基于DELC的中学物理智慧课堂的构建与实践

李维 黄致新

摘   要：伴随着教育信息化的不断深入，利用信息化手段促进学生进行深度学习成为了研究的重点问题。文章根据深度学习路径（DELC）理论，论述了智慧课堂与DELC深度融合的可行性，构建了基于DELC的中学物理智慧课堂。并结合具体的教学实践案例，对智慧课堂支持下的深度学习成效进行了探讨，以期为智慧课堂环境下的深度学习提供理论指导和实践依据。

关键词：深度学习;智慧课堂;DELC;中学物理

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）8-0001-6

随着人工智能和大数据技术的发展，智慧教育成为各国教育的重要发展战略[1]。《教育信息化2.0行动计划》提出开展智慧教育探索与实践，推动教育理念与模式、教学内容与方法的改革创新[2]。智慧教育实施的主阵地在智慧课堂中，其核心组成是智慧教学模式。在普适的教学过程中，智慧课堂应该是信息技术和教学的深度融合，而非花样炫技。那么，怎样的智慧教学模式才能有效地促进学生发展。科学研究表明：学生在学习新内容或新技能时，都需要经历多次的学习加工后才能应用这些新内容或技能[3]，其中的学习加工能力即深度学习的能力。本研究将基于深度学习的理论，构建中学物理智慧课堂模式，并在教学实践中验证其有效性。

1    DELC的内涵

布卢姆（Bloom）在上世纪50年代对认知层次进行的分类就体现了学习有深浅之分[4]。美国学者 Ference Marton 和 Roger Saljo在1976年发表的《学习的本质区别：结果和过程》中正式提出深度学习的概念[5]。我国学者黎加厚认为，深度学习是在理解的基础上，学习者能够批判地学习新的思想与事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新情境中，作出决策并解决问题的一种学习方式[6]。随着对深度学习内涵研究的逐步深入，人们认为深度学习源于兴趣[7]，指在教师的带领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，在理解的基础上主动地、批判地深度加工知识的有意义学习过程[8-9]，是知识、思维、能力和情感的深度构建过程[10]。近些年围绕“深度学习”的研究出现了忽视社会文化、情感、精神及价值过程，过度关注学生大脑内部的“信息加工”的单向度取向等问题[11]。

本研究认为，深度学习是源于学生的学习兴趣和发展需求，在理解的基礎上采用多元的学习策略，主动对知识进行深度加工来建构个人知识体系，并将其迁移到真实的情境中解决复杂问题的一种学习方式，其目标是培养学生的高阶思维，促进学生的全面发展。

国内外学者基于深度学习理论提出的有代表性的深度学习模式主要有以下几种：“预测—过程—结果”模式、深度学习框架[12]模式、深度学习路线模式[3]、基于学习元的双螺旋深度学习模式[13]、个性化学习模式[14]和基于问题解决的深度学习模式[15]等。在《深度学习的7种有力策略》一书中，Jensen等人提出的深度学习路线（Deeper Learning Cycle，以下简称DELC）模式受到广泛关注[3]，该模式共有7项操作步骤，如图1所示。本研究将深度学习理论与中学物理智慧课堂进行深度融合，尝试构建基于DELC的中学物理智慧课堂。通过开发具有物理学科特色的智慧课堂，以促进学生的深度学习能力，提升学生的问题解决能力，寻求达成物理学科核心素养培养目标的有效路径。

2    基于DELC的中学物理智慧课堂的构建

学生的深度学习离不开教师发挥主导作用的深度教学，深耕课堂是发展学生高阶思维，提高教师教学质量的关键。随着时代的发展，教育信息化不断深入，我国的智慧教室也在逐渐普及，开发具有学科特色的智慧课堂成为相关研究者关注的热点。建构具有物理学科特色的智慧课堂首先应该关注物理学科的教学现状和智慧课堂的内涵，才能更好地将深度教学路线与智慧课堂进行深度融合。

2.1    物理学科的教学现状

物理教学既包含概念性的原理知识，又有与生活实践息息相关的实验现象。目前，在中学物理课堂教学中还是以集体讲授式为主，学生的学习鲜少能达到深度学习的程度。在应试压力之下，题海战术成为学生学习物理的主要方式，讲授法成为物理课堂的主流方法，物理课堂上，教师存在轻视实验，习惯于讲授式教学[16]，对教学方式认识不足等问题[17]。受实验条件的限制，学生动手实验演变为教师的演示实验，使得“实验探究”异化为“实验验证”，理应让学生在探究过程中自主发现实验现象的环节被省略，一部分物理实验也由“做”变成了“看”或“讲”，实验教学流于形式，甚至消失。同时，与传统课堂相似，物理课堂也存在资源应用低效、课堂交流单一、学情检测模糊等问题。

2.2    智慧课堂的内涵和模式

信息化催生了课堂教学新形态即智慧课堂，其融数据、资源、活动为一体，利用相关的智能技术来关注课堂教学问题的解决过程，动态收集学生的全过程学习数据[18]，从而提供个性化的学习诊断、学习建议和学习服务[19]，实时分析学生个人和班级整体的学习情况，构建反映学生学情的知识和能力体系，并建立学习画像[20]。

智能化教学服务平台是实施智慧课堂教学的前提，本研究借助了智慧课堂“云-台-端”总体架构，使用的软硬件设施主要包括：专线基础网络设施、移动学习终端、交互式一体机、投影仪、可便捷移动的课桌椅等。云平台集成的软件模块，可以实现自动记录课堂、互动录播、无线投屏和虚拟实验室等功能，可提升物理实验的可视性并创设不同的学习情境。除此之外，平台还提供了丰富的数字资源，能够支持多种学习方式和教学方式。

2.3    基于DELC的中学物理智慧课堂模式

按照DELC模式设计的物理课堂教学，能够围绕学生预评估中的核心问题，通过新问题解决的方式实现对学生高阶思维的训练。基于DELC的中学物理智慧课堂从教学路径、数据采集、技术支持三个方面，贯通了课前、课中、课后三个环节，如图2所示。

2.3.1    课前评估：依据学生画像，锁定核心问题

课前，利用在线学习平台开展学生预评估和教学设计。在平台数据层中建立学生的学籍数据、学习风格数据、课前互动数据、学业成绩数据，进行学生画像。教师根据课程标准数据、导学设计数据、教学设计数据、教师评价数据等结合学生画像锁定课堂中亟待解决的核心问题设计预测题。学生登录云平台完成课前测试，系统综合分析学生数据，以可视化的形式推送到教师端。教师抓取学生认知的核心问题，有针对性地备课，确定教学重难点，设计相应的教学方式和教学情境。

2.3.2    课中教学：利用问题解决，实现深度学习

课中，借助新问题的解决过程培养学生的高阶思维，使学生的物理学习能力得以提升，达成物理学科核心素养的培养目标。学生学习的核心问题贯穿课堂始末，教师创设教学情境，布置教学任务，师生通过互动小组合作交流，共同解决问题。平台根据教师的教学行为数据和学生的学习行为数据，在教师资源库中及时推送课堂测评任务，并提出新问题。教师创设新问题的情境并辅以实验，引导学生像科学家一样思考。正如杜威的“情境、问题、假设、推论、验证”五步教学过程，让学生可以创造性地解决问题，通过新问题的解决实现知识的内化，即深度加工的过程。在中学物理智慧课堂中，交互一体机的无线投屏等功能可以有效解决实验的可视化问题;现实中的实验仪器结合DISLab传感器系统、智能手机的Phyphox等软件系统可实现实验数据智能化采集;实验教学还可以借助NOBOOK虚拟实验室（以下简称NB实验室），提高可视化和学生参与度。例如，电路设计是学生的学习难点，结合生活情景，提出解决本市路灯随季节转换光线太暗时无法及时照明的问题。课上，学生在NB实验室中设计电路并进行小组评价，学生最终讨论得到光敏感应控制开关和并联电路的解决方案。教师则进一步征求降低建设成本实现区域化光控感应的方案，让学生在虚拟实验室中设计、分享和评价各个方案，最终确定最优方案。学生通过以上深度学习的过程不仅解决了课堂中生成的问题，还提升了学生的物理关键能力，达成了物理核心素养的培养目标。

2.3.3    课后评价：通过反馈报告，优化教学过程

在课后评价环节中，教师引导课堂评价。其重心放在对学生思维方式的培养和迁移能力的提升上。智慧平台利用学习分析技术，通过分析学生课堂互动、习题正确率等数据，向学生端推送个性化的练习题。平台还可以利用学生的学习成果数据，生成个性化的学习报告，学生根据报告做自我反思，教师则依据班级整体情况，调整下一阶段的教学安排，学习报告为教师因材施教、实施个性化教学提供数据支持，家长也可以随时登录平台了解学生的学习概况。

3    基于DELC的中学物理智慧课堂教学实践

教学实践研究旨在比较学生在基于DELC的智慧课堂教学后，其学习效果、学习动机、学习策略与课堂满意度等方面与进行传统教学时的差异。本研究选取人教版初中物理九年级第十六章《电压和电阻》复习课作为案例。研究对象选择武汉市J中学初三年级A、B两个班的学生，由同一个教师分别对两个班级进行相同内容的授课，以排除教师因素的影响。其中，A班35人，在智慧教室中采用基于DELC的教学模式进行授课，其教学实施流程如表1所示。B班32人，在传统多媒体教室进行授课，利用交互一体机呈现教学PPT，通过教师提问学生回答的方式进行

知识点的复习，课后两个班的学生完成相同的

练习题。

对两个班级进行前测、后测，并对测试结果进行独立样本t检验。前测试题涵盖全部的知识点，共14道单选题，每题3分，共42分;后测试题为12道选择题，每题3分，共36分，由授课教师根据授课内容编制，内容涵盖单元复习中学生的疑难点，后测试题难度略高于前测试题。两个班前、后测成绩统计数据如表2所示。

实验班和对照班的前测成绩显示，A班均值（31.36）略大于B班均值（29.30），对两个班的平均分进行检验，发现两个班级学生的原有知识水平不存在显著差异（P=0.305>0.05）。两个班的后测成绩显示，A班均值（27.84）仍大于B班均值（23.31），但两个班级学生成绩存在显著性差异（P=0.039<0.05），且A班学生成绩标准差相对实验前减小了。研究数据说明基于DELC模式的中学物理智慧课堂对实验班学生的成绩产生了积极影响。

采用李克特五点量表对A班学生进行问卷调查，从“非常不赞同”到“非常赞同”采用A、B、C、D、E的标记方式，问卷的部分调查内容与统计结果如表3所示。

统计结果显示，76.64%的学生会尝试用物理知识解决生活中遇到的一些问题，74.08%的学生认为老师结合实验的探究活动有助于物理概念的理解深化。然而，问题1、2的数据反映出学生主动建构知识的意愿不强烈。对实验班学生的学习类型按浅层和深层分类后发现，学生深层学习得分远高于浅层学习得分（DA>SA），深层学习动机得分大于浅层学习动机得分（DM>SM），采用深层学习策略的学生占比约为采用浅层学习策略学生的三倍（DS>SS），说明绝大部分学生接受了深层学习策略，如表4所示。

4    总结与展望

基于DELC的中学物理智慧课堂能显著提高学生成绩，有助于增强学生深度学习动机和策略。智慧课堂的数据贯穿課前、课中、课后，能使教学过程有的放矢。但是，要做好基于DELC的中学物理智慧课堂教学，建议做到以下几点：

一是要主动探索智慧课堂与物理学科教学的深度融合路径。中学物理教学应合理利用智慧课堂中丰富的资源、有效的反馈、积极的互动、多元的评价等特征，将其融入到学科教学的各个环节，对于物理概念和规律的教学，要在教学内容、方式、评价等方面探索出更适切的教学设计。利用智慧课堂的技术优势能拓宽物理实验教学的手段，提升学生的学习兴趣。结合深度学习理论，借助智慧实验室创设出更加丰富的学习情境，将物理课堂变为问题解决的智慧课堂。

二是要充分发挥数据分析技术对课堂核心问题的聚焦能力。数据分析可以精准定位真实教学问题，帮助学生画像，实现学生个性化学习和教师精准化教学。课堂中对照课标中的物理学科核心素养，开展针对性的进阶训练，才能更接近核心素养的育人目标。利用智慧课堂的“云-台-端”架构体系，发挥教学资源的整合、更新、分享的便捷优势，再结合智慧课堂灵活互动、及时反馈等特点，创新评价方式，提高教学的有效性。

三是要积极开展教育培训促进数字时代教师专业能力持续发展。中学物理智慧课堂教学相较于传统教学具有显著优势，但现实中由于种种原因，导致教师对智慧课堂的接受程度不高。建议以培训促发展，进而带动智慧课堂推广，还可以从提高教师的数字化能力入手，为教师提供观摩学习智慧课堂教学的机会，使课堂教学实践不仅促成学生的深度学习，也促成教师的自我提升。

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（栏目编辑    廖伯琴）