促進高中物理深度學習的“問題鏈”策略研究

楊鳳樓

(江蘇省江陰長涇中學，江蘇 無錫 214419)

1 引言

直觀上看，深度學習是淺層學習的相對概念，教育工作者可以從兩個維度去理解.其一，假設傳統教學模式下形成的常規學習理念、方法、途徑等均為“淺層學習”，那么相關行為應該具有明顯“被動性”特征，如學生高度依賴教師傳授、采用題海戰術訓練解答技巧、思維僵化缺乏創新意識等.深度學習則處在淺層學習的對立面，強調“以生為本”理念下賦予一定引導、促進方法，讓學生既要“知其然”更要“知其所以然”.其二，深度學習的價值不局限于知識學習，盡管在深度學習作用下能夠有效提升學生的認知能力、豐富思維形式，但不能止步于此，還需要進一步與立德樹人、核心素養、人格塑造等關聯起來，促進學生以物理媒介獲取全面發展的渠道.《普通高中物理課程標準》(下文簡稱：《課程標準》)指出：“物理學是自然科學領域的一門基礎學科”，基于“自然科學”一般性研究規律、映射在高中物理教學實踐之中，物理教學及學習的本質就是物理問題“發現→分析→解決”的過程，隨著物理問題難度的增加，學生物理水平也隨之提升，這一學科規律為“問題鏈”的構建與應用奠定了基礎.

2 深度學習視域下的問題鏈應用價值

(1) 易于激趣，引導學生學習由淺入深.

自然科學充滿了未知的奧秘與詭幻的現象，對于人類而言充滿了吸引力.高中物理(知識模塊)作為自然科學領域的重要組成部分，學生同樣對其描述現象充滿好奇心，而“問題”則是驅使好奇心向探究行動轉化的有力武器——所謂高中物理“問題鏈”，可視為教師將驗證性物理知識轉化成的“問題集群”，它既具有鮮明的主題蘊含，也具有層次分明的等級，基于鏈條形式結合在一起，可滿足學生物理綜合能力由低到高的有序發展——其間，問題不斷激發并維持學生求知欲，并基于問題切換的形式進行解答，簡單地可理解為前一個問題是后一個問題的答案，又是新問題的引線，如同“滾雪球”一樣在物理教學過程中推進，引導學生物理學習由淺入深.

(2) 層層遞進，符合學生學習認知規律.

從淺層學習進入深度學習絕非一蹴而就，其間需要學生逐步掌握自主、探索、合作式學習手段，教師則通過“問題鏈”循循善誘，逐漸養成主動學習的良好習慣.很顯然，這一過程中“問題鏈”發揮了良好的驅動作用，且以“問題”為載體，滿足了建構主義提出的會話、情境、互動等要求，為學生展開物理知識意義構建奠定了堅實基礎.問題鏈設計方面之所以強調層層遞進，是因為建構主義學習觀強調釋然，學習者將新知識轉化成舊知識的過程，需要經歷轉化、同化、內化等一系列機制，這一切實現的基礎就是最鄰近發展區的突破——例如學生必然要先了解“彈力”概念，才能展開“摩擦力”產生條件的討論——問題鏈的本質是以問題形式，帶動舊知識掌握向新知識掌握演化，這符合學生學習的認知規律.

(3) 循序漸進，有助學生思維能力提升.

深度學習最明顯的特征是多元思維參與，如發散思維、創新思維、辯證思維等，這也是擺脫物理知識流于表面應用的根本方式.“問題鏈”作為一種教學方法，相對于平鋪直敘的教學傳授而言具有更強的誘導性，學生帶著問題審視物理知識，更容易激發多元智能運用，這樣在同一個或同一類物理問題中，能夠多角度、多層次地分析，從而拓展學生思維廣度、深度.事實上，任何一門課程的學習過程中，問題都是如影隨形的，“問題鏈”與問題之間的差異在于，前者處在不斷打破自身格局的運動狀態，這是學生思維提升的基礎.例如，高中物理“質點”概念教學中，讓學生以自己為對象，依次提出“同一排學生內”“教室內”“學校內”“地球內”的質點性質界定問題，學生更容易理解概念內涵，以及“參考系”的存在價值.

3 深度學習視域下的問題鏈構建原則

從思維及認知能力培養角度說，高中物理問題鏈構建并沒有一定之規，甚至一定程度上說是隨機的，只要它具備跨越淺層學習弊端效果即可.本文結合深度學習的相關特征，歸納以下問題鏈構造原則.

(1) 聚焦性原則.

《課程標準》明確表示：“物理學是基于觀察與實驗，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系.”這意味著物理知識具有碎片性、抽象性、邏輯性等特點，尤其需要運用到數學工具與模型，進一步提高了知識內容的復雜性與多樣性.因此高中物理深度學習的“問題鏈”設計中，需要加強對核心知識聚焦性的關注.就當前各個版本高中物理教材而言，每一單元、章節都具有的核心知識模塊，如人教版高中物理必修第一冊第一章“運動的描述”中，質點、參考系、位移、速度、加速度等.問題鏈構建過程中要圍繞著核心知識展開，客觀上，教師需要對教材有充分的了解，按照一學期教學規劃進行分解、重組，一方面確定核心知識“是什么”，另一方面明確核心知識“關聯什么”，基于問題導向把核心知識分層化，梳理成一個問題鏈條.

(2) 真實性原則.

所謂真實性原則，主要針對物理教學對象及情境而言.由于物理學屬于自然科學范疇，因此物理現象、規律等在現實生活中有著較高的曝光度，教學過程中(尤其實驗教學)要構建真實的情境，讓學生在熟悉的感覺下產生強烈代入感，以此能更好地激活學習興趣、產生求知欲望.具體到問題鏈的構建方面，一方面問題表述不能過于學術化，盡量用貼近學生的語言去描述.另一方面，盡量讓學生通過真實感受去提出問題，這是分析問題、解決問題的前提，也是進入深度學習的起步點.

(3) 互動性原則.

結合文獻成果及實踐經驗來看，一些高中物理教師在問題鏈構建過程中容易陷入誤區，即將一組問題打造成“閉環形態”，學生一旦進入問題鏈之后就難以脫身、陷入問題嵌套的“死循環”，這明顯是對問題鏈的誤解.從物理知識結構角度說，問題鏈是較為開放的形態，既可以作為一個教學過程，也可以作為一個教學預設，問題鏈的“鏈節”應該可以隨時斷開，以滿足臨時加入新問題、展開師生互動的需要.因此，所謂互動性實際上包含兩層含義，其一是問題與問題之間的互動，是一種較為簡單的因果關系.其二是人與人之間的互動，以問題為媒介，便于在相互合作、啟發的狀態下突破最臨近發展區，保障問題鏈螺旋上升的態勢.

(4) 啟迪性原則.

另一種誤區表現為問題鏈的內部聯系，一些教師缺乏教學預設準備，簡單地將一些問題歸納起來作為問題鏈，雖然一定程度上可以保障難度由低到高，但無法保障在問題鏈解答之后對學生產生啟迪.結合《課程標準》中強調核心素養培養的要求，高中物理教育不能只為高考服務，還要培養學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任.啟迪性意味著問題鏈整體包含著質疑精神，而問題之間又具有挑戰性、引導性，通過大量認知沖突激起智慧火花.

4 促進高中物理深度學習的“問題鏈”模式

從廣義的學習行為出發，“深度學習”既可以看作是學習目標的達成度，也可以視為學習過程的方向性——“深度”的出發點是“淺層”，而學習行為又大多是伴隨著問題展開的，由此促進高中物理深度學習的“問題鏈”模式，本質上可看做問題聚合的形式——在此，需要引入高中物理教學實踐中的“環境變量”，教學環境與教學形式必須保持高度統一，才能確保問題鏈運用的實效性.

(1) 課上教學問題鏈組織模式.

高中物理教學主要包含兩個模塊，即理論課堂模塊與實驗課堂模塊，雖然教學環境及教學形式存在差異，但在問題鏈模式設計上都應遵循“課堂組織”這一限定條件.由于課堂在教學時間、資源、工具等方面的有限性，不適宜過度鋪陳問題(廣度、寬度不能過大)，因此這種狀態下的問題鏈都應該保持收斂性特點.教師應該把教學內容細分，保障一節課內問題鏈的節點全部展現出來，讓學生圍繞著每一個問題節點展開“提出→分析→解決”操作.

(2) 課下自學問題鏈組織模式.

《課程標準》指出：“設計多樣化的課程模塊，促進學生自主地、富有個性地學習.”此處將“課程模塊”以“問題鏈”取代，學生自主地、個性地學習主要發生在課后場域.事實上，基于“問題-自學”模式構建問題鏈，是高中物理教學過程中不可忽視的形式，一方面是物理作為理科學科的要求，與數學、化學類似要頻繁地利用問題進行思維強化、技巧訓練，這樣才能保障綜合知識水平.另一方面，物理現象、知識運用等在現實生活中廣泛存在，能夠為學生自學和獨立思考提供支持.由于課下自學問題鏈組織模式是脫離教師指導的，因此設計上要注重學生自主能動性的發揮、潛能的發掘，如整合型問題鏈、衍生性問題鏈等.

5 促進高中物理深度學習的“問題鏈”應用

(1) 導入型問題鏈.

高中物理新課導入過程中應用“問題鏈”，有利于學生新舊知識的銜接、融合，能夠從一開始就建立“深度學習”的促進機制.在具體運用過程中，除了要強化情境創設、增強真實體驗外，還要確保新知識層面的問題鏈條結合足夠緊密.以人教版高中物理必修第一冊“質點”為例，導入型問題鏈應用如下.

問題1：請描述一種生活中的事物運動狀態.

問題2：你認為描述一個運動需要什么條件？

問題3：物體體積大小、結構形態對運動有影響嗎？你的依據是什么？

問題4：“坐地日行八千里”描述的是地球自轉，我們為什么感覺不到？

問題5：如果把地球看作一個點，自轉就可以忽略不計，公轉就得到凸顯.同理，什么樣的情況下可以把物體看作一個點？

以上問題鏈應用過程中，生活中的事物運動具有親和力、熟悉性，學生可以從飛翔的鳥、運動的球、飛馳的車等出發，初步萌生出參照物的意識，再層層遞進，突出“質點”這一概念.很顯然，問題5是整個問題鏈的核心，但缺乏前面的4個導入問題，學生直接將現實物體想象成“點”缺乏過渡性.

(2) 探究性問題鏈.

要達到深度學習狀態，探究是不可缺少的手段.探究性問題鏈的設計，主要應用于物理現象的本質發掘、規律歸納，避免學生滯留于物理現象、概念、定理等表面理解程度，而無法從“淺層學習”狀態抽身.同時，探究過程也是不斷推翻舊有知識體系的過程，相關問題鏈的設計要具備意義建構功能.以“伏安法測電阻”的實驗教學為例，課前根據歐姆定律推導出R=U/I的公式，那么理論上利用電壓表、電流表即可得出真實電阻，據此拋出一個問題“電壓表及電流表有電阻嗎，對測量結果有什么影響？”以此為出發點設計如下探究性問題鏈.

問題1：(思考)電壓表上是否有電流？它有電阻嗎？

問題2：(思考)電流表上是否有電壓？它有電阻嗎？

問題3：電壓表顯示出的數值與電阻兩端相等嗎？(思考)偏大或偏??？

問題4：排除一切操作誤差干擾，實際測得的是否為理論電阻值？(思考)偏大或偏??？

問題5：假設手頭的電流表內阻2 Ω、電壓表內阻2000 Ω，要測定一個50 Ω左右的電阻該如何設計電路？

顯而易見，問題5是整個探究性問題鏈的核心，但該問題鏈應用的根本價值，并非測定、計算的準確性，而是要學生通過探究過程，認識到電壓表、電流表的內在本質，消除物理學中絕對理想的狀態.反思學生在現實做題中形成的僵化思維，過度強調理論上的計算值，而將物理學知識與現實應用隔離開，這顯然是利于核心素養培養的.深度學習的基本價值之一，就是具有質疑精神，這也是探究性問題鏈的價值所在.如根據問題5設計一種對結果影響最小的電路圖.

(3) 遷移型問題鏈.

從學生物理知識掌握程度出發，如何判斷是否達成深度學習效果？事實上，物理現象及知識體系看似復雜，其本質規律卻是相對簡單的，如果學生能夠基于一種物理知識(如某一定理、定律)自行拓展，在現實中找到解決問題的新方法(即知識遷移)，就可以認為達到了深度學習效果.因此，遷移型問題鏈應用具有一定限制性，它主要基于一定物理規律掌握之后，通過現有知識構建邏輯推理模型實現的.例如，為“機械能守恒定律”設置遷移型問題鏈.

問題1：用自己的話表述什么是機械能守恒定律？(可舉例說明)

問題2：怎樣判斷自由落體過程中物體的動能改變量？

問題3：打點計時器測定的是什么？

問題4：除了打點計時器，如何獲取物體某一時刻的瞬時速度？

以上問題鏈中，問題1是基于“機械守恒定律”描述展開的，即先拋出最本質的物理規律；問題2遷移到該定律的表現層面；問題3遷移到該定律的驗證手段層面；而問題4是整個遷移型問題鏈的核心，即根據問題1的定律內容，讓學生設計出驗證機械守恒定律的方法和步驟.而有了打點計時器的借鑒對象，學生知識遷移的有效性將大幅度提高.

(4) 整合型問題鏈.

前文中指出，高中物理知識具有抽象性、邏輯性等特點，具體到物理規律的內涵與外延層面，知識點之間的關系更加復雜，傳統梳理方式(如思維導圖)雖然能夠有效構建知識點之間的關系，但有大多局限于理論層面，難以將物理規律及表象統一起來.整合型問題鏈的應用，可以在理解、掌握、應用的基礎上，將碎片化的知識點變成完整的知識網絡，學生在分析問題、解決問題中可以根據“問題范式”進行推演.如下較有代表性的物理題：物塊質量2 kg，沿著30°斜面從頂端開始下滑，g取9.8 m/s2、摩擦系數為0.2、斜面長度1 m，分析整個運動過程.此類“斜坡下滑”問題在高中物理“功與能關系”類試題中很常見，可做為整合型問題鏈的基礎，從受力、做功、能變等多個角度展開.由此也表明，整合型問題鏈比較適合高中物理復習課中運用.

問題1：分析物塊受到哪些力，作圖指出力的方向和大小.

問題2：計算每個方向上的力做了多少功.

問題3：物塊下滑過程中動能、勢能、機械能有什么變化？

……

整合型問題鏈在應用中可保持一定開放性，便于教師隨時融入新的知識點.例如增加“問題4給物塊提供一個斜面向下的力F=9.8 N，判斷動能、勢能、機械能的變化”，相對于常規的“記知識點”方式，整合型問題鏈具有更強的實效性.

5 結語

綜上所述，廣義上的“深度學習”是一種動態過程而非靜態常量，它在針砭淺層學習“知其然而不知其所以然”教學時弊的同時，引領學生跨越死記硬背、機械做題的狀態，向思維、思想、認知等更高層面發展，是培養學生核心素養的有效教學方法.而問題鏈的運用，能夠為深度學習的達成提供堅實基礎，通過發現問題、分析問題、解決問題的邏輯思維過程，強化自身在高中物理教學中的主體地位.