基于深度学习理念的中学物理“一核三层四翼”教学实践模型

琚鑫　崔琰　马朝华　苏明义　李俊鹏

摘 要：深度学习是在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程.物理学科深度学习“一核三层四翼”教学实践模型，以深度学习为核心，按照“目标、主题、任务、评价”展开四翼，展开过程按照“模型、实践和反馈”三层进行，实现从理念到理论、从理论到实践、从实践到修正的完整逻辑闭环.该模型能够有效地将深度学习理念与物理教师的日常工作相结合，更具有操作性和指导性，能够促进教师教学方式、学生学习方式的转变，对于课程改革的推进、学科核心素养的发展有着重要的意义.

关键词：深度学习;物理学科教学;模型;实践;反馈

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）23-0002-05

2014年，教育部提出了“深度学习”教学改进项目，通过项目实施，推动课堂教学系统变革，为教师提供思考教学的基本思想方法和路径.但理想的教学或期待的教学是什么？具有怎样的特征？如何在具体学科教学中实现？实施的路径是什么？如何建立相应的、具体学科的教学实践模型？则是需要解决的问题.

因此，在实施和推进过程中，要通过提供教学改进的“脚手架”，引导教师思考如何把课程标准的要求转化为契合先进教育理念、符合教学规律的教学设计.引导教师实施基于课标的评价的实践探索.引导教师基于问题导向，立足于解决教学改革中面临的现实问题，引导教师坚持行动研究[1].

1 “深度学习”的内涵

1.1 深度学习的定义与特征

深度学习（deep learning），最早是由美国学者Ference Marton和Roger Saljo于1976年针对孤立记忆和非批判性地接受知识的浅层学习而提出的一个概念.Ramsden、Entwistle等人发展了浅层学习和深度学习的相关理论.之后，关于深度学习的多方面研究成果不断涌现，特别是在信息技术、人工智能领域的研究较多.

我国对深度学习的研究起步较晚，2005年，黎加厚教授对深度学习进行了最初的界定：在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，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的情境中，做出决策和解决问题的学习[2].也有学者提出深度学习具有注重批判理解、强调信息整合、促进知识建构、着意迁移运用、面向问题解决等五个基本特征[3].这些认知活动的水平都属于高阶思维，属于布卢姆教育目标分类学（2001年修订版）认知过程中的分析、评价和创造水平.

因此，郭华将深度学习定义为：

“在教学中，学生积极参与、全身心投入、获得健康发展的、有意义的学习过程.在这个过程中，学生在素养导向学习目标的引领下，聚焦引领性学习主题，展开有挑战性的学习任务与活动，掌握学科基础知识与基本方法，体会学科基本思想，建构知识结构，理解并评判学习内容与过程;能够综合运用知识和方法创造性地解决问题，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感和正确的价值观;成为既有扎实学识基础，又有独立思考能力，善于合作、有社会责任感、具备创新精神和实践能力、能够创造美好未来的社会实践的主人[4].”

由上述定义，深度学习强调学生立场，关注学习的真正发生，关注学生在教学中的主体地位，要与学习者的自学区分开来，要重视教师主导作用的发挥，因此深度学习是教师的“教”与学生的“学”的有机统一.原则上讲，教学设计要体现教师个人对教学的理解，提出有个性的教学活动方案，避免使用统一的教学设计方案.

指向学生深度学习的教学，更要求教师自觉地思考和研究，一方面，教师应当如何做，才能引发和促进学生的深度学习;另一方面，学生的深度学习集中表现为主动参与、积极体验、深入思考.具体表现为学生能够在新旧知识间建立联系、形成结构，理解知识所蕴含的基本思想方法，能够运用知识和思想方法灵活且有条理地解决真实情境中的问题，完成有挑战的任务，能够对知识的意义与价值有正确的判断.

教师促进学生深度学习的努力，集中表现为学生立场下的结构化内容组织、情境化内容呈现、活动化过程实施和有针对的学习指导.具体表现为基于对课程和学生的理解与把握，提供有助于学生建立新旧知识之间、知识与方法之间、知识与生活之间联系的结构化的学习内容，创设有助于激发学生的兴趣和动机、兼顾知识生成和应用的现实情境或者问题和任务情境，呈现有助于学生主动参与、积极体验、深入思考的系列化、进阶性、自主性的学习活动，并能够通过评价及时有效地指导学生学习和促进学生认识知识的意义与价值.

1.2 普适的深度学习实践模型

北京市海淀区教师进修学校罗滨老师在上述定义的基础上，進一步提出了深度学习的实践模型（以下简称“普适模型”），如图1所示，该普适模型包含六个要素：素养导向的学习目标、引领性学习主题、挑战性学习任务、持续性学习评价、开放性学习环境、反思性教学改进.

该普适模型准确地表达了深度学习定义中所包含的各个要素，高度体现了深度学习的特征（如活动与体验、联想与结构、本质与变式、迁移与创造、价值与评判等）[4].从普适模型可以看出，素养导向的学习目标、引领性学习主题、挑战性学习任务、持续性学习评价等四个要素是“等距的”，分布在深度学习周围的，这是该模型的核心，也意味着这四个要素是“等位的”，即并不存在着一定要从哪一个要素出发来构建课程，既可以评价先行，也可以目标先行，这就为教师的教学实践提供了灵活和便利;另一方面，开放性学习环境和反思性教学评价作为上述核心内容的保障，并提供了进一步发展、改进的空间.

2 中学物理“一核三层四翼”教学实践模型

2.1 “一核三层四翼”模型的提出

从理论层面来看，普适模型实际上是一个“泛学科”的实践模型.相较于深度学习的定义，它已经从哲学层面过渡到方法论层面，但也正是由于这种“泛学科”的特点，导致它的方法论的指导意义仍显抽象，因此需要对上述模型进行两个方面的完善，来适应中学物理深度学习的开展：一个方面，要将各个要素从“泛学科”的高度具体化到“物理学科”，这需要结合物理学科自身的特点、物理教学的规律、物理学习的规律进行;另一方面，要将各个要素从核心素养的层面具体化到发展物理学科核心素养的具体策略与路径上.

从实践层面来看，一方面，广大一线物理教师在面对深度学习理论的时候，往往会有一些困惑，比如往往认为，教育专家说得都对，但是具体在物理学科中怎么做？深度学习需要的课时那么多，而矛盾是没有那么多课时;另一方面，广大一线教师在具体实践深度学习理念的时候，也会有一些困惑，比如深度学习倡导单元教学设计，那么怎样进行单元教学设计？单元目标怎么写？与课时的关系是什么？此外，物理教师的手中往往有着非常丰富的教学资源，无论是图片、视频，还是各种小实验，怎样选择？选择的依据和标准是什么？再比如，学习主题是指向大概念的，那么物理学科的大概念与学生的知识结构，或者与结构化的知识之间有什么关系？又比如，任务就是活动吗？活动就必须是动手吗？等等.

因此，为了将深度学习的理念和理论，同一线教师的具体教学实践建立起强关联，让老师们能够有一个物理学科的、具体的、可操作的、可重复的教学实践模型，这个教学实践模型一定是对普适模型的物理学科化，使得更具有物理学科的特点，并且还要遵循物理学科教学的规律以及学生学习物理的认知规律，此外也能够与物理教师的日常教学行为建立联系，整合这些具体的教学行为，从而提出了“一核三层四翼”的物理学科深度学习教学实践模型.

2.2 “一核三层四翼”模型的内涵

“一核三层四翼”模型结构如图2所示.

2.2.1 一核

“深度学习”是整个模型的核心，即为“一核”，其内涵包括深度学习的定义与基本理论框架，是整个实践模型的核心.在此基础上，建构第一层——深度学习的模型层.

2.2.2 三层之模型层

模型层是给出深度学习的教学实践模型（即普适模型），其内涵包括：

（1）凝练引领性的学习主题.

这是基于对物理学科、物理课标、物理教材、物理学科核心素养的分析，用物理学科的大概念、核心概念进行表达.

（2）确定素养导向的学习目标.

这是基于对学生的认知情况进行分析，在内容上包括智力因素与非智力因素.对于“智力因素”，一方面要结合物理学科，确定相应内容是属于陈述性知识还是程序性知识，进而确定相应的学习目标;另一方面，也要结合具体知识来判断学生在学习过程中是通过“同化”完成还是通过“顺应”完成，进而确定相应的学习目标.学习目标在表述时，要以学生为主体，包含学习内容、学习途径、学习行为及相应的行为水平，大致句式可以表达为“通过XXX学习活动（策略与路径），学习XXX知识或技能（内容与载体），发展XXX物理学科核心素养（目标与评价对象）”，可以分别从物理学科的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等四个维度进行表达.

（3）设计挑战性的学习任务.

旨在强调学生要能够完整地做一件事（一件事可以由若干个要素组成），如制订方案、生成作品等，再比如解决问题、形成概念、理解内容，发展物理學科核心素养等.

（4）设计持续性的学习评价.

评价要贯穿于学习的始终，评价目标与学习目标应当一致，评价任务与学习任务应当整合，过程评价和结果评价应当并重.上述4个内涵要素所构建的“模型层”，实际上是对罗滨老师的实践模型的“物理学科化”，在上述4个要素的基础上，进一步建构四翼，在此基础上建构“物理学科化”的教学实践层.

2.2.3 三层之实践层

实践层旨在给出教师在实施深度学习过程中，针对模型层中的4个要素的具体教学行为.

（1）根据所选定的学习主题，确定本单元教学中所要涉及的具体知识（以及知识间的关系，即结构化的知识）、技能以及方法（有学科类的思想方法，也可以有阶段性、技巧性的方法）.

比如中国人民大学附属中学的刘娜老师，在“万有引力与航天”单元的教学中，将学习主题设置为“从万有引力和行星运动的视角来理解运动与相互作用”.在这个设置中，体现了学科概念的层次性：万有引力定律显然是本单元的核心概念，将万有引力定律与上一章学习的圆周运动的知识相结合，是本单元的教学核心.“运动与相互作用”则是万有引力定律和圆周运动的更加上位的概念，因此该主题突出了本单元的核心知识，也确立了该知识在整个物理学科体系的位置.

（2）由“学习目标”确定上述“学习主题”可以选取的素材（实验、图片、视频等），以及在具体概念建构过程中对于素材使用以及课堂管理时所需用到的教学策略（讲授、讨论、问答、动手实验、实践活动等）.

比如，北京市第二十中学的王玉春老师，在“动量守恒定律”单元中，其中一个学习目标设置如下：能从理论推导和实验验证的实践过程，经历推理、论证、质疑的思维过程，建立动量定理和动量守恒定律，能用动量和能量的知识综合分析和解释机械运动现象，解决碰撞、反冲等实际问题，形成解决问题的一般化思路，进一步提升学生模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新的科学思维能力.根据上述目标，该教师确定了具体的教学资源与策略.猜想与验证：观看视频，轮船靠岸时码头边装有很多旧轮胎，跳高运动员落到厚厚的垫子上，无降落伞高空跳到大网里，室内百米赛跑跑道终点处墙上有厚厚的软垫.思考：这些轮胎、垫子、网等各有什么作用？物体运动状态改变时所受的力与其所用的时间是否存在一定关系？让学生对缓冲现象中物体的受力和作用时间的关系有定性的认识.进一步引导学生设计实验进行检验，通过观察实验归纳受到的作用力和缓冲时间的定性关系.建模与推理：在实验的基础上，提出问题：力F与时间t存在怎样的定量关系呢？将实际问题简化，引导学生建立模型：光滑水平面上的一个物体，受到一个水平向右的恒力，在恒力F的作用下运动一段时间t，速度由v1变到v2，利用牛顿第二定律推导动量定理，通过动量定理的得出过程，培养学生的演绎推理能力.质疑与论证：我们在恒力作用下通过理论推导得到了动量定理，那么在变力作用下，如碰撞的情况下动量定理是否也成立？提供的实验器材：平滑导轨、小车、力传感器、位置传感器、细线、钩码、数据处理软件等，引导学生设计实验，验证动量定理的普适性，并分析动量定理和牛顿运动定律的区别与联系.在学生进行小组讨论的基础上，运用之前学过的解决变量问题的一般性思路，进行理论探究，引发学生深度思考，培养学生的推理论证及质疑创新能力，这也是物理观念的丰富和发展过程.

（3）将“学习任务”具体化为课堂上根据所要解决的问题而进行的学习活动，以及师生之间对话的“问题链”.

以北京师范大学附属中学岳凌月老师在“动量守恒定律”中“反冲运动”这一任务下的问题链设计为例：在学习“反冲运动 火箭”一节，在处理火箭发射的问题时，可以通过设置以下问题来进行师生对话，并且对学生的回答进行分层评价：本节课所研究的火箭发射模型是指火箭在无重力、无阻力环境下的火箭发射.问题1：请选择喷气前的火箭为参考系，确定火箭一次喷气后增加的速度.问题2：对于结论Δv=-（Δm/m）u，是选喷气前的火箭为参考系得到的，如果选择地面为参考系，其他条件不变，结果还会是这样吗？为什么？问题3：如果u是相对地面的喷气速度，上述结果还会是这样吗？为什么？问题4：如果u是相对地面的喷气速度，那么分n次喷出Δm和一次性喷出nΔm，结果一样吗？请证明.问题5：如果火箭是个二级火箭（设两级火箭的质量相等），第1次喷出一半燃料后，抛弃第一级火箭，再喷射剩余的一半燃料后，火箭的速度是多少？问题6：分别以地面、喷气前的火箭为参考系，计算一次喷气后的Δv，与-（Δm/m）u相比较，怎样理解？问题7：若将u改为“喷出的气体相对喷气后火箭的速度”，再分别以地面、喷气前的火箭为参考系，计算一次喷气后的Δv.问题8：对比问题6和问题7两种条件下得到的4个结果，谈谈应当怎样选择参考系、怎样理解u，可以使问题更简单？

（4）明确持续性评价方案，如纸笔测试、课堂问题、调查反馈等，同时还要设计出相应的等级，不提倡简单的二元论，仍以北京师范大学附属中学岳凌月老师的“反冲”教学为例，岳老师对“问题3”的答案为：取地面为参考系，设喷出质量为Δm的气体后，火箭的质量为m、火箭相对地面的飞行速度的大小为v，则喷出燃气相对地面的速度的大小为（u-v），火箭喷出燃气后的速度的大小为（v+Δv）;以火箭运动的方向为正方向，根据动量守恒定律有：（m+Δm）v=m（v+Δv）+Δm·（v-u）.如果学生能够正确列出以地面为参考系的动量守恒定律方程，那么这与教师预设的标准答案一致，是最高的水平，记为水平5;如果学生不能正确写出喷出燃气相对地面的速度的大小为|（v-u）|，火箭喷出燃气后的速度的大小为（v+Δv），但是有变换参考系的意识，并且对于速度方向的把握是正确的，是次一级的水平，记作水平4;如果学生不能正确写出喷出燃气相对地面的速度的大小为（u-v），以及火箭喷出燃气后的速度的大小为（v+Δv），但是有变换参考系的意识，是再次一级的水平，记作水平3;如果学生没有变换参考系的意识，但是知道动量依旧守恒，则是再次一级的水平，记作水平2;如果学生完全不知所措，则是最差的水平，记作水平1.

上述案例是针对某一个课时的，如果放眼整个单元，以北京市第二十中学朱宁宁老师在“机械能守恒定律”单元中设计的评价任务为例（见表1）.

2.2.4 三层之反馈层

上述第一层模型层实际上是带有形式上色彩的哲学层，第二层实践层是教师基于对课标、教材、学生的分析之后确定的实践层面，实践过程中会不可避免地带有一定的主观性.并且从理论上看，教学本质是通过学生的输出来反馈教师输入的过程.所以，在第二层外再设置一个反馈层，用以修正第二层对第一层实践过程中系统性或偶然性的偏离.

（1）对“引领性学习主题” 的反馈

逻辑性是指构建的知识结构的逻辑自洽与完备，协同性指知识与思维的认识结构的拓扑性，即无论从哪一点切入均可构建完整的结构图，突出主题的引领性，以及不同“模块”的结构化知识对认识问题、解决问题的协同作用.

（2）对“素养导向的学习目标”的反馈

综合考量课标、教材（以中学教材为主，同时参考小学与大学的教材），确认重点、难点的设置是否准确，方案是否可行（有时也可以通过试讲来进行），所涉及内容对核心素养的覆盖是否完备.

（3）对“挑战性学习任务”的反馈

活动与问题（链）要有设计性，是有目的、有针对性设置，设计过程中要考虑深度与梯度分布，突出任务的挑战性.

（4）对“持续性评价”的反馈

收集课堂提问、习题与变式、长作业等会影响学生作答的“大数据”，通过分析上述大数据，反馈任务群的科学性、诊断的有效性，不断反馈、修正、再测，突出评价的持续性.

（5）对“反思性教学改进”和“开放性学习环境”的认识

在构建四翼的时候，与普适模型相比，少了反思性教学改进和开放性学习环境，考虑如下：第三层反馈层，实际上就是反思性教学改进的具体化，实际上相当于把一个要素扩展成一个层，并且与其它四翼相结合;开放性学习环境其实包括两方面：真实的物理环境，这个是可以通過学校的硬件条件升级改造来实现的，另一方面，还包括人的心理环境，即学生是否愿意在这样的环境中进行学习，是否敢于发表自己的意见和观点，即这个环境是否是“安全的”，而这并非是钱能解决的问题，而是需要依靠班主任的德育工作及班级氛围的建构与引领才能实现的，因此该要素实际上是“一核三层四翼”模型的一个基本假设——假定学生愿意与其他同学协作完成学习，并敢于发表自己的观点.

3 结束语

从1950年提出“双基”，到2003年提出“三维目标”，再到2017年提出“核心素养”，一步步地迭代升级.“深度学习”作为发展学生核心素养的一种有效方式，如何落地，就是解决问题的关键.中学物理“一核三层四翼”教学实践模型的提出，希望能对教师在实际教学中实施深度学习提供操作性理论指导.对于深度学习，教师应当以平常心看待，整合自己已有的资源，进一步钻研自己的教学，在已有基础上，调整教学方式，改变学生的学习方式.正如北京师范大学郭华老师所说：“深度学习不是一种全新的模式，而是一切优秀思想与实践的提炼、总结与普及，它就存在于我们现在的教学实践与教学思想中，只是要自觉地提升并张扬出来，成为日常自觉的教学实践！”

参考文献：

[1]何成刚.教育部基础教育课程教材发展中心、课程教材研究所“普通高中指向核心素养的深度学习教学改进项目第一期研修班”的讲话[Z].2021-3-30.

[2]何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].计算机教与学，2005（05）： 29-30.

[3]张浩，吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育，2012（10）： 7-11.

[4]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016（11）： 25-32.

（收稿日期：2021-08-17）

基金项目：中国教育学会教育科研课题“核心素养导向的中学物理深度学习教学改进实践研究”（项目编号：201900480606B）.

作者简介：琚鑫（1986-），男，北京人，硕士，中学一级教师，研究方向：中学物理课程与教学论;

崔琰（1982-），男，天津人，博士，中学高级教师，研究方向：物理课程与教学论;

马朝华（1969-），女，北京人，本科，中学高级教师，研究方向：物理课程与教学论.