基于深度学习以物理为主导的综合实践探究路径

赵立斌

［摘 要］综合实践活动是跨学科实践性课程。以物理为主导的综合实践活动课程是将综合实践活动和物理学科教学相融合，它能引发学生的深度学习。以物理为主导的综合实践从学生的生活需要出发，通过实践探究、分析论证、抽象建模等方式，培养学生的创新精神、实践能力等。深度学习是对知识进行全面且深度的学习，促进新旧知识建立联系，提高学生运用知识分析问题和解决问题的能力。基于深度学习以物理为主导的综合实践探究路径为教师结合教学进行综合实践探究选题、开展综合实践探究活动、总结综合实践探究成果提供了优选思路。基于深度学习以物理为主导的综合实践探究路径经过多个主题的实践探究验证，取得了良好的探究成果。

［关键词］综合实践探究路径；物理主导；深度学习

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）11-0049-03

《中小学综合实践活动课程指导纲要》指出，综合实践活动是从学生的真实生活和发展需要出发，从生活情境中发现问题，转化为活动主题，通过探究、服务、制作、体验等方式，培养学生综合素质的跨学科实践性课程。综合实践活动是普通高中新课程的八大学习领域之一。引导学生研修综合实践活动课程，可以培养学生的创新精神、实践能力、科学与人文素养、环境意识以及终身学习能力。深度学习是对知识进行全面且深度的学习，能促进新旧知识建立联系，提高学生运用知识分析问题和解决问题的能力。研究基于深度学习以物理为主导的综合实践探究是非常有价值的——学生能更深刻地理解物理知识，更高水平地迁移运用物理知识，以及更好地解决在生活中遇到的问题。

一、深度学习推动高质量的综合实践探究

高中物理课程有着较强的系统性、综合性，注重引导学生结合生活场景进行抽象建模和通过实验探究物理规律。为了更好地掌握物理规律，提高学科核心素养，学生要进行高质量的科学探究。这就决定了在综合实践探究中，教师必须引导学生进行深度学习。深度学习主要体现在以下四个方面。

1.理解知识逻辑，增强物理观念。深度学习能促进学生在生活中深入理解已掌握的知识，在实践中主动拓展所学新知识，进而剖析事物的本质，厘清物理规律，构建更完整的知识体系。

2.增强分析运用，培养科学思维。深度学习能让学生在理解知识的基础上，将已掌握的知识迁移到新的物理情境中，理解知识点之间的逻辑关系，进而在实践探究中不断增强运用物理知识分析问题和解决问题的能力，培养科学思维。

3.实施科学探究，提高建模能力。深度学习能让学生在实践探究中深刻认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系，通过抽象概括、建构模型，进而推理论证，正确实施科学探究方案，准确表述、评估和反思探究过程与结果。

例如，静摩擦力是最常见的力之一，其“不可视”，难以判断有无和方向，所以成了学生学习的难点。教学中，教师要充分利用拔河、爬杆等体验性素材，增加学生的多感官体验，引导学生多从生活中寻找实例，多相互交流讨论，带着问题主动思考、大胆探索、积极研讨，在深度学习中融会知识，剖析问题本质，通过抽象建模、推理论证来解决实际问题，进而形成更高层次、更准确的认识。

4.严谨科学态度，增强社会责任意识。深度学习能不断激发学生学习物理的好奇心与求知欲，促使学生主动与他人合作，严谨发表基于证据和逻辑的见解，还能促进学生关心国内外科技发展现状与趋势，认识科学技术和社会环境的关系，增强保护环境、节约资源、促进可持续发展的社会责任意识。

二、综合实践活动融合物理课程提高学生核心素养

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》明确要求，在高中物理课程中应注重科学探究。生产生活中有很多有价值的科学探究情境，在教学中教师应为学生引入这些科学探究情境，引导学生分析、解决生产生活中的问题，让学生在解决问题的过程中进一步提高探究能力、增强实践意识、养成科学态度，从而提升物理学科素养。高中物理课程和综合实践活动都明确要求学生经历科学探究过程，通过自主探究，学会运用物理知识和科学思维来分析和解决问题。综合实践活动课程对学生用活所学知识，领悟物理、化学、生物方法，培养实践能力、创新能力、探究能力等有非常重要的作用。以物理为主导的综合实践活动是综合实践活动和物理学科教学相融合的产物， 是一个有机整体，二者既有其相对独立性，又存在密切的联系。

例如，目前纯电动汽车的电池大约储电50 kW·h至100 kW·h，有交流和直流两种充电方式。“慢充”的充电功率通常为1.8 kW至7 kW，通常使用220 V交流电。“快充”的充电功率为30 kW至120 kW，通常为直流电，电流为150 A至400 A。很多学生对纯电动汽车的相关技术很感兴趣，教师便可以结合物理知识，研究确定综合实践探究的主题，以解决学生心中的疑惑。两种充电方式的特点是什么？充电时有什么注意事项？不同的电动汽车需要充电多长时间才能充满？学生通过思考和探究这些生活中的物理问题，体验了解决问题的科学方法，培养了良好的科学态度、创新精神、实践能力，拓展了物理知识在实践中的应用，加深了对生活物理的科学性认识。

三、基于深度学习以物理为主导的综合实践探究的路径和案例

（一）源于生活，生成探究主题

“问渠那得清如许，为有源头活水来。”综合实践探究的主题只有面向学生生活，才会更有生命活力。因此，以物理为主导的综合实践探究主题可以由学生提出，也可以参考《中小学综合实践活动课程指导纲要》《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》等内容，还可以由教师结合当前的教学内容设计。探究的主题要小切口，要目标明确、任务清晰，要融合物理学科知识，要解决生活中的实际问题。

例如，探究的主题可为纯电动汽车充电技术、太阳能发电在生活中的应用、校园雨水的收集与利用、家庭电路和用电安全等。

（二）分析研究，制订探究方案

综合实践活动是一项系统工程，其中制订探究方案是主要内容。学生是制订探究方案的主体，他们自主分析、讨论，明确探究的目标、内容、形式、步骤和评价等。教师根据学生的实际情况和探究主题的特点加以指导和点评，引导学生主动运用物理知识分析实际问题，探究如何解决问题，确保学生探究方案的科学性、可行性和系统性。

例如，制订“校园雨水的收集与利用”综合实践探究的方案。在制订这一方案时，学生要明确探究的目标是尽可能多地收集雨水、利用雨水；探究的内容是从哪些渠道收集雨水，雨水汇集储存到哪里，雨水如何过滤净化，过滤净化的雨水有什么实际用途，如何设计管道来输送过滤净化的雨水。制订探究方案时要考虑周全，让方案有可行性。首先，学生需要深入调研分析学校的建筑、排水设施及雨水用途、当地气候、可利用资金等；其次，考察市场的相关技术和设备后，联系物理知识，研究设计雨水的收集、储存、净化、循环等环节；最后，汇总制订符合校情和学情的雨水收集和利用方案。

（三）建构模型，科学实施探究

模型建构是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程，是常用的科学研究方法。模型建构包括情境、问题和过程三个要素。情境是模型建构的基础，问题是模型建构的“推进器”，过程是模型建构的经历和体验。模型建构既是一种科学的实践活动，是分析研究问题的过程，也是学习物理概念和规律，解决实际问题的关键环节。教师在指导学生开展科学探究时，要引导学生紧紧抓住突出问题的主要因素，忽略次要因素，将复杂的现象进行简化和抽象，以有效建构物理模型。此外，教师还要注重融合知识，引导学生按需拓展知识和技术，注重培养学生的思维能力、语言表达能力、动手能力等。

例如，探究纯电动汽车充电技术时，教师要指导学生融合物理知识，综合考虑充电电压、充电电流、充电功率、充电发热、电池散热、电池保温等因素，还要引导学生探究如何提高充电速度，如何减小“快充”对电池寿命的影响，如何控制充电时电池发热，如何保障充电安全等。学生通过思考解决这些相互关联的问题，经历模型建构的思维活动过程，从而掌握了模型建构的方法。学生在分析研究这些具体问题的过程中，可以化整为零，抽象概括，先建构多个局部物理模型，再综合形成整体的物理模型。局部物理模型主要有交流电转化为直流电的模型、直流电充电模型、电池保温散热模型等。学生可以先分组实施探究，再交流讨论。科学实施探究时，学生主要采取查找资料、分析理论、计算数据、对比论证等方法。探究过程要思路清晰，记录完整，实事求是，步骤合理。

（四）研讨论证，总结探究成果

学生要在教师的指导下，对综合实践探究的过程、数据、分析和判断进行研讨论证。主研学生要面向全体师生展示探究的论据、数据处理和结论。其他学生则要对探究的各个环节进行点评、质疑、核验。经过充分的交流讨论、推理论证后，主研学生要再次修订完善探究报告。

例如，在探究家庭电路和用电安全的过程中，要标明入户、厨房、卫生间、空调专用、普通插座、照明电路的电线规格。首先，主研学生要实地调查研究主流家庭各处的电器情况；其次，要计算日常用电功率、极限峰值功率，还要考察市场上的国标电线材料和规格；最后，确定家庭电路各处的电线规格。家庭常用的厨房电器中，抽油烟机的电功率约为250 W，电冰箱为200 W，烤箱为2000 W，电磁炉为2000 W，电饭锅为700 W等。经查找资料知，2.5 mm?的铜芯电线允许长期负载电流为16 A至25 A，4mm?的铜芯电线允许长期负载电流为25 A至32 A。结合物理知识计算后发现，使用220 V交流电，2.5 mm?的铜芯电线所能带动的功率范围为3.5 kW至5.5 kW，4 mm?的铜芯电线所能带动的功率范围为5.5 kW至7 kW。因此主研学生认为，2.5 mm?的铜芯电线不仅能满足厨房的使用要求，还比较经济实惠。对此，在师生的研讨论证中，部分学生提出了不同意见。具体为：（1）电线预埋在墙内，散热条件不好，用电功率比较大时不易散热。同样的电功率，4 mm?的铜芯电线发热比较小，比较安全，有利于延长电线的使用寿命。（2）电线能使用几十年，要考虑多年以后电器的增加、升级，可能会有更大功率的需求，需要留出功率冗余。（3）如果因电线不能满足使用需求而改造电路、更换电线，工时费会比较高，得不偿失，所以厨房电线应选择4 mm?的铜芯电线。经充分讨论和论证后，师生达成一致意见。主研学生修改厨房电线为4 mm?的铜芯电线。

（五）科学评估，形成探究评价

科学评估是按照一定的标准对学生综合实践活动的报告进行审核，目的是促进其改进和完善。审核通常包括探究目标的价值、探究方案的可行性、探究过程和方法的科学性、探究数据的真实性和准确性、结论的合理性等。审核后，评估者针对探究报告给出相应的评价，指出其优点和存在的问题和瓶颈，并提出改进建议。

例如，在探究家庭电路和用电安全时，探究报告主要包括探究目标、探究方案、探究数据分析、探究结论等。探究的具体内容主要包括调研家庭各处电器的功率、电器的使用要求、安全用电等，设计家庭电路图，标明家庭入户、厨房、卫生间等处的电线规格，掌握电线并线施工的要求和技巧等。教师带领学生对主研学生的探究报告进行更全面的审查和评价，得出以下六个方面的评价：一是家庭电路和用电安全探究的目标明确，有探究价值和推广价值；二是调查研究的样本略少，只选了4个家庭；三是动手能力不强，拆装插座和开关数量略少；四是虽存在用电安全隐患，但没有全面查验不同场所的电线规格；五是没能拆解墙内插座里面的电线接头，不了解并线施工情况；六是电线选用规格考虑得不全面，没充分考虑电线的使用寿命和冗余。通过科学评估及对探究报告进行评价，学生能更加积极主动地拓展学习物理规律，提升动手能力，严谨探究方案，优化探究过程，形成更高质量的探究报告。

研究基于深度学习以物理为主导的综合实践探究能够突破学科内不同章节之间的界限，建立更完整的知识体系，有助于学生在生活中更好地发现问题、提出问题、研究问题、解决问题，培养学生的学习能力、创新精神、实践能力，全面提升学生的学科素养。

［   参   考   文   献   ］

［1］  翟应品，刘安早.迈向深度学习的“学科主导类”综合实践活动课程实践：以物理学科主导类综合实践活动为例［J］.现代中小学教育，2019（8）：23-27.

［2］  翟应品，汤金波.指向深度学习的物理主导综合实践活动：以“家用电器待机功耗研究”活动为例［J］.物理教师，2019（8）：39-42.

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

［4］  李剑，幺娜.警惕综合实践活动的学科化倾向［J］.中小学管理，2011（8）：13-14.

（责任编辑 黄春香）

［基金项目］本文系河北省教育装备“十四五”规划课题（冀教技术中心〔2023〕16号）实验教学专题课题“基于深度学习以物理为主导的综合实践探究”（课题序号：JYZB2204132）的研究成果。