運用“新思維具象法”促進高中物理“深度學習”

張 鵡 戈海艷

（1.晉江市中學僑聲，福建 晉江 362271；2.晉江市毓英中學，福建 晉江 362251）

物理學科核心素養主要由“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任”四個方面構成。［1］物理核心素養強調的是學生在學習物理知識過程中，逐步形成的適應社會發展需要的必備品格、個人終身發展的關鍵能力，是一個人應具備的科學素養的重要組成部分。然而要學生真正掌握好物理觀念、形成科學思維能力并養成科學探究的習慣，具備良好的科學態度與責任，就必須通過課堂上一步一步地引導，其中教學方式、教學方法的選擇至關重要。本文就運用“新思維具象法”開展“深度教學”從而引導學生“深度學習”的一點體會與同仁們交流。

一、對“深度學習”內涵認知

“深度學習”（deep learning）是1976 年由美國學者Ference Marton 和Roger Saljo 提出的一個概念。它主要是針對當今機器人學習提出的一種學習方法，后被教育界同仁們引入到人類線下學習中，與“淺層學習”（surface learning）相對應。布魯姆將教育目標分為六個類別，即識記（knowledge）、理解（comprehension）、應用（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）、評價（evaluation）。我們從中可以認識到“深度學習”對應的認知水平在理解、應用、分析和綜合這四個層次，它強調學習知識應該先在理解的基礎上進行。教師要引導學生能夠開展批判性地學習，培養學生將已有的知識準確的遷移到新的情境中并能融入原有的認知結構中去解決新的問題。由此可見，“深度學習”（deeper learning）它的本質就是讓學生運用所學的知識、運用科學的思維方式，在真實、復雜的情境中，解決好實際問題，以便發展學生的批判性思維和創新能力。

相對“淺層學習”“深度學習”的特征明顯：

第一，傳統的外部灌輸式學習方式，學生一直處于被動接受的狀態，而“深度學習”則強化學生在情感驅動下的“非認知學習”。在情感狀態下，“非認知學習”可以讓學生處于主動的學習地位，將它與各種認知性學習緊密結合起來，就能發揮出“非認知學習”相比于“認知型學習”更優異的效果。這樣體現出它在學生的核心素養體系中占有的重要位置，同時突出展現學生在自我管理、時間管理、自主性、適應性、執行力等能力，是一個人綜合素養的體現。

第二，“深度學習”立足于真實情境解決問題。首先，“深度學習”強調要求學生在真實情境里；其次，要讓學生能形成分析問題和解決問題的能力，必須將這些知識與技能運用于解決實際問題的過程才能去培養，這是核心素養培養的關鍵所在。我們開展“深度教學”，引導學生自主學習、合作學習，學會將所學知識遷移并解決實際問題，就是將知識與核心素養有機融合起來。

第三，“深度學習”側重于培養學生的高階思維能力。開放性視野、批判性思維、問題解決能力和創新能力等方面是被當下國際社會公認的高階思維能力?！吧疃葘W習”恰好實現了將知識進行合理化遷移，科學運用于實際問題中去解問題，“深度學習”側重于對知識和規律的理解與運用，是一種高階思維，正好符合當前信息社會和全球化時代對人的能力的需要。

第四，“深度學習”強調學科內和學科間的知識整合。掌握一門學科或多學科的知識與技能，不能將知識割裂開來，而是要真正理解其中的規律性，學科間的知識相互支撐與滲透，讓學生通過科學思維從多角度、多維度、系統性、綜合性等方面來思考問題，從而形成對未來社會所遇到的情境和問題進行開放性、綜合性處理問題的能力。［2］

第五，“深度學習”突出深度思辨的思維指向。教育就是要讓學生形成敢于質疑的批判性思維。正如愛因斯坦在《物理學的進化》一書中所指出的：“伽利略的最大貢獻就是毀滅了人類直覺的觀念?！辟だ蕴岢龅摹鞍l現問題、大膽猜想、設計實驗、實驗測定、理論驗證”的科學思維至今仍是我們掌握科學規律的一大法定。對每一位學生的教育而言，如果學生掌握伽利略的這一科學的判斷方法，具備了這樣的能力比掌握有限的知識更重要。因為，通過思辨能力的培養，它引導學生能從具體問題出發，開展獨立思考、自主判斷、比較和辨析，不會盲從，能具備去發現新問題、提出新觀點、探尋新規律的能力。

以上五個方面的關系可以用一張圖來充分表示（如圖1）。

圖1 深度學習內涵

二、用“深度學習”促進“深度教學”改革

要實現“深度學習”的五個特征，必須對培養學生的教學方式和學習方式進行變革，帶領學生走入“深度學習”?；趯W生核心素養培養的“深度教學”特征，其主要應體現在，正確價值引領的教學、真實情境的教學、高質量問題的教學、學科內和學科間整合的教學、思辨思維的教學以及探究性和研究性的教學等方面。［3］我們就要從根本上改變教師的課堂教學方式，從學生“深度學習”的目標出發，促使教師的課堂走向“深度教學”。如何從“深度學習”轉化為“深度教學”？這就要求我們必須采用科學高效的學習方式和有效的教學方法，兩者共同來推進基于核心素養的教學方式的改革，把基于核心素養的教學落實到每一課物理教學中，才可能把核心素養這一個抽象的理論變成一個實操作性的教學方式。從“深度學習”走向“深度教學”是教與學“統一性”的必然選擇。［4］為追求學生物理核心素養的發展，一定要克服“淺層教學”的局限性，通過實施“深度教學”促進學生的“深度學習”，其有效的方法之一就是運用好“新思維具象法”。

（一）“新思維具象法”

“新思維具象法”將思維可視化與知識可視化融合起來，并借鑒了思維導圖和概念圖，創造性地提出了“新思維具象圖”的可視化工具。它克服了傳統可視化工具的缺陷，提升了可視化學習的效率，這種全新的教學方法，通過借助擬人化或擬物化的具象圖，將物理學知識和規律中原本抽象的、不可見的學科關聯知識，用更為邏輯的結構脈絡串聯起來，制作讓思維路徑具象化的貼切圖形，形成物理知識與邏輯架構融合統一。其“形”可視，其“神”表達精煉，更便于學生理解和記憶，其“具象圖”表達的科學性、新穎性與趣味性兼備，故稱之為“新思維具象法”。在此法教學過程中形成一幅體現本節課、本單元、本章節等知識和規律的“思維圖”，我們稱之為“新思維具象圖”。它生動展現了學生對物理知識和規律的認知狀況，可以幫助老師去了解學生在知識掌握方面的不足，能有效開展針對性的指導，從而促進學生向“深度學習”的發展。如，運用“新思維具象圖”（圖2）對牛頓第三定律的學習，促進學生的思維向高階學習和“深度學習”發展。

圖2 學生學習牛頓第三定律“新思維具象圖”

該圖將同學們喜愛的滑板車作為“新思維具象圖”的核心，直觀地反映出兩個同學之間力的作用的相互性。同時將相關的物理概念、定律內容、知識點間的聯系、測量方法等都展現在一幅圖上，使教與學都有一個新的突破，培養了學生的發散性思維。

（二）“新思維具象法”與“深度教學”之關聯

“新思維具象法”較充分地體現了“深度教學”的內涵與特征，實現了知識學習與思維培養的深刻轉變。既注重了知識的廣度、深度，又考慮到物理規律的關聯度，通過“新思維具象圖”突顯了物理學習的趣味性、豐富性的同時，展現其沉浸性和層級性，增強了課堂教學的畫面感，突顯可視化思維和圖片的作用，促進學生反思性學習方法和批判性思維的發展，實現學習物理知識和規律的意義價值。

其一，“深度教學”的核心理念是追求教學的發展性。發展就是要強調改變，泛指通過課堂教學引起的學生在認知、情感、技能等方面發生的系統性的變化，以及使學生通過課堂學習獲得的學科核心素養、關鍵能力的整體提升。一堂好的物理課，其課堂教學是通過教師對“所教”的知識的傳授過程，幫助學生在思想境界、情感體驗、認知方式、思維方法等方面不斷提升并發生實質性的變化?！吧疃冉虒W”注重發揮學生學習的主觀能動性，增強學生學習知識的獲得感。其二，“新思維具象法”在物理“深度學習”中克服了學生在學習物理的過程中被動接受、記憶與復制、重復訓練和強化記憶等“淺層學習”的弊病，“新思維具象圖”既重視知識之間的聯系，又重視新知識的建構，它可以將表層化學習轉為理解與批判、聯系與構建、遷移與應用的“深度學習”中來，促進學生深刻理解物理概念、物理規律，掌握知識和規律間的聯系，形成科學的思維。

在“深度教學”中，運用好“新思維具象法”，可以將學生的自身經驗與物理知識有機的整起來，幫助學生獲得知識與情感的體驗過程，從而學生培育從感知到思維，再從情感到意志和價值觀的養成。

三、“新思維具象法”在物理“深度學習”中的實踐

“新思維具象圖”在物理“深度教學”和“深度學習”中的運用，其核心就是要找到與本節教學內容相適應的“具象圖”，通過借助擬人化或擬物化的圖形，將物理規律、定律或知識模塊中邏輯關聯起來，在學生的頭腦中形成一幅“具象圖”。這幅圖是學生自己認真梳理并繪制的，對于青少年這個年齡段的學生而言，對“圖片”的記憶力更深刻，通過這種學習方式讓學生能更好地理解物理概念及規律，從而達到“深度學習”的目的。以下實例為筆者在教學中的一些探索實踐，與同仁們共研。

（一）“新思維具象圖”運用于“深度學習”教學

實例一：“新思維具象圖”在探究“影響摩擦力的因素”中的運用

當代中學生酷愛滑板車，大多數同學都有過深刻的體驗。將學生斜面上下滑的過程對“摩擦”的認識作為“新思維具象圖”的核心，再發散出相關的概念、發生條件、大小和方向的認知等繪制成一幅圖（如圖3），可讓學生更深刻地理解和掌握“摩擦力”的知識內容。

圖3

實例二：“新思維具象圖”在機械能守恒定律中的運用（如圖4）

圖4

“蕩秋千”也是一種同學們深有體驗的活動，其中包含的機械能守恒規律，通過此“具象圖”能更好地加深對機械能守恒的理解，又將相關的知識和規律整合起來，在找到各知識點間的相互聯系的同時又加強了物理規律的記憶。

（二）“新思維具象圖”促進“深度學習”在復習課教學中的運用

實例一：“新思維具象圖”在牛頓第一定律的復習中的運用（如圖5）

圖5

足球運動是同學們喜愛的體育運動項目之一。通過在足球課上的學習將它與物理課堂結合起來，可以加深對“力是改變物理運動狀態的原因”的理解。同時，體會到伽利略的“理想斜面實驗”的推理過程，再去掌握和理解牛頓第一定律。

實例二：“新思維具象圖”在探究力與加速度、質量關系實驗復習中的運用（如圖6）

圖6

探究力、加速度和質量三者之間的關系實驗，是高中物理教學中的重要實驗之一。用典型的實驗裝置圖作為“具象圖”的核心，將實驗的方法、注意事項、數據處理等一系列內容繪制出來，可以讓學生直觀地掌握實驗的全部實質內容。

實例三：“新思維具象圖”在光的全反射復習課中的運用（如圖7）

圖7

運用“玻璃磚”測量折射率，是高中物理教學中要求學生掌握的實驗方法。通過“玻璃磚”作為“具象圖”的核心，再將相關的反射、折射、全反射、折射率的計算等相關幾何光學知識融為一體，使同學們對這部分知識的掌握更全面、更具體。

（三）“新思維具象圖”促進“深度學習”在習題課中的運用

實例一：“新思維具象圖”在連接體模型中的受力分析（如圖8）

圖8

“整體”與“隔離”問題是高中物理教學中常見的受力分析問題，也是同學們常遇到的難點。將連接體作為“具象圖”的主體，闡述“整體”與“隔離”的處理方法，加深對受力分析更深層的理解，可以有效幫助學生掌握該方法。

實例二：“新思維具象圖”在兩類動力學問題的解題步驟（如圖9）

圖9

已知運動情況不求受力情況和已知物理受力情況分析其運動情況，是動力學的兩類基本問題。運用斜面上的運動分析，將此圖作為核心來展現兩種基本情況的分析思路，可以給學生一種基本合理的思維方式，幫助學生掌握方法的運用。

以上三種常見課型中，都可以將“新思維具象圖”有機結合在物理教學中，讓學生通過自己繪制相應知識點的“具象圖”，促進學生進行“深度思考”，真正從知識點間的相互聯系去理解物理規律，找到各個物理情景、環節“節點”，到達“深度學習”的目的。

四、“新思維具象法”與物理“深度學習”的運用反思

在物理課堂教學改革中，通過“新思維具象法”為手段，達到促進學生深刻、準確理解物理概念、掌握物理規律的運用。教學中以“新思維具象圖”的繪制為切入點，提升學生梳理知識、發現問題、分析問題、合作探究問題和解決問題的能力，為學生終身發展服務。力爭從認知科學、思維科學、可視化理論等角度，分析新思維具象法的立論依據，闡釋新思維具象法的內涵、特征及機制，構建“樂學、樂行、樂思、樂享”的物理課堂。

一是構建“思維具象圖”。讓學生掌握新“思維具象圖”充分運用“核心擬人或擬物圖”，再配合關鍵文字，技巧性、興趣性地把各級主題的“關聯”關系用層級圖展現出來，建立起圖像、關鍵詞與顏色等“可視化”的記憶鏈接。二是構建“樂學課堂”。讓課堂充滿生命的活力，學生成為課堂教學活動的主體，以激發思維和探究活動為主線，調動學生主動參與的積極性。三是構建“樂行課堂”。以“新思維具象圖”的學習方式為背景、以學生的動腦、動手能力和思維能力培養為主旨，讓課堂成為師生智慧生成、相互促進的課堂。四是構建“樂思課堂”。本著以每一個學生的基礎出發，服務于每一個學生，全面培養思考、交流、表達、獨立、組織等適應社會的綜合能力，滿足不同潛質學生發展的需要。五是構建“樂享課堂”。在培訓的基礎上，讓每位參與實驗教學的班級學生，繪制屬于自己的、基于新思維具象法理念的，按照力、熱、光、電等知識模塊進行分類，研究繪制與之相配套的全系列“新思維具象圖”，然后讓同學間相互分享與借鑒。六是讓“思維可視化”。用可視化教育的新方法，提升每一位學生的物理思維能力，促進學生中物理中“深度學習”進而促進每一位學生科學思維能力的發展。

“深度學習”不僅是學生機器的記憶活動，更是學生對自我潛能的激發。從學生“深度學習”的視角出發，“深度教學”要求教師應當讓學生經驗與所學知識進行深度聯結，引導學生對學習過程進行深度體驗，讓學生在物理知識的情境脈絡中更好地理解，進而引導學生對知識的深度運用。我們從以上幾個實例可以看到，在“新思維具象法”教學中引導學生繪制的“新思維具象圖”可以有效地促進學生深度理解所學習的物理知識、物理概念和物理規律，特別是能很好地厘清各知識點之間的關聯，將知識有機融合起來。