基于U型过程促进高中物理深度学习
——以“单摆”教学为例

孙春成

（江阴市青阳中学，江苏 江阴 214400）

1 什么是U型过程和深度学习

1.1 U型过程的内涵

U型过程是郭元祥教授对著名教育学家杜威的经验教学过程理论的概括.杜威认为：书本知识不能直接进行传授，而需要让学习者经历一个复杂的过程，即还原与下沉、体验与探究、反思与迁移的过程，这一学习过程恰似个“U型”.学生首先要将书本知识还原与稀释，还原的过程即知识的“下沉”过程.U型的底部是学生对知识进行体验、对话与探究的过程，最后经过反思和迁移是将符号知识进行个人意义的升华和表达.

陈至立在致辞中指出，《辞海》要紧跟数字网络技术迅猛发展的步伐，推出丰富多样的知识产品，提供个性化、公益性的知识服务，到2019年第七版面世时，同步推出纸质版、网络版，并努力建成“面向知识服务的《辞海》数字出版云平台”，完成从编纂、管理到发布、运营全流程的网络化和数字化，以更好地满足广大读者和用户需求，为中国特色社会主义文化大发展、大繁荣作出新贡献。

笔者认为U型过程是对知识进行再情景化、再背景化、再条件化的过程；是对知识的发生、发展与形成进行重演的过程；是对符号化知识进行超越走向意义建构的过程.

1.2 深度学习的内涵

深度学习是对学习状态的质性描述，强调对知识本质的理解和对学习内容的批判性吸收与利用，追求有效的学习迁移和真实问题的解决，属于以高阶思维为主要认知活动的高投入学习.

笔者认为：深度学习是触及心灵深处的对话式学习；深度学习是深入学科本质的反思性学习；深度学习是促进学科融合的整合式学习；深度学习是追寻意义价值的理解性学习；深度学习是指向核心素养的发展性学习.

2 为什么U型学习过程能促进深度学习

2.1 U型过程能突出主体地位

学生的主体地位是在活动和思考的过程中体现的，学生在获得知识技能的过程中，只有亲身参与教师精心设计的教学活动，才能在思维品质、问题解决和情感态度方面得到发展，而U型过程的三个环节都能促进学生高度投入和积极参与.

2.2 U型过程能理解学科本质

还原与下沉的就是还原物理概念的发生与发展过程，稀释物理抽象概念，为学生提供一些学习支架，让知识变得可体验、可探究.在体验与探究的基础上进行自我反思，内化物理概念和规律，生成意义系统，形成学科大概念.

2.3 U型过程能发展高阶思维

高阶思维是在知识学习的过程中获得的，U型学习过程为高阶思维的培养提供了肥沃的土壤和机会.还原与下沉有助于培养分析思维能力，体验与探究有助于培养综合思维能力，反思与上浮有助于培养评价、创造思维能力.

3 如何基于U型过程促进深度学习

学生探究后得出结论：单摆的周期与小球质量无关.

当前，QQ、微信、微博等社交软件已经成为大学生进行日常交流的主要媒介，这些新媒体所创造的交流方式，使传统的信息沟通方式黯然失色。在新媒体所创造的虚拟交流空间中，学生可以挣脱面对面交流的腼腆及生涩，让一些不善于直接语言沟通的学生逐渐建立起自信。但凡事都具有利弊，因新媒体社会软件的虚拟性，学生就更容易抛弃道德的约束，失去自身的社会责任感，若学生过于依赖社交软件，会影响学生在现实中的交流，产生沟通障碍。

3.1 创设问题情景，促进还原与下沉

实验观察到：铁球来回摆动，每次回来时基本刚好能接触到该学生鼻尖.

在“单摆”的引入阶段可以应用如图1所示的模拟荡秋千情境：一个结实的绳子一端连接一质量较大的铁球，另一端固定在天花板上.一学生紧靠墙站立，将铁球拉到紧靠鼻尖处，接下来让该学生放手，让其他学生观察铁球的运动情况.

图1 摆球实验

问题情景是实现知识还原与下沉的有效途径，将知识的形成过程浓缩在具体的情景中，让学生与知识的本真面貌相遇，在问题情景探索的过程中感受知识发展的脉络.由于时间和空间的限制，可以模拟真实性情境.另外也可以创设让学生参与的实验情境，在体验的基础上引发深度思考.

接下来通过作图法进一步研究单摆周期T和摆长l的定量关系，发现周期T与成正比.

为引导学生进一步探究，可以给每一小组提供细线、钢球、米尺和铁架台，让学生自己动手组装一个单摆.在组装的过程中一方面可以加深对单摆模型的认识，另一方面会引发新的探究问题（如此时摆长如何计算？摆动过程中有什么规律？）.

3.2 设置挑战任务，促进体验与探究

让学生带着真实性、挑战性任务在体验、合作和探究中学习，完成挑战性任务就是经历学习实践活动过程，这有助于理解知识的本质和内涵，实现知识的意义化自主建构.

学生探究后得出结论：单摆的周期与摆长有关，摆长越大，周期越大，但不成正比.

伽利略的上述结论是否正确呢？接下来请同学们借助自己组装的单摆进行探究.

子任务1：猜想单摆的周期可能与哪些因素有关？采用什么样的方法进行研究.

对于预应力混凝土连续钢构桥梁施工质量而言，决定施工质量的关键因素之一便是施工材料，因为施工结构的特殊性，对于材料的质量要求也比较苛刻[3]。对此，在桥梁施工之前需要先根据施工项目的具体情况做好施工材料的采购方案设计，并对所需要的材料进行采购，尤其是材料类型、数量以及费用等进行估算评价，并安排有责任心、具备一定工作经验的人员进行采购，采购时需要落实一定的质量监督管理措施，保障采购的材料能够有效地满足桥梁施工的质量要求，规避以次充好的现象发生。所采购的材料必须具备出厂合格证、批号、化学成分检测报告、质量保障书等，并在入场时进行适当的抽查，在确保质量无误之后才能够进行施工，提高施工质量。

学生提出：单摆的周期可能和摆长、振幅和小球的质量有关.周期和多个因素有关需要借助控制变量法进行研究.

子任务2：实验探究：周期与摆长、振幅和小球的质量的定量关系.

在开展小学语文教学的过程中，合适的教学情境能够激发学生的学习欲望，同时也能够将学生引入课文中，唤醒学生的真实感受，提升学生的学习质量。相较于其他阶段的学生来说，小学生的自我控制能力以及价值观还没有完全形成，其自身的兴趣发展也会因外界的变化而受到影响。因此，在实际的教学过程中，教师就需要为学生创建合适的教学情境，引导学生的思维发展，在提升学生学习能力以及学习质量的同时，促进学生价值观的形成。在此过程中，运用网络资源能够有效地帮助教师提升教学质量。

3个小组探究：摆长和振幅不变时，周期和小球质量的关系，如表1进行实验数据记录.

表1 摆周期和小球质量的关系

基于U型过程的促进深度的教学需要创设问题情景，促进还原与下沉；设置挑战任务，促进体验与探究；进行关联整合，促进反思与迁移.

3个小组探究：摆长和小球质量不变时，周期和振幅的关系，如表2进行实验数据记录.

产假(Maternity Leave)，也就是生育产假，是指女性职工在其分娩前后身体恢复所享有的带薪休假时间。作为生育制度的一种，产假制度旨在维持、恢复和增进受保产妇的身体健康，为其因生育无法工作而丧失经济来源提供经济支持，并保障新生儿得到母亲的精心照顾和哺育。根据国际劳工组织《生育保障公约》规定，妇女产假应该不少于14周,但产假的天数在国际上并没有统一标准,世界各国国情和体制不同，产假也长短不一。

表2 单摆周期和振幅的关系

学生探究后得出结论：当振幅比较小时，单摆的周期与振幅无关.当振幅比较大时，单摆的周期与振幅有关，并且振幅越大，周期越大.

挑战性任务2：确定单摆的运动性质.

1.整合现有资源，推广六方合作模式。由种猪场提供父母代种猪和商品仔猪，饲料企业配送饲料，担保公司为种猪场和养猪户提供贷款担保，协会（专业合作社）负责产前、产中、产后服务，农户负责养猪，保险公司提供保险服务。

综上，伽利略的结论不完善，当振幅或摆角比较小时周期才与振幅无关.

最后3个小组探究：小球质量和振幅不变时，周期和摆长的关系，如表3进行实验数据记录，可以得到9组周期和摆长的数据.

肉制品的香气是由数百种风味各异的挥发性物质混合而成，然而只有少数的风味物质赋予食品特有的风味，这些特征性风味化合物对于产品的最终感官特性是必不可少的[31]。采用OAV筛选对板鸭总体风味最大的组分，OAV＞1表示为板鸭的关键风味化合物，对总体风味有直接影响。在一定范围内，OAV越大表示对板鸭的总体风味贡献最大。

表3 单摆周期和摆长的关系

挑战性任务1：1582年，伽利略在教堂里观察到，晃动的吊灯来回摆动的时间总是相等的，不同振幅的单摆具有同样的周期.

这个情境在机械能守恒定律和圆周的教学中也有应用，但本节课研究的角度不同，通过这个情境帮助学生建立单摆的模型.如果忽略空气阻力和重物的大小，一根轻绳吊着质点在单一平面内的来回摆动就称为单摆.

并且哲学科在其科目中新加世态学(社会学)及审美学(美学)的同时，采取了包含“印度及中国哲学”的形态。至此，“哲学”此一概念被扩大，明治十五年增设“东洋哲学”为科目。与此相关联，在此时期开始使用“西洋哲学”的名称。

子任务1：借助DIS实验平台的位移传感器观察单摆的位移—时间关系，装置如图2.将位移传感器的反射和接受装置分别固定在两个铁架台上，发射端固定在铁质重锤上，一起做小角度摆动，得到如图3所示的图像.

图2 实验装置

图3 位移-时间图像

初步得出结论：单摆应该属于简谐运动.

由表11可知，以上39个处理组合中，单位面积合格插穗数在8333-62223个之间，其中处理A1B4(株行距30cm×50cm，定芽数4)最高为62223个。

图4 理论分析图

3.3 进行关联整合，实现反思与上浮

在学校有限的学习时间里，学生不可能学习所有的知识点，可以在学习部分知识后进行反思概括和关联拓展，形成结构化的知识，进行拓展迁移.提供待解决的真实问题，鼓励学生综合运用多种方法进行解决，促进对所学知识与思想方法进行反思升华与迁移应用.

新工科是在原有工科、原有专业的基础上，注入新的元素以适应经济社会的发展，适应人力资源需求培养新人才。总结起来，新工科有“跨学科”、“共享”、“融合”、“创新”等特点。以新内涵、新模式揉合原有工科，是新工科实施的一个理念。新兴产业需要的是基础理论扎实、实践能力强、具备创新意识的复合型人才，新工科同时注重动手能力和创新能力。

在明确单摆的运动性质后，借助简谐运动的周期公式理论推导得出单摆的周期公式.

结构图是实现知识关联整合和结构化的有效途径.在单摆学习后，可以建立如图5所示的知识结构图，帮助学生总结和理解.

图5 单摆知识结构图

还可以将单摆模型和机械能守恒和圆周运动等知识结合起来，从运动与相互作用观、能量观两个角度进行分析，综合解决一些问题，并在问题解决的过程中实现知识的结构化.

真实问题情景：小红家从黑龙江搬到海南去，搬家时把家中一直很准的一个大摆钟也完好的带到了海南.这个摆钟到海南后是否还准时？若不准，是偏慢还是偏快？请通过查阅资料，提供具体方案帮助小红进行校准.