指向核心素養(yǎng)的深度學習在單元復習課中的實施策略

摘 要：指向核心素養(yǎng)的深度學習是當前深化課程改革、落實核心素養(yǎng)理念的需要，也是當前落實核心素養(yǎng)理念的有效教學方式.在深度學習背景下的物理單元復習課中，通過思維導圖技術，提高學生的單元知識再加工能力和建構網(wǎng)絡體系的能力；通過引導學生從問題情境中抽象出物理問題、概念和規(guī)律等，提高學生的問題意識和科學思維能力；通過引導學生對同類問題本質屬性的提煉，提高學生的建模能力和運用模型解決問題的能力.

關鍵詞：核心素養(yǎng)；深度學習；圓周運動；思維導圖；建構模型

作者簡介：方紅德（1965-），男，廣東佛山人，本科，中學高級教師，研究方向：課堂教學有效性的評價、信息技術與物理學科融合.物理學科的核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力.學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生科學素養(yǎng)的關鍵成分.物理核心素養(yǎng)主要包括：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任.物理核心素養(yǎng)的四個方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的.[1]

那么，怎樣才能在物理教學中使核心素養(yǎng)的教育理念得到更好的落實呢？筆者認為“深度學習”是落實物理核心素養(yǎng)行之有效的方式.

“深度學習”是指在理解學習內容的基礎上，學習者批判性地學習新的思想和新的知識，將它們與原有的認知結構相融合，將眾多思想相互關聯(lián)，并將已有的知識遷移到新的情境中作出決策和解決問題的學習.[2] 由此可見，深度學習是相對于那些表層記憶和機械式訓練的淺層學習而言的，深度學習不是加深學習難度，而是強調批判的理解、內容的整合、知識的建構、問題的解決、能力的提高和思維的發(fā)展.

根據(jù)單元復習課具有培養(yǎng)學生建構知識系統(tǒng)化和網(wǎng)絡化、提高學生理解能力和整合能力、拓展學生應用能力和思維品質的功能，結合物理學科核心素養(yǎng)的要求和深度學習的特點，筆者在“圓周運動”單元復習課中，通過指導學生使用思維導圖自主建構知識網(wǎng)絡的方式，鼓勵學生深度參與知識網(wǎng)絡建構和思維網(wǎng)絡建構的過程；通過以問題情境為背景、引導學生提出問題的方式，培養(yǎng)學生思維的深度和廣度；通過引導學生從同類問題中歸納出共性特征的方式，提高學生建構物理模型的能力.

1 利用思維導圖培養(yǎng)學生建構知識網(wǎng)絡的能力

思維導圖也叫心智圖，它應用了人們對圖像的感知最為直觀的特點，用圖文并重的技巧，將不同級別主題之間的相互關系用圖畫表現(xiàn)出來，將主題關鍵詞和圖像顏色結合起來，形成穩(wěn)固記憶鏈接，是一種放射性思維形象化的方式.實踐表明，思維導圖能夠幫助學生將學習過程中接觸的抽象思維過程簡化為規(guī)律性強、容易記憶的思維工具[3] .在最近幾年的單元復習課中，筆者通過運用思維導圖的方式培養(yǎng)學生自主建構知識網(wǎng)絡的能力和培養(yǎng)學生的思維整合能力都收到了良好的效果.具體操作方法是：在每次單元復習課之前，先以作業(yè)的形式布置給學生，要求學生根據(jù)自己對本章內容的理解，將本章內容形成知識網(wǎng)絡，并通過思維導圖的方式呈現(xiàn)出來.學生接受任務之后，先是獨立運用思維導圖建構自己的單元知識網(wǎng)絡，然后通過小組Q群發(fā)送給小組長，由小組長集組員思維導圖的優(yōu)點，整合成一張本組的思維導圖，作為本小組的代表作品發(fā)到班內物理Q群中，供各同學和小組交流和評價，同時由物理科代表集中各組思維導圖的優(yōu)點，整合成一張思維導圖，再發(fā)回班Q群中.課堂復習時，筆者展示科代表整合的思維導圖，由全體同學評價它的優(yōu)點和不足，提出完善作品的建議，再由物理科代表根據(jù)同學們的建議完善思維導圖，作為全班統(tǒng)一使用的思維導圖，最后打印張貼在教室內，供全班同學學習之用.

2 利用生活情境培養(yǎng)學生提出問題的能力

從生活走向物理，培養(yǎng)學生問題意識、物理意識、物理觀念和物理思維是物理核心素養(yǎng)的內容之一，但在應試教育的大背景下，經(jīng)過長期的解題訓練，學生解題意識和解題能力相對比較強，而學生的問題意識和提出問題的能力相對較弱，這對學生今后的自主發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展都是很不利的.著名物理學家愛因斯坦指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅僅是一個教學上或實驗上的技能而已.而提出新的問題新的可能性，從新的角度去看舊的問題，都需要有創(chuàng)造性的想像力，而且標志著科學的真正進步.”由此可見，培養(yǎng)和提高學生提出問題的能力，對學生思維發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是有很大的促進作用的.

相對于新授課，單元復習課在培養(yǎng)學生問題意識和提出問題能力方面具有更大的靈活性.本節(jié)復習課，筆者重在引導和培養(yǎng)學生從生活的原始情境中發(fā)現(xiàn)物理問題，并從問題中抽象出相關的物理概念、規(guī)律和原理.

2.1 根據(jù)生活情境設計問題和解決問題

學生都有在飯店用餐的經(jīng)歷，圖1是飯店里一個中間帶轉盤的餐桌，服務員將碗放在轉盤上，客人只要轉動轉盤，就可以吃到自己想吃的菜.筆者以學生這個熟悉的生活情境為原始材料，引導學生從中提出與圓周運動相關的問題，并要求課后思考解答這些問題的方法.

問題一：如圖2所示，將物體A放到轉盤上，它離轉軸距離為R，讓它與轉盤一起繞轉軸轉動，請你根據(jù)題設條件提出若干問題.

問題提出之后，學生可獨立思考，也可以進行討論和交流，很快就有學生提出有關問題，其他的同學又接著補充問題，直至同學們沒有補充為止，根據(jù)學生提出的問題，筆者把他們的問題歸納為下列六個小問題：

（1）是什么力提供了物體A做圓周運動的向心力？

（2）物體A做圓周運動的向心力和向心加速度分別是多大？

（3）要保持物體A與轉盤相對靜止，轉盤最大角速度ω不能超過多少？

（4）當轉盤大于最大角速度ω轉動時，物體A將如何做離心運動？

（5）當轉盤大于最大角速度ω轉動時，物體A一定要離開桌面嗎？

（6）當物體A做離心運動時，它的向心力和向心加速度還指向圓心嗎？

2.2 將問題由單體引向多體，培養(yǎng)學生思維的廣度endprint

在上述學生提出問題的基礎上，為了培養(yǎng)學生思維的廣度，筆者又改變題干條件，將問題由單體引向多體，引導學生根據(jù)新的條件繼續(xù)提出新的問題.

問題二：如圖3所示，在離轉軸距離為2R的位置再放置一個與物體A同樣的物體B，請你根據(jù)題設條件，又能提出哪些問題？

與上一問題一樣，在學生思考、討論和匯報的基礎上，筆者將學生提出的問題歸納為如下四個問題：

（1）當轉盤轉動時，要使兩物塊都不發(fā)生相對于盤面的滑動，轉盤轉動的角速度不能超過多少？

（2）當角速度逐漸增大時，物體A和物體B哪個先發(fā)生相對運動？

（3）要使兩物塊都相對盤面發(fā)生滑動，轉盤轉動角速度至少要多大？

（4）當物體B剛發(fā)生相對運動時，物體A和物體B的向心力分別是多少？

2.3 將問題由多體向組合體引導，培養(yǎng)學生思維的深度

在第二個問題的基礎上，為了培養(yǎng)學生思維的深度，筆者再次改變題干條件，將問題由多體變成組合體，引導學生根據(jù)新的條件，繼續(xù)提出新的問題.

問題三：如圖4所示，其它條件不變，用細線將A和B連接起來，且細線剛好處于伸直狀態(tài)，請你根據(jù)題設條件，還能提出哪些問題？

同樣是在提出問題和互相補充的基礎上，學生又提出了如下的兩個問題：

（1）轉盤轉動時，要使兩個物體都不發(fā)生相對于臺面的滑動，轉盤轉動的角速度不能超過多少？

（2）轉盤轉動時，兩個物體剛開始發(fā)生相對于臺面的滑動時，細繩受到的拉力有多大？

由于本節(jié)課主要定位在培養(yǎng)學生提出問題的能力，所以，在學生提出問題之后，筆者只是對問題二的四個問題提供了簡單的解題思路，具體的解答作為當晚的作業(yè)由學生課后思考完成.

學生根據(jù)問題背景提出問題的過程，既是學生思維深度思考的過程，也是學生邏輯思維正確表達的過程.因此，以培養(yǎng)學生在提出問題和學生自主解決問題為手段的復習方式，是從學生思維深處加深對所學內容的理解，遠比學生被動地做幾道習題留下的印象要深刻得多，因而產(chǎn)生的效果是良好的和長久的.這種效果在一個月后的期中考試中也得到了印證.期中試題中有一道關于圓周運動的選擇題：

如圖5所示，水平轉盤上放著A、B、C三個物體，質量分別為2m、m、m，離轉軸的距離分別為R、R、2R，與轉盤間的摩擦因數(shù)相同，當轉盤旋轉時，下列說法中，正確的是（CD ）

A.轉速增加，A物比B物先滑動

B.若三個物體均未滑動，B物體受的摩擦力最大

C .若三個物體均未滑動，C物體的向心加速度最大

D. 轉速增加，C物先滑動

根據(jù)本題讀卡的結果統(tǒng)計，筆者所教兩個班的正確率（如圖6）比全年級八個同類班正確率（如圖7）有明顯提高，這說明了基于學生思維訓練和能力發(fā)展的深度學習是有效的學習.

3 利用問題的本質屬性培養(yǎng)學生建構解題模型的能力

“科學思維”是物理核心素養(yǎng)四大組成部分之一，而從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規(guī)律及相互關系的認識方式，是基于經(jīng)驗事實建構理想模型的抽象概括過程，是科學思維的重要內容.本單元復習課是培養(yǎng)學生建構物理模型的重要課型，因為本單元的內容可以從豎直面內和水平面內兩個方向，分別培養(yǎng)學生建構物體在豎直面內和水平面內做勻速圓周運動的物理解題模型，而且從建構水平面內的模型到建構豎直面內的模型思維方式是相似的，但思維難度有所加大，因而對培養(yǎng)學生建構物理思維模型的能力和提高學生物理思維品質將有很大的促進作用.

基于這樣的特點，在這個環(huán)節(jié)，筆者利用求解物體在平面內做勻速圓周運動向心力方法相似性的特點，培養(yǎng)學生建構物體在水平面內做勻速圓周運動物理模型的能力.操作的方法是：先播放一個動畫和兩個短視頻給學生看，第一個動畫是演示小球做圓錐擺的運動情況（如圖8）；第二個短視頻是播放汽車在高速公路上正常轉彎時的運動情況（如圖9）；第三個短視頻是飛機在空中轉彎時的姿態(tài)情況（如圖10）.

播放結束之后，筆者要求學生根據(jù)物體這三種運動情況，畫出它們的受力分析，找出它們各自做圓周運動的向心力的來源，并寫出三種運動情況下的向心力的公式.很多同學對前兩種運動情況很快做出了正確的受力分析，而且也正確地寫出求向心力的計算公式，但飛機轉彎時的受力分析，有不少學生沒有畫出垂直于機翼的升力，在筆者的提示下，這些學生也都正確地完成了飛機轉彎時的受力分析和正確地寫出向心力的計算公式.在學生完成受力分析之后，筆者引導學生比較這三種情況的受力情況是否有共同特征和內在規(guī)律.學生通過對比發(fā)現(xiàn)，這三種運動的受力情況確實有一些共同特征：都是由重力和另外一個傾斜的力（或是拉力、或是支持力、或是空氣升力）的合力提供向心力，而且向心力的大小與傾斜角大小有關.在此基礎上，在筆者進一步引導下，學生總結出解答物體在水平面內做勻速圓周運動這一類問題的思維方法和物理模型，并從建構模型過程中總結出這類習題的解題思路：（1）確定研究對象；（2）確定軌道平面、圓心位置和軌道半徑；（3）分析向心力來源，畫出受力分析圖；（4）根據(jù)F向=F合列方程求解.學生自己總結的解題思路，為學生今后快速理清物理思路和掌握正確的解題步驟打下了良好的基礎.

在引導學生完成建構物體在平面內做勻速圓周運動的解題模型之后，接下來讓學生求火車在傾斜軌道上轉彎時的向心力（圖11）和比較A與B兩個小球在倒立的圓錐形容器中運動（圖12）時的線速度和角速度的大小等問題，絕大部分學生都能比較快地給出正確的答案.以前的學生解答本題時，比較A與B兩個小球速度大小的關系用時比較長，而且正確率也不高；但本節(jié)課學生能比較快地給出正確答案，說明了學生自主構建了物體在水平面內做圓周運動的模型，對提高學生解決實際問題的能力有很大的促進作用.

綜上所述，在核心素養(yǎng)理念指導下的復習課中，教師要改變以填空、記憶為主的淺層學習模式，要改變以重復的機械的習題強化訓練為主的應試教育模式；教師要以深度學習的方式，培養(yǎng)學生的問題意識、提高學生的自主學習能力，發(fā)展學生的科學思維，為學生進一步學好物理和為學生終身學習打下良好的基礎.

參考文獻：

[1]彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學[J].中學物理，2016，（02）：1-2.

[2]柏楊，翟元國.為學生“深度學習”而設計[J].物理教師， 2014 ， （8）：29-31.

[3]陳永葆.思維導圖在初中電學計算中的應用[J].中學物理教學參考， 2016，（2）：59.endprint