《指向深度学习的高中物理“思维型”课堂构建的研究 》结题报告

《指向深度学习的高中物理“思维型”课堂构建的研究 》结题报告

（第一部分）

发布者：肖建华   

江苏省教育科学“十三五”规划重点自筹课题

指向深度学习的高中物理“思维型”课堂构建的研究

结题报告

一、课题简介

（一）研究背景

1.课程改革的趋势

在2018年1月16日教育部颁布了《普通高中物理课程标准（2017年版）》，进一步明确了物理学科核心素养的内涵及其核心目标地位，如何在课堂教学中培育物理学科核心素养？是摆在广大一线物理教师面前的重要课题，学术界一致认为课堂教学中促进学科深度学习是落实学科核心素养的必然路径。

在2017年教师节前，教育部长陈宝生指出：“坚持内涵发展，加快教育由量的增长向质的提升转变。把质量作为教育的生命线，坚持回归常识、回归本分、回归初心、回归梦想。深化基础教育人才培养模式改革，掀起‘课堂革命’，努力培养学生的创新精神和实践能力。”陈部长的话掀起了一股“课堂革命”的热潮，从课堂的战略地位出发，确定课堂教学改革是教育改革的核心。课堂是人才培养的主渠道，在某种程度上说，课堂模式基本决定人才培养模式，我们现在的课堂，也就是现在的人才培养模式，还很难培养出学生能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

2.学校创建高品质示范高中的需要

根据《江苏省高品质示范高中评估实施办法》，指出“优化学习方式积极开展教学方式变革的研究与实践，推进以学习者为中心的教学改革，实行启发式、探究式、项目式学习，探索适合学生主动、有效学习的教学范式。”在我校争创江苏省高品质示范高中的过程中，需要转变教学方式，促进学生深度学习。

“思维型”课堂作为本土发展起来的一种课堂教学模式，它强调以学生的思维发展和创新思维培养为中心的课堂，强调以认知冲突为特征的教学引入、以自主建构为特征的教学过程、以思维监控为特征的教学反思和以灵活运用为特征的教学迁移。“思维型”与物理教学相结合，促进物理课堂教学方式和学习方式的变革，落实物理学科核心素养。

3.学生发展的需要

本课题组深深懂得课堂质量就是学生的生命质量，但是由于初高中物理学习衔接不当、难度跨度大等原因，目前高中物理课堂“浅层学习”现象普遍存在，即一些学生靠简单的机械记忆，大量的重复练习，生搬硬套公式处理物理问题来应付学业考试，在课堂中思维等方面没有得到应有的发展，更别说生命质量的提高。在这种背景下，为了提升高中物理课堂的发展性，势必要转变课堂教学组织方式和学习方式，促进高投入、有意义的深度学习，发展高阶思维和问题解决能力以适应知识经济时代对人才的需求。

（二）课题所要解决的问题

1.不能灵活应用所学知识解决实际问题

学生所学知识比较零散，知识间没有建立有机联系，所以学生不能灵活利用所学知识解决实际问题。为了提升学生的实际问题解决能力，需要理解物理知识和规律的本质，所学知识要有充分的深度、充分的广度和充分的关联度。也就是要促进学生对物理深度学习。

2.课堂上一些学生思维层次处于浅层状态

学生的学习还是主要靠老师讲授，以机械记忆、套公式为主，没有批判性的反思和思考，没有深入到高阶思维层次，只是停留在对知识的符号理解层次，没有达到意义和价值层次。

3.具身学习程度不高

学生的学习还是停留在“脖子以上的学习”，没有全身心的参与，还是靠听老师讲授为主，具身学习具有涉身性、体验性和情景性三大主要特征。具身体验的方式、过程和结果直接决定着认知的方式、过程和结果。只是依靠“言传”的方式有时很难帮助学生深刻把握核心知识，需要基于具身认知的“身学”，让学生亲身交互的深度体验问题情景和批判反思，从而实现对核心概念的深度学习。

4.一些课堂教学比较浅层化

一些课堂没有深入到知识的内涵和本质层面，并且物理课实验教学程度不高。习得知识并不是学习的真正目的，知识只是一种工具、载体和途径，就是要“超越知识”，通过学习知识体验了理解知识背后孕育的思想方法、意义和价值，形成物理观念。

（三）概念界定和支撑性理论

1.概念界定

（1）深度学习

国内外学者从不同角度对深度学习进行了界定，但至今尚未形成统一的概念。

有学者指出，深度学习是一种基于理解的学习，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习。还有学者认为深度学习就是指在教师引领下，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。

本课题认为深度学习(Deep Learning)是对学习状态的质性描述，涉及物理学习的投入程度、思维层次和认知体验等层面，强调对物理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、有意义学习。

（2）思维型课堂

思维型课堂是以学生的思维发展和创新思维培养为中心的课堂，强调以认知冲突为特征的教学引入、以自主建构为特征的教学过程、以思维监控为特征的教学反思和以灵活运用为特征的教学迁移。

本课题认为物理思维型课堂教学通过认知冲突转变迷思物理概念，通过自主建构理解物理知识本质，通过批判反思发展物理科学思维，通过实践应用提升综合应用所学物理知识解决实际问题的能力。

（3）基于深度学习的高中物理思维型课堂

基于深度学习的高中物理思维型课堂是以深度学习理念为指导，提升高中物理课堂发展性，着重发展学生高阶思维、思维品质和实际问题解决能力。在高中物理教学中以“生动的实验情景、交互的具身体验、意义的自主整合、批判的自我反思和真实的问题解决”为原则，创设有思维空间的挑战性学习任务，引导学生实现公共知识的个人意义达成，增强学习的意义感、自我感和获得感。

2.支撑理论

（1）深度学习理论

深度学习兼具理念和策略的双重属性，国内外学者对其内涵进行了深入的研究。有学者指出，深度学习是一种基于理解的学习，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习。还有学者认为深度学习就是指在教师引领下，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。

综合国内外研究发现：深度学习是对兼具心理学意义和社会建构学意义的学习状态、学习过程以及学习结果的一种质性描述。强调学习者认知、情感、态度的高投入性、学习过程的沉浸性，不仅要了解和记忆事实性的知识，还要在此基础上深入知识发生的过程；强调学习者能够在众多知识与思想间建立关联，把握学科的核心思想、意义与本质。

学术界认为促进学生深度学习、发展深度学习能力是落实学科核心素养的必然路径，因为深度学习的过程就是理解问题本质的过程、是促进高阶思维和思维品质发展的过程、是灵活迁移解决实际问题的过程。本课题的研究旨在探寻一条促进高中物理课堂深度学习的有效路径，提升学生的思维品质。

（2）具身认知理论

基于对身心二元论的批判和反思，引发了将主体身体体验引入认知过程的身心一元论的第二代认知科学产生，即具身认知。“第二代认知科学”的概念源自美国知名认知语言学家拉考夫（G.Lakoff）和约翰森（M.Johnson）的经典著作《肉身的哲学：具身心智及其对西方思想的挑战》(1999)。第二代认知科学最重要的特征就是心智的具身性，指的是心智、理性能力有赖于身体的生理、神经结构及活动体验，根植于人的身体以及身体与世界的相互作用中。这为教学设计提供了全新的视角，基于具身认知的具身学习与传统学习方式截然不同，传统认知认为学习过程仅是在大脑内进行的，有人称这种学习为 “脖子以上的学习”，而具身认知认为学习是全身心参与的过程，新知识是心智、身体和环境三者相互作用的结果，它们的关系如图所示。具身学习具有涉身性、体验性和情景性三大主要特征，其中体验性是核心特征。

物理和生活联系十分紧密，本课题组倡导物理教学回归学生的生活世界，激发学生的已有生活经验，创设一些实验环境让学生多体验，在体验中交流、思考和成长。

（3）建构主义理论

建构主义理论的基本观点主要可以概括为：首先，学习是学习者主动建构内部心理表征的过程，是新旧经验之间的双向作用过程，其结果不仅包括结构性知识，更包括大量的非结构性知识和经验；其次，学习是在具体情境中产生的，具有情景特征；再次，学习者以自己的方式构建对事物的理解，以自己原有的知识经验为基础，从而实现不同的人看到的事物具有不同的方面；最后，学习者应该通过合作学习，相互交流、互相补充，使理解更为丰富全面。学生学习过程不是被动接受的，而是认知主体调动原有知识和经验，积极尝试建构新知识的过程。

学生深度学习物理知识的过程一定是一个不断自我建构、自我反思和自我完善的过程。思维型课堂教学的基本特征就是自我建构，本课题组在实施课堂教学过程中注重借助问题驱动促进学生自我建构。

（4）SOLO分类评价理论

SOLO分类称为“可观察的学习成果结构”，是比格斯教授提出的一种对思维结构进行等级描述的质性评价方法。SOLO 学习结果分类评价包括“前结构”“单点结构”“多点结构”“关联结构”和“抽象扩展结构”五个层次，这五个层次是递进上升的。比格斯教授既是SOLO分类评价的创立者，又是深度学习研究的奠基人之一，可以说两者是“同门”。张浩等学者认为SOLO分类思维结构与学习层次的关系如下：

水平

SOLO分类结构

学习层次

1

“前结构”、“单点结构”、“多点结构”

浅层学习

2

“关联结构”、“抽象扩展结构”

深度学习

二、核心概念界定

1.深度学习

国内外学者从不同角度对深度学习进行了界定，但至今尚未形成统一的概念。

有学者指出，深度学习是一种基于理解的学习，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习。还有学者认为深度学习就是指在教师引领下，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。

本课题认为深度学习(Deep Learning)是对学习状态的质性描述，涉及物理学习的投入程度、思维层次和认知体验等层面，强调对物理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、有意义学习。

2.思维型课堂

思维型课堂是以学生的思维发展和创新思维培养为中心的课堂，强调以认知冲突为特征的教学引入、以自主建构为特征的教学过程、以思维监控为特征的教学反思和以灵活运用为特征的教学迁移。

本课题认为物理思维型课堂教学通过认知冲突转变迷思概念，通过自主建构理解知识本质，通过批判反思发展物理科学思维，通过实践应用提升综合应用所学物理知识解决实际问题的能力。

3.指向深度学习的高中物理思维型课堂

指向深度学习的高中物理思维型课堂是为解决目前高中物理课堂存在的“浅层学习”问题，提升课堂发展性，以发展学生高阶思维、思维品质和实际问题解决能力为核心的课堂教学。其通过创设有思维空间的挑战性学习任务，引导学生经历生动的问题情景、交互的具身体验、意义的自主整合、批判的自我反思和真实的问题解决实现公共知识的个人意义达成，增强学习的意义感、自我感和获得感，追寻知识、自我和环境的整合统一。

二、研究目标和内容

（一）研究目标

通过本课题研究，深度变革和丰富高中物理课堂教与学的方式，落实新课改、新课标理念，发展高阶思维和实际问题解决等关键能力。促进深度学习真实发生，追寻知识与思想、身体、情感、逻辑、意义、价值和环境的关联整合，实现“公共知识”向“个人知识”转化。具体目标如下：

1.形成对深度学习和高中物理思维型课堂内涵、特征与关系的理性认识。

2.建立指向深度学习的高中物理思维型课堂教学范式、评价体系和资源库等。

3.促进学生深度学习和培育深度学习素养，落实物理学科核心素养，增强学习的意义感、自我感和获得感。

4.帮助教师更新教育理念和丰富学科教学知识，推进教师专业特色发展。

（二）研究内容

1.有关深度学习、“思维型”课堂教学的文献研究。

基于文献和理论研究，通过课题组的思维碰撞和谈论明确深度学习和思维型课堂教学的基本内涵与特征，深度学习和思维型课堂教学二者间内在逻辑关系、有效联结点的研究。

2.高中物理课堂教与学现状的调查研究。

通过课题组讨论和参考制定较为标准的问卷调查，将调查问卷通过问卷星平台生成网址和二维码，在本地区高中物理课堂教与学现状（对老师和学生）进行调查了解学生学习的现状，再对访谈我校部分学生及老师进行访谈交流，形成调查报告。

3. 指向深度学习的高中物理思维型课堂教学范式和策略的研究。

在对深度学习理论深刻认识的基础上，对高中物理“思维型”课堂教学进行理性思考和特征解读，形成研究报告。建立指向深度学习的高中物理思维型课堂教学范式、学习环境、进阶策略和制度，通过创设有思维空间的挑战性学习任务，通过生动的问题情景、交互的具身体验、意义的自主整合、批判的自我反思和真实的问题解决，保障课题研究的顺利推进。在本校及本地区进行课堂教学展示和研讨，在反思中改进教学范式、策略和制度。

4. 基于SOLO分类构建指向深度学习的高中物理思维型课堂评价策略的研究。

SOLO分类又称为“可观察的学习成果结构”，是一种对思维结构进行等级描述的质性评价方法。SOLO学习结果分类评价包括“前结构”“单点结构”“多点结构”“关联结构”和“抽象扩展结构”五个层次。结合对新课程标准的解读明晰具身认知的高中物理“沉浸式体验”教学学习结果的主要维度和基本特征。

基于SOLO分类理论构建指向深度学习的高中物理思维型课堂教学的评价策略。形成评价体系流程图和教学论文，对学习结果和思维发展情况进行评价和分析，在反思反馈中改进，以评促学、促发展。

5. 指向深度学习的高中物理思维型课堂教学资源和案例的研究。

在课题研究中注重积累，积累一些典型的教学设计、PPT等相关素材，形成教学案例集。与此同时以个别学生和教师为样本，进行追踪与分析，形成鲜活的成长个案。累积展示课视频、研讨视频等材料，建立高中物理“思维型课堂”教学资源库。

三、研究措施

1.组织了开题论证会

自从本课题2018年7月被立项为江苏省教育科学“十三五”2018年度重点自筹课题，在2018年11月29日在江苏省太仓高级中学举行了隆重的课题开题活动，江苏省教育科学规划办彭钢主任、苏州大学物理学院陶洪教授、南京大学吕林海教授、苏州教学科学研究院丁杰院长、苏州市教育科学研究院教科研信息中心徐蕾主任、太仓市教师发展中心王七林和严乃超等专家对进行了论证。专家认为本课题的优点是有理论价值和实践价值，课题提出的指向深度学习的高中“思维型”课堂教学原则对促进新课程、新课标的落地生根和物理学科核心素养的培育有重要的指导作用。

2.进行了文献研究和调查研究

（1）文献研究：本课题在选题、方案设计和整个研究过程中注重文献的指导作用，通过文献研究发现：从研究主题的相关性和复杂性看，国内外深度学习研究的起始时间，以及早期研究所涉及的学科领域存在差异(国外研究最早为教育心理学和高等教育领域，国内最先引入深度学习研究的是教育技术领域)，且研究主题相关性和复杂性差异较大。比较而言，国外研究层次丰富，涉及教育学、心理学、教育技术学、社会学、人类学等多个领域和相应的研究方法:国内的研究层次相对较少。相近的是，国内外对于“深度学习”的研究多聚焦于课堂，以及在信息技术环境支持下的学生学习，包括个性化学习和合作学习。因此国内研究有待在原有基础上，基于实际的理论与实践发展需求，拓展研究领域和层次，以多元化的学科基础来共同探究“深度学习”这个话题。

（2）调查研究：基于比格斯的学习过程问卷（Learning Process Questionnaire 简称LPQ），课题组研讨修改得到本次调查的问卷，借助“问卷星”软件对我校高一年级学生560人，高二年级理科生302人进行问卷调查。调查发现：在深度学习深层动机维度，高二理科班对物理的深度学习兴趣方面明显高于高一学生，内在兴趣每项高出0.3，努力学习每项高出0.2，这也可以看出高二理科班大多数学生是基于兴趣选择的科目；在深度学习深层策略维度，高二理科班对物理的深度学习策略方面优于高一学生，关联想法和理解每项都基本高出0.5，说明关联想法和理解对深度学习很重要，学习策略决定学习结果；在浅层学习学习动机维度，高一学生对物理的浅层学习动机得分明显高于高二理科班学生，害怕失败方面每项基本高出0.45，以考试为目的高出0.3,说明高一阶段很多学生对学习学习动机趋于浅层化，学生学习物理害怕失败并以考试为主要目的；在浅层学习学习策略维度，高一学生对物理的浅层学习策略得分和高二学生出奇的一致，并且都低于2.4分，说明大家学习物理不依靠机械记忆，并且学习物理的内容范围比较大。

3.开展多次教学研讨活动

课题开题以来，在我校举行了多次开课研讨活动，如在2018年12月，倪红飞老师在江苏省教学新时空开设《定量定理的应用》、2019年9月在苏州市高三物理备课组长会议上开设《圆周运动的临界问题》、2019年12月程艳德老师开设《电磁感应现象的应用》和张冬冬老师开设《生活中的圆周运动》等多次研讨活动，课题组成员在教学研讨中认真准备，其他成员积极发言，在课堂教学研讨中快速提升。

4.组织培训学习

在课题研究中多次外出学习，他山之石可以攻玉，我们到南京师范大学扬子中学和汤家合特级教师名师工作室交流，2019年11月26日，任虎虎老师和项其杰老师到扬州参加了“江苏省新课程”培训活动。

5.扩大社会宣传

在2019年4月25日的苏州市高中教育科研协作会议上任虎虎老师做了“回归科研原点 践行科教融合”的课题研究情况介绍，在7月2日的新课程培训上任虎虎老师也做了专题讲座，获得好评。

六、研究成果和成效

1.基于实践反思形成高中物理“一四五”课堂教学模式

（1）一中心（宏观层面）。以高阶思维能力发展为中心，深度学习就“深”在思维的层次上。物理学科以实验为基础、以思维为中心，明确高阶思维和思维品质发展在高中物理教学中的核心目标地位，提升物理课堂教学内涵，促进物理大概念形成，让学生能创造性地解决实际问题，落实物理学科核心素养。

（2）四要素（中观层面）。基于对身心二元论的批判和反思，引发了将主体身体体验引入认知过程的身心一元论的第二代认知科学产生，即具身认知。镜像神经元的发现为具身认知理论建构莫定了生理基础。硏究表明，主体在表征、加工或运用抽象概念时，由对物体的观察或操作而诱发的运动系统的激活过程，实际上就是“镜像神经系统的激活”过程。传统教学三要素是教师、学生和知识，它们之间的如图所示，具身认知认为教学是四要素，它们之间是通过身体联系在一起的，如图所示。

包括：①教材：知识结构—知识序； ②学生：认知结构—思维序；③环境：交互结构—具身序；④教师：教学结构—教学序，教学中要“四序合一”。

（3）五环节（微观层面）。包括：①生动的问题情景；②交互的具身体验；③意义的自主整合；④批判的自我反思；⑤真实的问题解决。五环节相互关联，每个环节对应的教学原则如图所示。

生动的问题情境

生动的问题情景是深度学习发生的基础，问题情境越生动、越逼真就越能引发个体的身体体验，特别是在学习抽象概念时或者学生缺乏已有感性经验时，情境的再造与渲染至关重要。高中物理可以回归生活世界或借助实验创设真实的问题情境，也可以借助其它手段对现实情境再现，如视频、图片、语言或文字描述等，甚至还可以是借助计算机创设的虚拟情境。

交互的具身体验

交互的具身体验是深度学习发生的催化剂，目前由于课时的限制，一些课堂教学教师代替或缩短了学生对知识感悟、体验的过程，从具身学习角度而言，体验方式、体验内容、体验结果决定认知方式、认知内容与认知结果，教师应根据教学内容，创设多种能引发具身效应产生的情境，大大增强或者延长感受、体验的环节，使学生能够产生身心融入的具身学习。

意义的自主建构

意义的自主建构是深度学习发生的关键环节，引导学生将自已的感知、体验与自己的生活背景或已有的经验建立联系，促进学生自主地、能动地建构新知识，把握知识背后的思想方法、逻辑、意义和价值。新知识建立的过程也是新意义生成的过程，只有生成新意义的学习才是有深度的学习。

批判的自我反思

批判的自我反思是深度学习的核心标志，教学中引导学生对自己体验的方式、内容和结果进行总结、反思、评价和批判，不仅能促进学生理清知识的内在结构和逻辑，更好地把握学科思想方法，并且批判性的自我反思也是提升高阶思维能力和思维品质的有效途径。

真实的问题解决

真实的问题解决是深度学习发生的判断准则，物理学与生活息息相关，生活中许多复杂的实际问题都可以作为教学材料，在物理知识学习过程中，引导和鼓励学生在体验和理解的基础上，综合运用多种知识和方法解决实际问题，提升学生综合应用跨学科知识解决问题的能力，并且促进深度学习从课内延伸到课外。