运用“新思维具象法”促进高中物理“深度学习”

张 鹉 戈海艳

（1.晋江市中学侨声，福建 晋江 362271；
2.晋江市毓英中学，福建 晋江 362251）

物理学科核心素养主要由“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”四个方面构成。［1］物理核心素养强调的是学生在学习物理知识过程中，逐步形成的适应社会发展需要的必备品格、个人终身发展的关键能力，是一个人应具备的科学素养的重要组成部分。然而要学生真正掌握好物理观念、形成科学思维能力并养成科学探究的习惯，具备良好的科学态度与责任，就必须通过课堂上一步一步地引导，其中教学方式、教学方法的选择至关重要。本文就运用“新思维具象法”开展“深度教学”从而引导学生“深度学习”的一点体会与同仁们交流。

“深度学习”（deep learning）是1976 年由美国学者Ference Marton 和Roger Saljo 提出的一个概念。它主要是针对当今机器人学习提出的一种学习方法，后被教育界同仁们引入到人类线下学习中，与“浅层学习”（surface learning）相对应。布鲁姆将教育目标分为六个类别，即识记（knowledge）、理解（comprehension）、应用（application）、分析（analysis）、综合（synthesis）、评价（evaluation）。我们从中可以认识到“深度学习”对应的认知水平在理解、应用、分析和综合这四个层次，它强调学习知识应该先在理解的基础上进行。教师要引导学生能够开展批判性地学习，培养学生将已有的知识准确的迁移到新的情境中并能融入原有的认知结构中去解决新的问题。由此可见，“深度学习”（deeper learning）它的本质就是让学生运用所学的知识、运用科学的思维方式，在真实、复杂的情境中，解决好实际问题，以便发展学生的批判性思维和创新能力。

相对“浅层学习”“深度学习”的特征明显：

第一，传统的外部灌输式学习方式，学生一直处于被动接受的状态，而“深度学习”则强化学生在情感驱动下的“非认知学习”。在情感状态下，“非认知学习”可以让学生处于主动的学习地位，将它与各种认知性学习紧密结合起来，就能发挥出“非认知学习”相比于“认知型学习”更优异的效果。这样体现出它在学生的核心素养体系中占有的重要位置，同时突出展现学生在自我管理、时间管理、自主性、适应性、执行力等能力，是一个人综合素养的体现。

第二，“深度学习”立足于真实情境解决问题。首先，“深度学习”强调要求学生在真实情境里；
其次，要让学生能形成分析问题和解决问题的能力，必须将这些知识与技能运用于解决实际问题的过程才能去培养，这是核心素养培养的关键所在。我们开展“深度教学”，引导学生自主学习、合作学习，学会将所学知识迁移并解决实际问题，就是将知识与核心素养有机融合起来。

第三，“深度学习”侧重于培养学生的高阶思维能力。开放性视野、批判性思维、问题解决能力和创新能力等方面是被当下国际社会公认的高阶思维能力。“深度学习”恰好实现了将知识进行合理化迁移，科学运用于实际问题中去解问题，“深度学习”侧重于对知识和规律的理解与运用，是一种高阶思维，正好符合当前信息社会和全球化时代对人的能力的需要。

第四，“深度学习”强调学科内和学科间的知识整合。掌握一门学科或多学科的知识与技能，不能将知识割裂开来，而是要真正理解其中的规律性，学科间的知识相互支撑与渗透，让学生通过科学思维从多角度、多维度、系统性、综合性等方面来思考问题，从而形成对未来社会所遇到的情境和问题进行开放性、综合性处理问题的能力。［2］

第五，“深度学习”突出深度思辨的思维指向。教育就是要让学生形成敢于质疑的批判性思维。正如爱因斯坦在《物理学的进化》一书中所指出的：“伽利略的最大贡献就是毁灭了人类直觉的观念。”伽利略提出的“发现问题、大胆猜想、设计实验、实验测定、理论验证”的科学思维至今仍是我们掌握科学规律的一大法定。对每一位学生的教育而言，如果学生掌握伽利略的这一科学的判断方法，具备了这样的能力比掌握有限的知识更重要。因为，通过思辨能力的培养，它引导学生能从具体问题出发，开展独立思考、自主判断、比较和辨析，不会盲从，能具备去发现新问题、提出新观点、探寻新规律的能力。

以上五个方面的关系可以用一张图来充分表示（如图1）。

图1 深度学习内涵

要实现“深度学习”的五个特征，必须对培养学生的教学方式和学习方式进行变革，带领学生走入“深度学习”。基于学生核心素养培养的“深度教学”特征，其主要应体现在，正确价值引领的教学、真实情境的教学、高质量问题的教学、学科内和学科间整合的教学、思辨思维的教学以及探究性和研究性的教学等方面。［3］我们就要从根本上改变教师的课堂教学方式，从学生“深度学习”的目标出发，促使教师的课堂走向“深度教学”。如何从“深度学习”转化为“深度教学”？这就要求我们必须采用科学高效的学习方式和有效的教学方法，两者共同来推进基于核心素养的教学方式的改革，把基于核心素养的教学落实到每一课物理教学中，才可能把核心素养这一个抽象的理论变成一个实操作性的教学方式。从“深度学习”走向“深度教学”是教与学“统一性”的必然选择。［4］为追求学生物理核心素养的发展，一定要克服“浅层教学”的局限性，通过实施“深度教学”促进学生的“深度学习”，其有效的方法之一就是运用好“新思维具象法”。

（一）“新思维具象法”

“新思维具象法”将思维可视化与知识可视化融合起来，并借鉴了思维导图和概念图，创造性地提出了“新思维具象图”的可视化工具。它克服了传统可视化工具的缺陷，提升了可视化学习的效率，这种全新的教学方法，通过借助拟人化或拟物化的具象图，将物理学知识和规律中原本抽象的、不可见的学科关联知识，用更为逻辑的结构脉络串联起来，制作让思维路径具象化的贴切图形，形成物理知识与逻辑架构融合统一。其“形”可视，其“神”表达精炼，更便于学生理解和记忆，其“具象图”表达的科学性、新颖性与趣味性兼备，故称之为“新思维具象法”。在此法教学过程中形成一幅体现本节课、本单元、本章节等知识和规律的“思维图”，我们称之为“新思维具象图”。它生动展现了学生对物理知识和规律的认知状况，可以帮助老师去了解学生在知识掌握方面的不足，能有效开展针对性的指导，从而促进学生向“深度学习”的发展。如，运用“新思维具象图”（图2）对牛顿第三定律的学习，促进学生的思维向高阶学习和“深度学习”发展。

图2 学生学习牛顿第三定律“新思维具象图”

该图将同学们喜爱的滑板车作为“新思维具象图”的核心，直观地反映出两个同学之间力的作用的相互性。同时将相关的物理概念、定律内容、知识点间的联系、测量方法等都展现在一幅图上，使教与学都有一个新的突破，培养了学生的发散性思维。

（二）“新思维具象法”与“深度教学”之关联

“新思维具象法”较充分地体现了“深度教学”的内涵与特征，实现了知识学习与思维培养的深刻转变。既注重了知识的广度、深度，又考虑到物理规律的关联度，通过“新思维具象图”突显了物理学习的趣味性、丰富性的同时，展现其沉浸性和层级性，增强了课堂教学的画面感，突显可视化思维和图片的作用，促进学生反思性学习方法和批判性思维的发展，实现学习物理知识和规律的意义价值。

其一，“深度教学”的核心理念是追求教学的发展性。发展就是要强调改变，泛指通过课堂教学引起的学生在认知、情感、技能等方面发生的系统性的变化，以及使学生通过课堂学习获得的学科核心素养、关键能力的整体提升。一堂好的物理课，其课堂教学是通过教师对“所教”的知识的传授过程，帮助学生在思想境界、情感体验、认知方式、思维方法等方面不断提升并发生实质性的变化。“深度教学”注重发挥学生学习的主观能动性，增强学生学习知识的获得感。其二，“新思维具象法”在物理“深度学习”中克服了学生在学习物理的过程中被动接受、记忆与复制、重复训练和强化记忆等“浅层学习”的弊病，“新思维具象图”既重视知识之间的联系，又重视新知识的建构，它可以将表层化学习转为理解与批判、联系与构建、迁移与应用的“深度学习”中来，促进学生深刻理解物理概念、物理规律，掌握知识和规律间的联系，形成科学的思维。

在“深度教学”中，运用好“新思维具象法”，可以将学生的自身经验与物理知识有机的整起来，帮助学生获得知识与情感的体验过程，从而学生培育从感知到思维，再从情感到意志和价值观的养成。

“新思维具象图”在物理“深度教学”和“深度学习”中的运用，其核心就是要找到与本节教学内容相适应的“具象图”，通过借助拟人化或拟物化的图形，将物理规律、定律或知识模块中逻辑关联起来，在学生的头脑中形成一幅“具象图”。这幅图是学生自己认真梳理并绘制的，对于青少年这个年龄段的学生而言，对“图片”的记忆力更深刻，通过这种学习方式让学生能更好地理解物理概念及规律，从而达到“深度学习”的目的。以下实例为笔者在教学中的一些探索实践，与同仁们共研。

（一）“新思维具象图”运用于“深度学习”教学

实例一：“新思维具象图”在探究“影响摩擦力的因素”中的运用

当代中学生酷爱滑板车，大多数同学都有过深刻的体验。将学生斜面上下滑的过程对“摩擦”的认识作为“新思维具象图”的核心，再发散出相关的概念、发生条件、大小和方向的认知等绘制成一幅图（如图3），可让学生更深刻地理解和掌握“摩擦力”的知识内容。

图3

实例二：“新思维具象图”在机械能守恒定律中的运用（如图4）

图4

“荡秋千”也是一种同学们深有体验的活动，其中包含的机械能守恒规律，通过此“具象图”能更好地加深对机械能守恒的理解，又将相关的知识和规律整合起来，在找到各知识点间的相互联系的同时又加强了物理规律的记忆。

（二）“新思维具象图”促进“深度学习”在复习课教学中的运用

实例一：“新思维具象图”在牛顿第一定律的复习中的运用（如图5）

图5

足球运动是同学们喜爱的体育运动项目之一。通过在足球课上的学习将它与物理课堂结合起来，可以加深对“力是改变物理运动状态的原因”的理解。同时，体会到伽利略的“理想斜面实验”的推理过程，再去掌握和理解牛顿第一定律。

实例二：“新思维具象图”在探究力与加速度、质量关系实验复习中的运用（如图6）

图6

探究力、加速度和质量三者之间的关系实验，是高中物理教学中的重要实验之一。用典型的实验装置图作为“具象图”的核心，将实验的方法、注意事项、数据处理等一系列内容绘制出来，可以让学生直观地掌握实验的全部实质内容。

实例三：“新思维具象图”在光的全反射复习课中的运用（如图7）

图7

运用“玻璃砖”测量折射率，是高中物理教学中要求学生掌握的实验方法。通过“玻璃砖”作为“具象图”的核心，再将相关的反射、折射、全反射、折射率的计算等相关几何光学知识融为一体，使同学们对这部分知识的掌握更全面、更具体。

（三）“新思维具象图”促进“深度学习”在习题课中的运用

实例一：“新思维具象图”在连接体模型中的受力分析（如图8）

图8

“整体”与“隔离”问题是高中物理教学中常见的受力分析问题，也是同学们常遇到的难点。将连接体作为“具象图”的主体，阐述“整体”与“隔离”的处理方法，加深对受力分析更深层的理解，可以有效帮助学生掌握该方法。

实例二：“新思维具象图”在两类动力学问题的解题步骤（如图9）

图9

已知运动情况不求受力情况和已知物理受力情况分析其运动情况，是动力学的两类基本问题。运用斜面上的运动分析，将此图作为核心来展现两种基本情况的分析思路，可以给学生一种基本合理的思维方式，帮助学生掌握方法的运用。

以上三种常见课型中，都可以将“新思维具象图”有机结合在物理教学中，让学生通过自己绘制相应知识点的“具象图”，促进学生进行“深度思考”，真正从知识点间的相互联系去理解物理规律，找到各个物理情景、环节“节点”，到达“深度学习”的目的。

在物理课堂教学改革中，通过“新思维具象法”为手段，达到促进学生深刻、准确理解物理概念、掌握物理规律的运用。教学中以“新思维具象图”的绘制为切入点，提升学生梳理知识、发现问题、分析问题、合作探究问题和解决问题的能力，为学生终身发展服务。力争从认知科学、思维科学、可视化理论等角度，分析新思维具象法的立论依据，阐释新思维具象法的内涵、特征及机制，构建“乐学、乐行、乐思、乐享”的物理课堂。

一是构建“思维具象图”。让学生掌握新“思维具象图”充分运用“核心拟人或拟物图”，再配合关键文字，技巧性、兴趣性地把各级主题的“关联”关系用层级图展现出来，建立起图像、关键词与颜色等“可视化”的记忆链接。二是构建“乐学课堂”。让课堂充满生命的活力，学生成为课堂教学活动的主体，以激发思维和探究活动为主线，调动学生主动参与的积极性。三是构建“乐行课堂”。以“新思维具象图”的学习方式为背景、以学生的动脑、动手能力和思维能力培养为主旨，让课堂成为师生智慧生成、相互促进的课堂。四是构建“乐思课堂”。本着以每一个学生的基础出发，服务于每一个学生，全面培养思考、交流、表达、独立、组织等适应社会的综合能力，满足不同潜质学生发展的需要。五是构建“乐享课堂”。在培训的基础上，让每位参与实验教学的班级学生，绘制属于自己的、基于新思维具象法理念的，按照力、热、光、电等知识模块进行分类，研究绘制与之相配套的全系列“新思维具象图”，然后让同学间相互分享与借鉴。六是让“思维可视化”。用可视化教育的新方法，提升每一位学生的物理思维能力，促进学生中物理中“深度学习”进而促进每一位学生科学思维能力的发展。

“深度学习”不仅是学生机器的记忆活动，更是学生对自我潜能的激发。从学生“深度学习”的视角出发，“深度教学”要求教师应当让学生经验与所学知识进行深度联结，引导学生对学习过程进行深度体验，让学生在物理知识的情境脉络中更好地理解，进而引导学生对知识的深度运用。我们从以上几个实例可以看到，在“新思维具象法”教学中引导学生绘制的“新思维具象图”可以有效地促进学生深度理解所学习的物理知识、物理概念和物理规律，特别是能很好地厘清各知识点之间的关联，将知识有机融合起来。

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