潘丹丹 郭秋潔 林心如 張景媛 鄭勤紅

摘 ? 要：隨著基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深化，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)成為新課改的重要目標(biāo)和任務(wù)。結(jié)合初中物理課堂重在定義概念和驗(yàn)證規(guī)律的教學(xué)現(xiàn)狀，缺乏深度學(xué)習(xí)的教學(xué)理念。通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度探究設(shè)計(jì)來撬動(dòng)學(xué)生高階思維的發(fā)展，以“杠桿的平衡條件”為例，在科學(xué)探究過程中建立物理概念、探尋物理規(guī)律，促使學(xué)生掌握物理知識(shí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)思維水平提升。

關(guān)鍵詞：杠桿的平衡條件;深度學(xué)習(xí);高階思維;核心素養(yǎng)

初中物理是學(xué)生接觸物理的初級(jí)階段，是建立正確物理概念和物理規(guī)律的黃金時(shí)期，因此初中階段的物理教學(xué)至關(guān)重要。但目前的教學(xué)中，學(xué)生思維停留在記憶、理解和應(yīng)用的低階思維上，亦即淺層學(xué)習(xí)階段，錯(cuò)失高階思維培養(yǎng)的契機(jī)。為此，本文以初中物理“杠桿的平衡條件”為例，探析如何在物理概念和物理規(guī)律教學(xué)中，開展指向高階思維能力培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 ?指向高階思維培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)和批判理解知識(shí)，要求學(xué)習(xí)者理解知識(shí)內(nèi)容的完整含義，使新舊知識(shí)建立聯(lián)系，將所學(xué)知識(shí)遷移運(yùn)用到新情境并做出決策。高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平上的心智活動(dòng)，是以低階思維和舊知為基礎(chǔ)，形成對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的批判理解，創(chuàng)造性解決復(fù)雜問題，促進(jìn)遷移應(yīng)用[ 1 ]。

指向高階思維培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)具有多方面的特征：（1）滲透真實(shí)情境，真實(shí)情境既是深度學(xué)習(xí)發(fā)生的客觀條件，也是高階思維發(fā)生的前提。淺層學(xué)習(xí)大多是通過“記憶—理解—應(yīng)用”為手段，處理簡(jiǎn)單的物理情境;深度學(xué)習(xí)則要求提供復(fù)雜的真實(shí)問題，設(shè)置合理的挑戰(zhàn)臺(tái)階，催化學(xué)習(xí)程度以提升思維深度。（2）交互的具身認(rèn)知，高階思維是讓學(xué)生意識(shí)到深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，要求大腦、身體、環(huán)境交互的自組織涌現(xiàn)與生成，并非抽象化的符號(hào)記憶理解，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的學(xué)習(xí)過程。（3）批判的自我反思，深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)是提升學(xué)生思維高度，不能僅停留于“知道—領(lǐng)會(huì)—應(yīng)用”的層面，基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理和判斷，形成科學(xué)的見解，思維的批判性促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。（4）知識(shí)的遷移運(yùn)用，深度學(xué)習(xí)就是讓個(gè)體在不同情境中的遷移。從結(jié)果審視，深度學(xué)習(xí)是指能夠通過“應(yīng)用—分析—?jiǎng)?chuàng)造”等方面進(jìn)行知識(shí)遷移，并且應(yīng)用遷移是指在理解基礎(chǔ)之上的遷移，形成對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，從而解決復(fù)雜問題，完成學(xué)習(xí)遷移最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化和高階思維的發(fā)展。（5）真實(shí)的問題解決是高階思維和深度學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)，教師引導(dǎo)學(xué)生鞏固與深化所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的思維水平。

2 ?指向高階思維能力培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 ?杠桿教學(xué)活動(dòng)現(xiàn)狀

初中物理“杠桿的平衡條件”一節(jié)，力臂是非常重要的概念，展開的順序一般是：直接給出力臂的定義，再利用力臂概念進(jìn)行杠桿平衡條件的探究。教材及傳統(tǒng)教學(xué)流程易導(dǎo)致知識(shí)建構(gòu)存在盲區(qū)，不利于“杠桿的平衡條件”的有效教學(xué)，主要表現(xiàn)為三個(gè)方面：（1）點(diǎn)的平衡與體的平衡知識(shí)銜接斷裂，受前概念的影響不容易區(qū)分杠桿平衡狀態(tài);（2）力臂概念的直接定義，未突出概念建立的必要性;（3）未能深化杠桿平衡的影響因素，由單一的某個(gè)物理量影響物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)物理量的乘積影響物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[ 2 ]。這種傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生缺乏挑戰(zhàn)，屬于理解層面的思維活動(dòng)，不能達(dá)成促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)并提升其核心素養(yǎng)的課程目標(biāo)。

2.2 ?指向高階思維培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)課堂教學(xué)思維主線

傳統(tǒng)教學(xué)主線忽略學(xué)生起點(diǎn)，活動(dòng)難以使學(xué)生深層理解本質(zhì)。據(jù)此，本文對(duì)“杠桿”一節(jié)提出以下教學(xué)改進(jìn)：以學(xué)生為主體，力為切入點(diǎn)，三個(gè)新知盲點(diǎn)為指引，針對(duì)學(xué)生思維盲區(qū)，研究制作杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)教具，在規(guī)律探究中建構(gòu)概念，通過概念建構(gòu)促進(jìn)對(duì)規(guī)律的理解。深度學(xué)習(xí)是基于高階思維構(gòu)建知識(shí)的過程，以學(xué)生當(dāng)前思維認(rèn)知水平為“生長(zhǎng)點(diǎn)”，以理解水平上的記憶為基礎(chǔ)不斷體驗(yàn)、反復(fù)訓(xùn)練，從而獲得分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造的思維能力[ 3 ]。綜合分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，本文提出深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)思維主線如圖1所示。

綜上所述，長(zhǎng)期以來教師在物理概念與物理規(guī)律的教學(xué)設(shè)計(jì)流程形式單一，加之初中學(xué)生的物理思維能力水平還在比較稚嫩的生長(zhǎng)，因此學(xué)生對(duì)物理知識(shí)是留于表面的、淺層的學(xué)習(xí)。高階思維作為一種新型的思維模式，深刻影響學(xué)生物理思維的發(fā)展走向，只有思維走向深層，學(xué)習(xí)才能走向深度。將深度學(xué)習(xí)的思想滲透到物理概念及規(guī)律的教學(xué)中，有助于提高學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手探究、問題解決的能力、批判思維的提升，促進(jìn)他們的認(rèn)知方式從淺層記憶轉(zhuǎn)向物理本質(zhì)的高階發(fā)展。

3 ?基于深度學(xué)習(xí)課堂教學(xué)思維主線的“杠桿的平衡條件”教學(xué)案例

3.1 ?創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突

學(xué)生的參與和投入是思維提升的第一級(jí)臺(tái)階。教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)要努力激發(fā)學(xué)生的興趣，吸引學(xué)生的注意力和對(duì)教學(xué)內(nèi)容的期待，提高課堂活躍度。尤其重要的是，在問題情境的引導(dǎo)下，學(xué)生有選擇地調(diào)用舊知識(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)知識(shí)沖突，使得原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)平衡被打破，思維被調(diào)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知和探究的欲望;在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過觀察、聯(lián)想、比較等方式逐漸厘清待研究的問題。

教學(xué)片段1：創(chuàng)設(shè)活動(dòng)情境，如何公平分胡蘿卜？同學(xué)討論從懸掛點(diǎn)分開，結(jié)果如何？

將胡蘿卜用一根細(xì)線吊在鐵架臺(tái)，使其在水平位置平衡。沿平衡點(diǎn)分割成兩半，兩部分的重量如何？為什么？怎樣稱量？學(xué)生回顧前面的二力平衡，其中包含“力的大小相等”，所以兩邊重量相等。

設(shè)計(jì)意圖：這一情境回到了物體平衡的起點(diǎn)。在學(xué)生嘗試用各種物體稱量時(shí)，激發(fā)了學(xué)生的想象和參與度。當(dāng)稱量結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果不符合時(shí)，激活學(xué)生致力于解決這個(gè)問題的內(nèi)驅(qū)動(dòng)力。學(xué)生目前的錯(cuò)誤概念是力的大小是影響杠桿平衡的因素，如何引導(dǎo)學(xué)生從點(diǎn)的平衡過渡到體的平衡，同時(shí)又要考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和已有知識(shí)的認(rèn)識(shí)，逐級(jí)登上思維的階梯。

3.2 ?巧用演示實(shí)驗(yàn)，激活學(xué)生思維

在學(xué)生對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果與稱量結(jié)果不符，產(chǎn)生疑問的基礎(chǔ)上。教師因勢(shì)利導(dǎo)，逐步呈現(xiàn)“力的作用點(diǎn)”對(duì)物體平衡的影響，由于學(xué)生的獨(dú)立思考易固化思維，所以教師通過適度地搭建支架和小組交流等方式，產(chǎn)生思維的碰撞，使學(xué)生獲得更多思維進(jìn)階的靈感。

教學(xué)片段2：教師提問：若選擇直尺稱量，能否一邊放在距支點(diǎn)10 cm的位置一邊放在20 cm的位置。學(xué)生一致認(rèn)為不公平。部分學(xué)生認(rèn)識(shí)到杠桿平衡與“距離”有關(guān)。再次追問：杠桿的平衡除了與動(dòng)力阻力有關(guān)，還與什么有關(guān)？學(xué)生通過體驗(yàn)表示杠桿平衡還與支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離有關(guān)。至此，教師應(yīng)該鼓勵(lì)積極思考和發(fā)言的學(xué)生，不以教師為權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，敢說敢想的學(xué)習(xí)態(tài)度。緊接著拿出杠桿演示儀（圖2），讓學(xué)生思考若在10 cm掛2個(gè)鉤碼，那20 cm處應(yīng)該掛幾個(gè)？掛一個(gè)鉤碼怎樣使杠桿水平平衡？學(xué)生思考：掛一個(gè)鉤碼離支點(diǎn)遠(yuǎn)一點(diǎn)就平衡。

設(shè)計(jì)意圖：從開始杠桿平衡與力的大小有關(guān)，到考慮還與支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)有關(guān)。通過互動(dòng)過程糾正了學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，化解新知盲點(diǎn)一，也啟發(fā)要有問題意識(shí)。高階思維通常發(fā)生在“難點(diǎn)問題”的解決過程中，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題是關(guān)鍵。

3.3 ?小組合作探究，設(shè)計(jì)方案探索

傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師很大程度上只是讓學(xué)生“按部就班”地重復(fù)成功實(shí)驗(yàn)，比如杠桿平衡條件的探究?jī)H用鉤碼、直杠桿在水平平衡狀態(tài)進(jìn)行，雖方便實(shí)驗(yàn)操作。但從結(jié)果上看，一方面，由特殊的實(shí)驗(yàn)器材獲得普遍的結(jié)論，規(guī)律缺乏科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性;另一方面，力臂概念模糊，未突出概念建立的必要性，難以引發(fā)學(xué)生展開批判、反思、創(chuàng)新等高階思維。這種將知識(shí)儲(chǔ)存大腦的方式，使得學(xué)生雖然接觸了大量知識(shí)，但學(xué)習(xí)的有效性較低。

“杠桿平衡條件”探究如何設(shè)計(jì)指向?qū)W生高階思維能力培養(yǎng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)？本文提出圖3所示的探究路線：（1）規(guī)律在原有思維和經(jīng)驗(yàn)中發(fā)展，為此設(shè)計(jì)初探平衡;（2）改變力的方向杠桿不平衡，結(jié)論矛盾進(jìn)而補(bǔ)充概念，概念在規(guī)律探究中建構(gòu)。

教學(xué)片段3：實(shí)驗(yàn)探究

活動(dòng)1：初探杠桿的平衡條件

活動(dòng)方案：在猜想杠桿平衡與力的大小、支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)有關(guān)的基礎(chǔ)上，以初中階段要求掌握的研究方法（控制變量法、歸納總結(jié)）為指導(dǎo)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

活動(dòng)步驟：介紹實(shí)驗(yàn)器材（圖2），重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)平衡螺母，改變力的大小或鉤碼到支點(diǎn)的距離，使杠桿平衡。以上重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過數(shù)據(jù)分析總結(jié)規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖：從定性分析到定量實(shí)驗(yàn)的過渡，推動(dòng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和思維相結(jié)合，為科學(xué)規(guī)律的探究做好鋪墊。學(xué)生初步探究得出杠桿的平衡條件是“力與距離（支點(diǎn)到作用點(diǎn)的距離）的乘積相等”，在這個(gè)探究過程依次實(shí)現(xiàn)“觀察—?dú)w納—分析—推斷”等思維進(jìn)階。

活動(dòng)2：深化杠桿平衡的條件

為了使原結(jié)論進(jìn)一步深化，利用圓形鋁材與鐵架臺(tái)組裝自制杠桿，并在圓形鋁板外部裝上定滑輪，內(nèi)部裝上可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓刻度盤，杠桿的支點(diǎn)與圓心重合，細(xì)線懸掛的鉤碼充當(dāng)動(dòng)力及阻力。

演示1：在杠桿支點(diǎn)左右的10 cm處用棉線各掛一個(gè)鉤碼，調(diào)節(jié)使其平衡，如圖4所示。提問：若把右側(cè)鉤碼的細(xì)繩掛到滑輪上還能保持平衡嗎？

演示2：在杠桿平衡時(shí)（圖4），把右側(cè)鉤碼的細(xì)繩掛到滑輪上，杠桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)（圖5）。提示：初探的平衡條件包涵力的那些要素？還可以改變力的什么要素使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)？

該環(huán)節(jié)是清晰建立力臂概念、深化平衡條件的關(guān)鍵，因此第二步為學(xué)生的深化探究提供以下思維階梯：（1）回顧：初探得到的平衡條件：力與“距離”垂直時(shí)，推出“力的大小×距離=定值”，普適規(guī)律應(yīng)包含初探規(guī)律，即“垂直”時(shí)，普適規(guī)律能轉(zhuǎn)化為初探的規(guī)律;（2）提示：若普適平衡條件與初探條件大致相同，而左側(cè)力情況不變時(shí)，故條件中的“定值”應(yīng)不變。即杠桿右側(cè)力的方向改變時(shí)力的大小應(yīng)改變，條件中的“距離”必須改變，且力越大的一側(cè)其對(duì)應(yīng)的距離越?。海?）演示：轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部圓刻度盤讀數(shù)（圖5），杠桿左側(cè)符合力越大距離越小的要求。引導(dǎo)猜想“支點(diǎn)到力的作用線的距離”是影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的因素;（4）補(bǔ)充概念：力的作用點(diǎn)和方向共同決定支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離，該距離叫做力臂，影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)。（5）完善結(jié)論：得到影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)因素—力的大小和力臂，進(jìn)一步深化杠桿平衡的定量關(guān)系時(shí)，探究流程設(shè)計(jì)類似于活動(dòng)1中的內(nèi)容，將不再贅述。引導(dǎo)同側(cè)力杠桿平衡探究（圖6），最終多維度探究杠桿的平衡條件都是：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。

設(shè)計(jì)意圖：以杠桿平衡規(guī)律的探究中對(duì)力臂概念有了創(chuàng)造性的認(rèn)知，化解新知盲點(diǎn)二。在兩次探究中學(xué)生意識(shí)到科學(xué)理論不僅依據(jù)猜想展開，更是大量實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析、不斷互證。從實(shí)驗(yàn)沖突中提升學(xué)生的批判思維，在經(jīng)歷“觀察—認(rèn)知沖突—發(fā)現(xiàn)—對(duì)比—綜合”的過程，體會(huì)到科學(xué)規(guī)律的嚴(yán)密性，發(fā)展學(xué)生的高階思維，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

3.4 ?建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)意義生成

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)，知識(shí)的獲得不是簡(jiǎn)單的記憶與疊加。學(xué)生經(jīng)歷了3個(gè)環(huán)節(jié)，狀態(tài)較為活躍，如何讓思維繼續(xù)保持在較高的層次？通過新信息與舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的雙向建構(gòu)，反復(fù)作用，引導(dǎo)學(xué)生將事物的本質(zhì)與聯(lián)系進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。

教學(xué)片段4：邏輯導(dǎo)圖建構(gòu)（圖7）。力臂是一個(gè)潛隱性的物理概念，通過邏輯導(dǎo)圖建構(gòu)讓學(xué)生知道概念和規(guī)律的來龍去脈，完成順應(yīng)與同化，避免機(jī)械記憶?；仡櫫Ρ墼谔骄窟^程中如何生成、轉(zhuǎn)變、發(fā)展，是正確建立杠桿平衡條件的關(guān)鍵[ 4 ]。從“定性—定量—概念化”逐級(jí)深化力臂概念，得到普適的杠桿平衡條件，化解新知盲點(diǎn)三，促進(jìn)高階思維的進(jìn)一步發(fā)展。

3.5 ?靈活遷移運(yùn)用，解決真實(shí)問題

從對(duì)物理知識(shí)的獲取和簡(jiǎn)單分析，再到遷移、深化知識(shí)，發(fā)展分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高階思維能力的發(fā)展，離不開對(duì)實(shí)際問題的解決。

教學(xué)片段5：教師引導(dǎo)學(xué)生回顧一開始提出的胡蘿卜沿平衡點(diǎn)分為什么質(zhì)量不一樣？平衡是現(xiàn)實(shí)生活中常見的一種物理現(xiàn)象，學(xué)生在問題解決中理解杠桿的平衡需要考慮力臂，但另一個(gè)困惑又是把胡蘿卜受到的重力看作動(dòng)力和阻力，作用點(diǎn)怎么畫？學(xué)生分析分胡蘿卜的杠桿原理并闡述，用誕生的概念解決問題。

基于高階思維的發(fā)展和學(xué)生思維的創(chuàng)造性，初中學(xué)生的作業(yè)應(yīng)該是開放性的問題或生活實(shí)踐類，如《桿秤復(fù)活記》，天平在稱量物體需要在兩側(cè)放等重的物體并且不易攜帶，如何根據(jù)實(shí)際用途應(yīng)如何對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)？用深度學(xué)習(xí)的素養(yǎng)進(jìn)行問題的分析、解決和思考，在制造中學(xué)會(huì)遷移。新課標(biāo)突出文化自信的理念，感受桿秤是祖先的智慧也是公平、誠(chéng)信的象征。

4 ?小結(jié)

深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，核心特征是培養(yǎng)學(xué)生高階思維，在教師引領(lǐng)下，圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展且有意義的學(xué)習(xí)過程。物理概念與規(guī)律教學(xué)是中學(xué)物理重要的教學(xué)內(nèi)容，其中概念、規(guī)律的深度教學(xué)實(shí)施路徑影響著初中生在物理課堂中深度學(xué)習(xí)發(fā)生的真實(shí)性，教學(xué)內(nèi)容的深度探究設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵。通過創(chuàng)設(shè)物理概念與規(guī)律建立的情境，運(yùn)用科學(xué)探究的方法建立物理概念與規(guī)律，盡量將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，將定性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行量化和數(shù)字化，最后在理解物理概念與規(guī)律本質(zhì)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用物理知識(shí)解釋物理現(xiàn)象，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的落地生花。

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