置情境:一个物体静止在桌面上,受到重力和桌面的支持力,一段时间后,为什么物体的动量没有发生变化呢?

生:动量定理里的力应该是物体所受到的合外力．

设置问题1:如果运动物体所受合外力大小是随时间均匀变化的变力呢?

设置问题2:根据以前学的知识,你有哪些方法可以求出匀变速直线运动的位移?

拓展问题3:如果运动物体所受合外力是大小不随时间均匀变化的变力呢?

生得到结论:可以做F-t图像,求图像下的面积来表示变力的冲量．

图2 变力冲量实验装置图

笔者利用力传感器实验验证理论探究．

教学片断3: 在引导学生利用牛顿第二定律推导出动量定理表达式后,笔者介绍力和时间的乘积在改变物体的动量时具有一定的物理意义．我们把这个乘积定义为冲量,用字母I来表示,它的国际单位是牛·秒．表示力在物体上作用一段时间,所以冲量是一个过程量．动量的变化量是矢量,所以冲量也是矢量．

设置问题1:冲量的方向是怎样的?

生:与力F的方向相同．

图3 小球的摆动

设置问题2:一个小球在重力和绳子拉力的作用下,从A点摆动到B点(如图3),这段时间里,重力冲量的方向为?

生:竖直向下.

设置问题3:那绳子拉力冲量的方向呢?

生:不是绳子拉力的方向．

师:对于恒力的冲量,冲量的方向即为恒力的方向,如果是变力的冲量,冲量的方向与任意时刻力的方向都不同,可以通过动量变化量的方向求解得出．

反思： 把握本质的过程,可能需要借助“质疑”“归纳”“演绎”“探究”等学习过程,这是一个让学生与学习内容建立紧密联系的过程,只有这样学生才能对学习内容进行深加工,学习对象的本质才能显现．

2.3 联想与构建——学习能力再发展

联想是由于某人或某种事物而想起其他相关的人或事物,某一概念而引起其他相关的概念．学生发生深度学习时必定会将旧知识与新知识发生关联,由新知识产生联想,与旧知识或经验进行对比,分析和理解．布鲁纳曾说过:“掌握事物的结构,就是允许许多别的东西与它有意义的联系起来的方式去理解它．简单地说,学习结构就是学习事物是怎样相互关联的”．以联想的方式进行学习,并构建新的知识网络是深度学习的重要特征,教师要帮助学生改造旧知识、唤醒亲身经验,使之进入新的构建过程．联想和构建的过程也是学生的记忆、理解、关联能力已经系统化思维和结构能力再提高,进一步发展的过程,充分体现出了思维的广阔性．

教学片断4： 我们已经学习了动量定理,大家有没有发现这个定理的表述和表达式与我们之前的某个定理非常类似．

生:动能定理.

设置问题:将动量定理、动能定理和牛顿运动定理进行比较你有什么发现?

生1:动量定理是力对时间的积累效果,产生了冲量,是物体动量改变的原因．

生2:动能定理是力对空间的积累效果,产生了功,是物体动能改变的原因．

生3:牛顿运动定律是力的瞬间作用效果,产生了加速度,是物体速度改变的原因．

反思： 学生所学习的知识不是零碎的,杂乱的,而是有体系、有关联、有结构、有逻辑线索、系统的．学生也不应该孤立的学习知识,而是在教师的引导下,调动以往的旧知识,以往的生活经验去联想,构建,以融会贯通的的方式对新知识进行学习,从而构建自己更完整的知识网络和体系．

2.4 迁移与应用——学习结果复检验

“迁移”是学习发生的重要指标,“应用”则是迁移的重要表现,也是检验学习结果的最佳途径． 物理学科是与生活最紧密相关的学科,通过对生活中的真实情境进行思维加工来建立物理概念,掌握物理规律不仅可以达到学生是否真正掌握知识的目标,更能起到培养学生学科核心素养的目标．“迁移和应用”既是学习的起点也是学习的一个端点．一个学习环节的结果通过“迁移和应用”表现出来,同时又通过“迁移和应用”开启一个新的学习过程．

教学片断5

设置问题1:给出实际生活场景,请学生解释为什么蹦极时用弹性绳而不用刚性绳?(如图4)

图4 蹦极

设置问题2:你能举例说明生活中与动量定理有关的现象并解释吗?

设置问题3:你能解释为什么课堂开始玩的小游戏枪离气球那么近都打不破的原因吗?

反思： 新一轮的课改要求经过一定的教育后能使学生具有适应社会和个人生活所必需的关键能力和必备品格．所谓的能力即在任务情境中表现出的个人适应性行为．因此在教学中利用真实的情境,让学生将所学的知识进行迁移和应用,让学生举一反三,闻一知十,既是培养学生思维灵活性、广阔性的重要手段,也是提高学生解决实际问题能力的主要途径．

2.5 价值与评价——学习目的再升华

教育的目的在于让学生形成正确的人生观和价值观．人的品格是一个人做人的根基,是道德人生的重要基石．哲学家罗素认为:智慧不足和道德缺陷是人类灾难的两大根源．因此价值观的引领也应融于深度学习之中,让学生认识物理学的价值,与生活、社会、科技、环境之间的联系,培养、优化学生的必备品格是教学终极目标和真正意义所在．

教学片断6： 笔者给出案例: 2011年7月2日下午1点半,杭州滨江区闻涛社区一个2岁女童从10楼坠落,吴菊萍奋不顾身地冲过去在大约0.1秒内用左臂接住孩子,最终女童脱离危险．救人的年轻妈妈吴菊萍,其手臂骨折,受伤较重,被网友称为“最美妈妈”．(如图5)

设置问题1:你能估算出“最美妈妈”手臂的承受力吗?

设置问题2:根据今天学过的知识,你觉得为什么我们在平时的生活中一定要注意“高空坠物”呢?(图6)

图5 最美妈妈吴区萍

反思： 教学是培养人的社会活动,要以人的成长为旨归．帮助学生形成正确的人生观、价值观有助于学生自觉发展核心素养,正确批判所遇到的人、事和活动．价值观的培养、核心素养的形成是一个缓慢且隐性的过程,需要循序渐进,慢慢渗透,同时也是从教书到育人的教育终极目标!