指向深度教學(xué)的思維型課堂實(shí)踐與反思
——以“磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”教學(xué)為例

任虎虎

(江蘇省太倉高級中學(xué),江蘇 太倉 215411)

1 深度教學(xué)與思維型課堂的關(guān)系

深度教學(xué)是以發(fā)展學(xué)生的高階思維為目標(biāo),以靈活遷移解決實(shí)際問題為特征,以整合的知識為內(nèi)容,讓學(xué)生深度參與教學(xué)過程、深刻把握學(xué)習(xí)內(nèi)容的教學(xué)．在深度教學(xué)中,學(xué)生圍繞具有思維空間和挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù),積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新的知識和思想．通過探究、體驗(yàn)、批判、反思等學(xué)習(xí)活動(dòng),把握知識背后的思想方法、邏輯、情感、意義、價(jià)值及運(yùn)用知識進(jìn)行創(chuàng)造,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的意義感、自我感和獲得感．

思維型課堂是以發(fā)展學(xué)生的高階思維能力為核心的課堂教學(xué)形式．它強(qiáng)調(diào)以誘發(fā)認(rèn)知沖突為特征的教學(xué)引入、以自主建構(gòu)為特征的教學(xué)過程、以思維監(jiān)控為特征的教學(xué)反思和以靈活運(yùn)用為特征的教學(xué)遷移．

不難發(fā)現(xiàn):思維型課堂教學(xué)注重發(fā)展高階思維能力、批判反思和靈活遷移,這些與深度教學(xué)的理念不謀而合．下面以“磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”教學(xué)為例談?wù)勅绾位谒季S型課堂實(shí)施深度教學(xué)、引發(fā)深度學(xué)習(xí)．

2 指向深度教學(xué)的思維型課堂實(shí)踐

2.1 兩個(gè)基本分析

教材分析和學(xué)情分析是實(shí)施深度教學(xué)的基礎(chǔ)和保證,每一節(jié)課前都要深入分析,并不是公開課才有的“專利”．通過教材分析深刻把握知識背后的邏輯,即教材邏輯——學(xué)科邏輯——教學(xué)邏輯的轉(zhuǎn)化．通過學(xué)情分析把握學(xué)生的前概念和認(rèn)知結(jié)構(gòu),更好地激發(fā)認(rèn)知沖突和意義建構(gòu)．

(1) 教材分析.“磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”這一節(jié)是對安培力知識的延續(xù)和深化,又是學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ);同時(shí)本節(jié)內(nèi)容是電磁學(xué)與力學(xué)結(jié)合的切入點(diǎn),是研究與微觀帶電粒子運(yùn)動(dòng)有關(guān)的宏觀物理現(xiàn)象的基礎(chǔ),在知識結(jié)構(gòu)和發(fā)展學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域上都起著承上啟下的作用．內(nèi)容安排上,讓學(xué)生由實(shí)驗(yàn)猜想,探尋研究微觀粒子途徑和方法,經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)過程,感悟科學(xué)探究的思想,學(xué)會(huì)探究的方法;深入理解安培力的微觀本質(zhì),自主建構(gòu)洛倫茲力的計(jì)算公式．

圖1 液體旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

(2) 學(xué)情分析.學(xué)生已有的知識、觀念和生活經(jīng)驗(yàn)是學(xué)習(xí)新知識的基礎(chǔ)和前理解．在學(xué)習(xí)洛倫茲力前,學(xué)生已掌握了用左手定則熟練地判定安培力的方向,安培力大小的計(jì)算和電流的微觀表達(dá)式等基本知識．在思維方法方面,學(xué)生已經(jīng)有一定的觀察、分析、抽象、邏輯思維和數(shù)學(xué)推算等能力,但學(xué)生缺少對洛倫茲力的生活經(jīng)驗(yàn)和直觀認(rèn)識．

2.2 5個(gè)進(jìn)階策略

(1) 創(chuàng)設(shè)出有思維空間和挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù).

在一個(gè)鋁制圓盤中間固定一個(gè)碳棒,組成如圖1所示的電路,碳棒連接電源正極,鋁制圓盤邊沿連接電源負(fù)極,電路中接入一小燈泡．首先,在圓盤中加入水,閉合開關(guān),燈泡不發(fā)光,說明此時(shí)水中沒有大量電荷定向運(yùn)動(dòng);其次,向圓盤中加入高濃度的NaCl溶液,閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)燈泡亮起來了,說明此時(shí)溶液中有大量定向移動(dòng)的電荷;最后,在圓盤底部放入一強(qiáng)磁鐵,發(fā)現(xiàn)液體神奇地旋轉(zhuǎn)起來了(為了便于觀察,可以在液面上放一些黑色紙片)．提出問題: ① 液體為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)起來?② 這個(gè)力是怎么產(chǎn)生的?③ 這個(gè)力的方向如何判定?大小如何表示?

設(shè)計(jì)意圖:通過上面的實(shí)驗(yàn)情境及其問題,一方面生成對洛倫茲力的意義認(rèn)識,讓學(xué)生切身體驗(yàn)和認(rèn)識到運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場中會(huì)受到力的作用;另一方面創(chuàng)設(shè)出有思維空間和挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù),促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)．

(2) 激發(fā)認(rèn)知沖突引發(fā)積極情感和深度思考.

在鋁制圓盤實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生仔細(xì)觀察并總結(jié)出磁場方向、運(yùn)動(dòng)電荷方向和洛倫茲力方向之間的關(guān)系．為了實(shí)現(xiàn)思維可視化:給每組學(xué)生一大塊橡皮泥,3個(gè)不同顏色的鉛筆分別代表上述3個(gè)物理量的方向,讓小組討論洛倫茲力方向的判斷方法并形象化地表示出來．

學(xué)生經(jīng)過自主和小組討論,歸納出判斷洛倫茲力方向判定的左手定則:磁場穿過手心,四指指向電荷運(yùn)動(dòng)的方向,大拇指就指向運(yùn)動(dòng)電荷受力的方向．注意:此時(shí)學(xué)生沒有認(rèn)識到電荷的電性對洛倫茲力方向的影響．

設(shè)置兩難問題情景:在剛才的實(shí)驗(yàn)中，溶液中負(fù)電荷會(huì)向什么方向運(yùn)動(dòng)?試判斷運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷受到的洛倫茲力方向向哪里?此時(shí)對負(fù)電荷運(yùn)用上述結(jié)論時(shí)發(fā)現(xiàn)與正電荷受力方向相反．溶液應(yīng)該靜止不動(dòng)才對,這與觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象矛盾,有效地激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突．

接下來借助陰極射線管引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)進(jìn)階:首先介紹陰極射線管的結(jié)構(gòu)和工作原理,接通電源后,觀察到一條綠線,即電子的運(yùn)動(dòng)徑跡．用N極在外、S極在里的U型磁鐵從上向下靠近陰極射線,觀察陰極射線的偏轉(zhuǎn)方向;N極在里、S極在外從上向下靠近陰極射線,再次觀察陰極射線的偏轉(zhuǎn)方向．讓學(xué)生歸納運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷受到的洛倫茲力的判斷方法,并判斷鋁制圓盤溶液中負(fù)電荷的受力方向．

設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突能有效激發(fā)學(xué)生的求知欲,促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與、積極思考,讓學(xué)生經(jīng)歷動(dòng)手操作和析疑、釋疑的思維過程,豐富體驗(yàn),挖掘知識的內(nèi)涵,邏輯及意義．

(3) 通過自主建構(gòu)把握問題本質(zhì)和意義建構(gòu).

創(chuàng)設(shè)生活情景:班長發(fā)動(dòng)大家進(jìn)行愛心捐款,班級一共捐助500元,假設(shè)每人捐款相同,每人捐助多少?

搭橋問題:每個(gè)定向運(yùn)動(dòng)的電荷所受的洛倫茲力與宏觀上電流所受安培力的大小上有什么關(guān)系?請根據(jù)安培力的大小計(jì)算公式和電流的微觀表達(dá)式,自己建立模型,計(jì)算每個(gè)定向運(yùn)動(dòng)的電荷所受的洛倫茲力的大?。?/p>

在學(xué)生得出結(jié)果后,再討論速度方向與磁場方向平行和成一般角度時(shí)的計(jì)算公式是什么?這些都讓學(xué)生自主完成,引導(dǎo)多角度把握問題本質(zhì)．

設(shè)計(jì)意圖:通過這一開放性問題,有助于培養(yǎng)學(xué)生類比、歸納、建模以及運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力,并且與生活情境聯(lián)結(jié),實(shí)施意義建構(gòu),豐富學(xué)生的意義系統(tǒng)．

(4) 借助思維監(jiān)控批判地吸收新知識和思想.

在歸納出洛倫茲力方向的判斷方法和洛倫茲力的大小計(jì)算規(guī)律后，師生共同討論.

師:洛倫茲力和安培力在本質(zhì)上有什么異同?

生1:洛倫茲力是安培力的微觀形式,計(jì)算的是單個(gè)電荷所受洛倫茲力的大小,安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中的受到的合力的宏觀表現(xiàn)．

師:剛才在歸納出左手定則的過程中,大家回顧一下都用到了哪些科學(xué)思想方法?

生2:觀察猜想、類比和控制變量．

師:很好,還有補(bǔ)充的嗎?

生3:實(shí)驗(yàn)探究,從宏觀到微觀．

師:還有科學(xué)建模的思想方法．

設(shè)計(jì)意圖:通過對學(xué)習(xí)對象及過程進(jìn)行對比、反思提煉,有助于觸及學(xué)科思想方法這一本質(zhì),思想方法是知識轉(zhuǎn)化為能力的橋梁和紐帶．通過反思,批判地吸收新知識和思想發(fā)展高階思維,促進(jìn)公共知識的個(gè)人意義達(dá)成．

(5) 引導(dǎo)靈活遷移用整合知識解決實(shí)際問題.

在應(yīng)用環(huán)節(jié),通過創(chuàng)設(shè)待解決的真實(shí)問題情境,將所學(xué)知識和思想方法靈活遷移和應(yīng)用,提升運(yùn)用整合知識解決實(shí)際問題的能力．

圖2 電視機(jī)工作圖

筆者在課堂上直接給學(xué)生展示老式電視機(jī),把電視機(jī)的后蓋打開,讓學(xué)生觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)．電視機(jī)的工作原理涉及到電荷在電場中的加速、在磁場中的偏轉(zhuǎn)、光電轉(zhuǎn)換、視覺暫留等整合知識．首先,將產(chǎn)生豎直和水平方向磁場的電路斷開．此時(shí)接通電源,在顯示屏上中間觀察到一個(gè)光斑,如圖2所示．

師:用什么方法可以讓光斑移到A點(diǎn)?

生1:加豎直向下的磁場?

師:現(xiàn)在來體驗(yàn)一下．

師:用什么方法可以讓光斑移到B點(diǎn)呢?

生2:加水平向右的磁場.

師:用什么方法可以讓光斑移到C點(diǎn)呢?

生3:加斜向左上方的磁場.

師:還有別的方法嗎?

生4:根據(jù)矢量合成,可以同時(shí)加向左和向上的磁場．

設(shè)計(jì)意圖:通過創(chuàng)設(shè)待解決的真實(shí)問題情境,將物理知識、思維方法從課堂遷移到生產(chǎn)、生活中,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和方法解決實(shí)際問題的習(xí)慣和能力．學(xué)生從被動(dòng)的信息加工者變?yōu)橹鲃?dòng)的實(shí)際問題解決者;教師從知識的擁有者與傳遞者變?yōu)橹R創(chuàng)生和多維意義實(shí)現(xiàn)的引領(lǐng)者與合作者．

3 指向深度教學(xué)的思維型課堂反思

實(shí)施深度教學(xué)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的必然路徑．深度教學(xué)理念下須重構(gòu)知識觀、學(xué)習(xí)觀、教學(xué)觀和評價(jià)觀,轉(zhuǎn)變教學(xué)、學(xué)習(xí)方式,讓深度學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生．

本堂課以深度教學(xué)理念為指導(dǎo),以發(fā)展學(xué)生的高階思維為目標(biāo),以思維型課堂教學(xué)為路徑．首先采用了導(dǎo)電液體在磁場中旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)來激發(fā)學(xué)生的思考,讓學(xué)生從身邊的可操作的現(xiàn)象來體驗(yàn)洛倫茲力．運(yùn)用類比法得出的左手定則在判斷運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷受力方向時(shí)激發(fā)了認(rèn)知沖突,通過陰極射線管實(shí)驗(yàn)探究解決矛盾．推導(dǎo)洛倫茲力的大小時(shí),設(shè)置開放問題、創(chuàng)生具有思維空間的實(shí)際問題,把情景抽象和推導(dǎo)過程大膽地交給學(xué)生．通過學(xué)生小組合作自主探究等方式,實(shí)現(xiàn)知識的遷移．再通過學(xué)生反饋推導(dǎo)過程,使學(xué)生得到啟發(fā),受到激勵(lì)．

物理來源于生活,回歸服務(wù)于生活,引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識解電視機(jī)顯像管工作原理,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力,使學(xué)生得到成功的體驗(yàn)和感悟,深入到知識的邏輯、意義和價(jià)值層次,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的意義感、自我感和獲得感．本節(jié)課很多環(huán)節(jié)還不夠開放,很多問題和環(huán)節(jié)都可以大膽地交給學(xué)生完成．