指向深度学习的有效问题驱动教学策略①——以“波的形成和传播”教学为例

张冬冬

(江苏省太仓高级中学，江苏 苏州 215411)

深度学习是对学习状态的质性描述，强调对知识本质的理解和对学习内容的批判性吸收与应用，追求有效的学习迁移和真实的问题解决，是以高阶思维为主要认知活动的高投入意义性学习。深度学习的发生离不开有效问题的驱动和引领，有效问题是点亮学生思维的火种和促进高阶思维发展的阶梯。

1 指向深度学习的有效问题的特征

1.1 意义性

意义性是指问题对学生学习来说有意义，是学生在情境中自发产生的问题。要求所创设的教学情境应与学生的生活背景或已有的经验、观念产生联系，即使是错误的前概念，也可通过激发认知冲突促进学生主动探究，进行高度的投入和持续的思考。

1.2 开放性

开放性是指问题要有充分的广度、可以是结构不良的问题，学生在问题解决的过程中联系实际进行类比、抽象、建模，通过过程体验丰富的学习经历，为深度学习的发生提供良好的“土壤”。

1.3 层进性

问题的层进性是指问题要逐层递进，问题之间既相互联系又不断加深，引领学生的思维从低阶走向高阶。通过层进式问题的探究，促进学生参与沉浸式的学习过程，把握核心知识，建立大概念。

1.4 统整性

统整性是指问题要聚焦于学科大概念，要超越知识本身，并能促进学生对特定主题内容的理解。统整性的问题在研究范围上既可以是单元内的，也可以是跨单元或学科的综合性问题。

2 指向深度学习的有效问题驱动教学策略

《普通高中物理课程标准(2017年版)》对“波的形成和传播”的教学要求是：通过观察，认识波的特征；能区别横波和纵波。其中机械波的形成与传播过程是重点，也是难点。本文以人教版“波的形成与传播”教学为例，阐述指向深度学习的问题探究式教学策略。

2.1 基于生活情境,提炼有效问题

从生活情境中发现和提炼物理问题是深度学习的基础，也是培养学生观察和抽象思维能力的关键，教师不能代替学生完成这个过程。教学中教师应通过现场演示或模拟一些生活场景，让学生观察情景、提炼问题。

教学片段1：如图1所示，在一面鼓上放一些碎纸屑，用木棍敲击鼓面。学生观察到纸屑和鼓面上下运动，并听到声音。为什么相隔较远的地方能听到声音？基于这个生活现象，让学生提炼值得研究的物理问题。

图1

学生讨论后提出：鼓的声音是如何产生的？又是如何隔空传到远处的？这就是本节课要研究的课题：波的形成与传播。

师：在生活中大家接触过哪些波？

生：生活中有水波、声波、彩带波、麦浪，还有电磁波。

师：波有很多种类型，本节课只研究机械振动引起的波，请同学们说说对机械波的理解。

生：机械振动在介质中传播形成机械波。

设计意图：通过演示实验，学生看到纸屑的振动，听到鼓发出的声音，在此基础上引导学生形成本节课所研究的问题：波是如何形成与传播的？并结合生活经验初步理解机械波的概念。

2.2 基于切身体验,理解问题的本质

深度学习不纯粹是靠记忆进行的学习活动，是通过体验才能完成的具身性、情感性、领悟性活动。问题探究式教学倡导学生经过亲身经历形成对事物独特的、具有个体意义的体验，它主要包含三个层次：以身体之、以情感之、以心验之。

教学片段2：采用绳子抖动产生波，让学生观察和体验。教师为每个小组提供了弹性绳，用红、蓝两种颜色在弹性绳上相距较远的地方做标记，分别记为红点和蓝点。将绳子的一端通过夹子固定在水平桌面上，保持绳子处于松弛状态，另一端用手左右做往复运动。

提出以下3个问题让学生在体验的过程中进行探究。

(1)红、蓝两个点做什么运动？

(2)绳上各点运动的先后顺序是什么样的？

(3)绳上红、蓝两个点是否随波前进？

设计意图：学生动手做实验，既增添了学习的趣味性，又增强了学习的探究性，根据实验现象进行合理猜想、推理，培养了他们的观察能力、语言表达能力和问题解决能力。

教学片段3：体验人浪实验。15名同学到教室前面，其他同学认真观察现象。第一次实验时学生之间不挽手，都闭眼、半蹲，老师悄悄告诉第一位同学指令：起立、下蹲、起立，第一位同学做动作时，发现其他同学都没有反应。第二次实验时学生之间手挽手，也都闭眼、半蹲，老师再次悄悄告诉第一位同学相同的指令，发现第一位同学做动作后，其他同学也跟着起伏运动(图2)。

图2

在体验后让学生自主提出以下问题：

(1)第一位同学运动后，为什么其他同学都跟着运动起来？

(2)后一位同学与前一位同学相比，他们的运动有何异同？

(3)人浪沿水平方向传播，人随人浪向前运动了吗？

设计意图：通过人浪趣味实验，使学生对机械波的形成有亲身体验。体验是学习的必要环节，在体验的基础上不仅要提出研究的问题，还要通过体验性活动探究并解决问题。

2.3 基于问题反思,促进思维进阶

引导学生对问题探究的起点、过程与结果进行自我反思和评价，这是促进学生理解知识本质和发展元认知的核心。批判性反思依赖于问题探究,但又超越问题，是促进零散知识整合和大概念形成的基础。

教学片段4：为了进一步探究波传播的本质，理解传播方向上各质点间的相互关系，利用波动演示器进行分析(图3)。

图3

教师提出问题：当波源开始向上运动后，后面质点刚开始向哪个方向运动？后面质点做什么运动？

学生通过观察发现：后面质点跟波源最开始的振动方向相同，由于做受迫振动，所以后面质点与波源有相同的周期和频率。

图4

设计意图：利用波动演示器，能让学生更加清楚地观察机械波的形成与传播，再通过问题解决，学生能真正理解：波源振动后，波在介质中向前传播的本质。学生将4个特殊时刻绳上各质点的空间分布情况画出来，可进一步促进对波的传播的理解，较好地培养学生的高阶思维和科学探究能力。

2.4 基于问题整合，形成物理观念

通过系列问题的研究和整合，实现对现象与知识的抽象概括，并进一步整合、凝练与升华，形成物理观念。

教学片段5：如图5所示,将弹簧放在光滑桌面上，一端固定，另一端沿弹簧轴线方向不断推拉，在体验中引导学生探究以下问题：

图5

(1) 红、蓝色两圈弹簧怎样运动？红、蓝两圈弹簧是否随波运动出去了？

(2) 各圈弹簧的振动方向跟波的传播方向有什么关系？

(3) 这种弹簧波与绳波有何区别？

(4) 通过对横波和纵波的学习，说说你对波动有哪些新的认识？波传播了什么？

设计意图：通过比较和探究两种波形成与传播的异同，了解横波、纵波的特点,掌握区分两类机械波的方法，在这个过程中，进一步深化对运动与相互作用、能量内涵的理解。

3 结语

美国数学家哈尔莫斯说过：有了问题，思维才有方向；有了问题，思维才有动力；有了问题，思维才有创新。所以，在物理教学中为了促进学生思维能力的发展，就需要创设具体、生动的物理情境，让学生形成疑问，产生认知冲突，从而自主发现、提出问题。在此基础上，教师通过有效问题的提出，驱动学生的深度学习，促进学生在问题解决的过程中思维不断进阶，由浅层次向高层次推进，灵活运用物理观念和科学思维方法建构物理概念、发现物理规律。最终促成学生形成物理观念，领悟科学思维方法，养成良好的科学态度、价值观和行为习惯。