中学物理深度学习的研究进展述评

关亚琴

（西南大学科学教育研究中心，重庆 400715）

教育部考试中心制定的《中国高考评价体系》（本文简称 《体系》）中构建了以价值为引领的评价体系，是国家对“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一教育根本问题的坚定回答.［1］随着互联网、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术的蓬勃发展，各国对人才的需求也越来越高，新时代的中学生如何在牢固掌握学科知识的基础上能够自主地运用高阶思维解决结构不良问题并将之付诸实践以适应未来社会的发展.这是一个亟待解决的问题.《体系》中旨认高考要引导教学重视教材，夯实学生学习基础，给学生提供深度学习和思考的空间.［1］

本研究基于CNKI高级文献检索，时间范围选取1980—2020年1月40年间物理深度学习的研究论文，在期刊栏目中将主题词输入“深度学习”和“物理”，文献来源选择核心及CSSCI，将分组浏览选为研究层次中的“基础教育与中等职业教育”共检索出34篇文献，刊物主要包含《物理教师》《物理教学》《中学物理教学参考》《教学与管理》；然后在《物理之友》《物理通报》《物理教学探讨》《中学物理》这4本刊物中选出42篇文献作为原始文献；最后在硕博栏目将主题词输入“深度学习”和“物理”，在分组浏览中选择学科专业为课程与教学论，最终选出符合主题的15篇文献作为研读对象并进行内容分析.通过对这些文献进行梳理和述评，在此基础上做了些前瞻.

1 物理深度学习的概念界定及特点

1.1 深度学习的国内外界定

深度学习由瑞典格特堡大学马顿（Marton）和萨尔乔（Saljo）两位学者于1976年提出.他们指出深度学习是一个知识的迁移过程，而这个过程有助于学习者提高解决问题并作出决策的能力.并认为，深度学习的学习者追求知识的理解并使已有知识与特定教材的内容进行批判性互动，探寻知识的逻辑意义，使现有事实和所得结论建立联系.［2］1982年，比格斯（Biggs）与柯利斯（Collis）基于皮亚杰认知发展阶段理论，提出SOLO分类法（可观察的学习成果结构）.他们把学生对于某个问题的学习程度从能力、思维操作、一致性与收敛、应答4个方面划分为5级水平：前结构层次、单点结构层次、多点结构层次、关联结构层次、拓展抽象结构层次.前三级为浅层学习，后两级为深度学习.［3］自比格斯与柯利斯提出深度学习的分层后，更多学者和机构投入到关于学生深度学习的研究中，如美国新媒体联盟《2015地平线报告（基础教育版）》中引用了“卓越教育联盟”对深度学习的定义：“以创新方式向学生传递丰富的核心学习内容，并让他们学习后应用所学的内容.”［4］

我国学者何玲和黎加厚教授于2005年在教育领域提出深度学习是一种在理解的基础上，学习者能够批判地学习新思想和事实并将它们融入到原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系并将已有的知识迁移到新的学习情境中，进而做出决策和解决问题的学习方式.［5］2014年9月教育部基础教育课程教材发展中心 “深度学习总项目组”对其界定为：在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程.［1］郭华教授则认为深度学习是教学中的学生学习而不是一般的学习者的自学，必有教师的引导和帮助；深度学习的内容是有挑战性的人类已有认识成果；深度学习是学生感知觉、思维、情感、意志、价值观全面参与、全身心投入的活动；深度学习的目的指向具体的、社会的人的全面发展，是形成学生核心素养的基本途径.［6］

在学科深度学习的研究中，马云鹏教授认为小学数学深度学习是以数学学科的核心内容为载体，以提升学生的综合素养为目标，整体分析与理解相关内容本质，提炼深度探究的目标与主题，了解学生学习特定内容的状况.通过精心设计问题情境，引发学生认知冲突，组织学生全身心参与学习活动，围绕具有挑战性的学习主题深度探究，使学生体验成功、获得发展的有意义的学习过程.［7］胡久华教授认为化学学科的深度学习界定为：在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，开展以化学实验为主的多种探究活动，从宏微结合、变化守恒的视角，运用证据推理与模型认知的思维方式，解决综合复杂问题，获得结构化的化学核心知识，建立运用化学学科思想解决问题的思路方法，培养学生的创新精神和实践能力，促进学生核心素养的发展.［8］

以上为国内外不同研究者及机构对深度学习所给的定义.由此可以看出，深度学习没有统一的概念，但主要以“学习方式”“学习过程”“学习能力”及“学习结果”所设定义较多；从所给定义也可看出，深度学习除具有批判性思维及高阶思维能力以外，还需合作、协同的交际能力，在这些能力具备的情况下，学生会对新知识迁移运用，最终达到创新思维的目的.另外，从学科对深度学习的界定来看，深度学习还包含学生核心素养的发展.

1.2 物理深度学习

关于物理深度学习的定义很少，江苏省锡山高级中学实验学校的高级教师曹晓东在多年的教学实践当中概括得出物理学科深度学习的定义.他认为物理深度学习旨在教师的引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，开展以实验探究为主的多种探究活动，从物质、运动及相互作用、能量等视角，运用证据推理与模型建构的思维方式，解决综合复杂问题，从而获得结构化的学科核心知识，建立运用学科思想解决问题的思路方法，逐步形成内在的学习动机、正确的科学态度和责任的一种学习方式.［9］

曹晓东老师对物理深度学习的界定较为全面，涉及到物理学以实验为基础的特色，涵盖了物理学中物质、运动及相互作用、能量等学科核心概念，认为物理深度学习是一种学习方式，但在定义过程中忽视了学生团结协作能力及创新精神的发展.所以对物理深度学习的界定，还需根据物理学科本身的特点，结合物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任4个学科核心素养的主要方面，从符合学生认知发展及提高学生创新意识视角去定义物理学科深度学习，有待于学者们继续研究.

1.3 物理学科深度学习的特点

2012年，张浩和吴秀娟在《深度学习的内涵及认知理论基础探析》中提出了深度学习的6大特点：深度学习注重批判理解、深度学习强调信息整合、深度学习促进知识建构、深度学习着意迁移运用、深度学习面向问题解决及深度学习提倡主动终身.［10］付亦宁认为深度学习的首要特征是理解认知，固有特征为高阶思维，本质特征为整体联通，必要特征为创造批判，趋向特征为专家构建.［11］

物理学是自然科学领域的一门基础学科，研究自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律.物理学基于观察与实践建构物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系.［12］该定义给出了物理学科与其他学科的区别，这体现在，物理学科是一门以实验为主的自然科学课程，它的核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”及“科学态度与责任”.

基于以上界定，物理深度学习的特点具有指向物理观念的概念关联与意义建构；形成科学思维的质疑论证与推理建模；注重科学探究的活动设计与评估；触发评价体系的反思与体悟等方面特征.［9］江苏省锡山高级中学实验学校教师骆波在透析大量教学案例的基础上，围绕深度学习特征、物理学科核心素养、物理学科关键能力，筛选、提炼出初中物理深度学习的典型特征模型，［13］如表1所示.

表1 初中物理深度学习的典型特征及行为表现

2 深度学习的实施策略及评价方法

为了培养学生获取复杂知识，掌握深度学习的技能，让学生适应不断变化的外部世界，美国威廉和弗洛拉·休利特基金会与美国研究院合作开展了深度学习项目（SDL）.该项目采用准实验研究法，实验组和对照组后测的研究设计，定量和定性相结合的方式，做了为期3年的实验研究.实验学校采取的深度学习策略与途径宏观上分为两个：一是重塑课堂教学设计，具体从明确教学目标、课程开发、课堂教学、教学评价4个方面进行重新设计；二是变革学校结构与文化，具体包括课时上的灵活安排、开设咨询课、支持个性化发展的学校文化.最终以学生认知能力、人际和个人能力、高中毕业率、大学入学情况等4个维度对实验组和对照组进行评价.该研究在国际上产生强烈的反响，我国教育部基础教育课程教材中心组织专家团队2014年借鉴国外经验也开始进行深度学习实验研究.而此项目仅针对语文、数学、化学等学科进行，并未涉及物理学科.

2.1 物理深度学习的实施策略

应该说关于物理深度学习的大部分研究都是基于策略而研究，大体可以分为7类：基于核心素养的深度学习策略、思维提升的深度学习策略、实验类课程的深度学习策略、基于问题解决的物理深度学习策略、知识迁移的深度学习策略、PBL视角下的深度学习策略及复习课的深度学习策略，还有部分研究者以深度学习为理论基础的教学设计.本部分研究遴选具有代表性的实施策略并进行梳理，得出不同主题词下的深度学习策略的具体内容如表2所示.

表2 物理学科深度学习实施策略

从表2中可以看出，关于物理学科的深度学习策略主要集中在创设情境，联系生活，通过认知冲突引发学生深度思考；建构知识导图，整合碎片化知识；提倡自主探究，发展学生探究能力.无论是基于核心素养的深度学习还是问题解决的深度学习，整体策略偏向于知识本位的策略研究，没有过渡到素养本位的深度学习研究.另外，不同研究提供的策略都是基于经验的总结，缺少理论的支撑，比如思维提升的深度学习策略，多数仅是通过案例，缺少心理学的理论支撑，因而使研究不够深入，所以在有关物理深度学习的教学策略方面可以结合教育学基本原理、心理学、社会学等理论更加深入地展开研究.

2.2 深度学习的评价策略

戴歆紫，王祖浩通过对国外深度学习评价的研究方法进行梳理，总结得出过程取向及结果取向的评价研究，其中过程取向评价又包括问卷调查法、眼球追踪法；结果取向的评价方法包括概念图法、开放型问题或任务、学业成就评价及综合性评价.［26］殷常鸿，张义兵，高伟，李艺将皮亚杰的认知理论及比格斯的SOLO学习结果分类结合在一起，分别从过程描述（思维层次）及具体表现（知识深度）两个方面的7个维度：重述、综述、抽象、追溯、修正、重构及迁移研究得出“皮亚杰-比格斯”深度学习评价指标.［27］

物理学科深度学习评价主要以高子翔、邹雪晴、任虎虎为主，几位研究者都提出基于SOLO学习结果分类进行学习评价的策略，并分别用不同的案例来解释说明评价实施策略.上海师范大学硕士研究生高子翔基于SOLO分类提出从无学习水平到浅层学习水平及从浅层学习水平到深度学习水平的学习策略；［28］西南大学硕士研究生邹雪晴基于SOLO分类以“相互作用及牛顿运动定律”及“磁场”为例开发了高中物理深度学习评价工具；［29］任虎虎以“师生间多维对话”“开放性问题解决”“批判性自我监控”提出基于SOLO分类理论的高中物理深度学习教学评价策略；［30］东北师范大学硕士研究生关舒元以中学科学SSI课程为例，在实践研究基础上分别从教材编写、教师发展、及教学3方面提出了促进深度学习的课堂教学策略.［31］虽然这些研究者都涉及到评价策略，但大多都是基于结果的评价，可以从增值评价、综合评价等过程性评价多方面进行审视，以全方位视角展开物理深度学习的研究.

3 物理深度学习研究反思及期望

3.1 物理深度学习研究的反思

越来越多的研究表明，深度学习教学模式比传统的讲授模式更有效.我国关于深度学习的研究和实践探索，面向未来社会对学生素养的新要求，针对我国当前中小学课堂教学存在的关键问题，立足本土文化，借鉴国外经验，形成了一系列理念框架以及实践模式，但有关物理深度学习的研究仅在中小学教师中以具体实施策略为研究对象，其理论深度尚且不够.具体存在以下问题：

（1）物理学科深度学习理论方面研究仍有欠缺，针对性和实践性不强.如物理深度学习的概念界定不清，物理深度学习的价值取向不明等.在全球经济化的进程中，教学方式的转变显得尤为重要，如何通过线上线下教学实现物理学科核心素养的转变是目前亟待解决的一个问题.物理课程深度学习理论与实践结合不够紧密，对实践的指导意义不突出，能够看到实践中存在的问题，但如何指导实践解决问题研究不显著.

（2）理论研究深度不够.研究中基本能看到问题的存在，但如蜻蜓点水一代而过，不能走入深水区透彻地研究问题，比如如何基于大概念整合进行物理学科深度学习，如何指向单元主题设计进行深度学习等；与其他学科的结合也不够紧密，比如在对教师深度教学研究中，不能将教育理论与教育心理学有机结合起来，只从教学策略的方面强调物理深度学习的运行机制，而没有从学生的内部心理机制进行深入研究.

（3）评价方式单一，评价指标不够明晰.大多数研究者基于SOLO分类的学习结果对深度学习进行评价研究，缺少增值评价、律动评价等多元评价的研究.可结合2017版高中物理课程标准提出学业质量评价指标及国家教育部发布的《深化新时代教育评价改革总体方案》构建比较完善的评价指标体系.

（4）农村和民族地区物理深度学习的研究不足.我国是一个多民族、文化多元的国家，地域辽阔，南北、东西差异较大，不同的地域分布有各自的特色文化.基于不同民族和地区，怎样进行有针对性的物理学科深度学习，彰显民族及农村特色进行教学和学习，有利于激发学生的学习兴趣和动机，从而提升对知识有效迁移.

3.2 物理深度学习研究的期望

通过上述反思，笔者认为物理深度学习研究应该进一步推向深入，特别要有针对性地加强在教育教学实践中的深度学习问题的研究，在研究方法上多采用实证研究，减少经验总结或理论指导下的思考与分析；适当将研究视角转“教学策略”为“学习策略”，从动态生成性学习理论入手，转变“静态”的课堂教学研究理念，提倡“动态”教学或者“静态、动态结合”的教学研究理念；结合结果评价、增值评价及综合评价，构建多元的物理深度学习评价体系；重视农村及民族地区的物理深度学习研究，利用农村及民族地区的特有资源，激发教师和学生的想象力，推动物理学科深度学习的发生.