基于多維具身體驗(yàn)深度學(xué)習(xí)高中物理學(xué)習(xí)重點(diǎn)

任虎虎

(江蘇省太倉高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉 215411)

1 對(duì)具身體驗(yàn)的認(rèn)識(shí)

基于對(duì)身心二元論的批判和反思,引發(fā)了將主體身體體驗(yàn)引入認(rèn)知過程的身心一元論的第二代認(rèn)知科學(xué)產(chǎn)生,即具身認(rèn)知．具身認(rèn)知最重要的特征就是心智的具身性,指的是心智、理性能力有賴于身體的生理、神經(jīng)結(jié)構(gòu)及活動(dòng)體驗(yàn),根植于人的身體以及身體與世界的相互作用中．

具身認(rèn)知認(rèn)為學(xué)習(xí)是全身心參與的過程,新知識(shí)是心智、身體和環(huán)境三者相互作用的結(jié)果,具身學(xué)習(xí)具有涉身性、體驗(yàn)性和情景性三大主要特征,其中體驗(yàn)性是核心特征,具身體驗(yàn)的方式、過程和結(jié)果直接決定著認(rèn)知的方式、過程和結(jié)果．

2 對(duì)彈力學(xué)習(xí)重點(diǎn)的認(rèn)識(shí)

人教版高中物理必修1第三章第二節(jié)彈力教材的邏輯是:首先定義了形變,并通過放大法觀察微小形變,把能恢復(fù)原狀的形變稱為彈性形變,在此基礎(chǔ)上定義了彈力:發(fā)生形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用,這種力叫做彈力;其次,通過書放在在桌面上和繩子對(duì)犁的拉動(dòng)兩個(gè)生活情境,說明壓力和支持力的方向垂直接觸面和繩子的拉力沿著繩子收縮的方向;最后,教材中直接給出彈簧彈力和其伸長(zhǎng)量的關(guān)系:F=kΔx,即:胡可定律．

通過對(duì)教材的分析,發(fā)現(xiàn)本節(jié)課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)很明確:彈力產(chǎn)生的條件、彈力方向的判定、彈力大小的計(jì)算．但是由于教材處理的比較簡(jiǎn)略,學(xué)生在這一節(jié)學(xué)習(xí)中提出了一些自己的困惑和不解,引發(fā)了筆者的思考．教學(xué)中如何有效的幫助學(xué)生深度理解這三個(gè)學(xué)習(xí)重點(diǎn)呢?由于彈力在我們生活中有很多實(shí)例,所以基于學(xué)生的生活世界設(shè)置多層次、多角度、多對(duì)比的情景進(jìn)行交互的具身體驗(yàn)和反思,是促進(jìn)對(duì)彈力深度學(xué)習(xí)的有效策略．

3 基于多維具身體驗(yàn)突破彈力學(xué)習(xí)重點(diǎn)的策略

3.1 多層次的具身體驗(yàn)深度分析彈力產(chǎn)生的條件

學(xué)生對(duì)彈力產(chǎn)生條件的全面、深刻的認(rèn)識(shí)不可能一蹴而就,而是逐層深入的過程,概括起來主要要經(jīng)歷下面4個(gè)層次．

層次1:“魔術(shù)化”的教學(xué)引入

圖1 形變前

在彈力的引入階段,可以采用一個(gè)小魔術(shù)——魔術(shù)彈棒,一方面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,另一方面引發(fā)學(xué)生對(duì)形變的思考．先將魔術(shù)彈棒(鋼性鐵皮卷制而成)隱藏在手心中,如圖1,再拿一個(gè)彩色絲巾“抖動(dòng)”吸引大家注意,此時(shí)打開手心中魔術(shù)彈棒的觸發(fā)開關(guān),“瞬間”手中出現(xiàn)一個(gè)彩色棒,如圖2．

圖2 形變后

引發(fā)學(xué)生思考:為什么柔軟的絲巾會(huì)變成硬邦邦彩色棒?這個(gè)過程到底發(fā)生了什么變化?

層次2:親手體驗(yàn)不同類型形變

圖3 握力圈

每個(gè)同學(xué)提供:一段鐵絲、一塊橡皮泥、一個(gè)彈簧和一個(gè)握力圈(如圖3),讓學(xué)生通過體驗(yàn)說明形變有什么不同?

學(xué)生在具身體驗(yàn)后作出歸納:鐵絲和橡皮泥形變后不能恢復(fù)原狀,彈簧和握力圈形變后撤去外在束縛可以恢復(fù)原狀．

此時(shí)老師引導(dǎo)學(xué)生定義彈性形變和范性形變．

層次3:“放大法”觀察微小形變

師:是不是所有物體都能發(fā)生形變呢?

一些學(xué)生認(rèn)為是,一些學(xué)生認(rèn)為不是．

師:能不能給出你回答的理由或證據(jù)呢?

生1:像堅(jiān)硬的桌面和地面就不能發(fā)生形變．

師:就對(duì)剛才這位同學(xué)問題,現(xiàn)在借助實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證．

如教材中觀察微小形變的裝置,將兩個(gè)平面鏡放在一個(gè)學(xué)生的桌面上,用一個(gè)激光筆傾斜放置,將反射光點(diǎn)投影在黑板上,此時(shí)教師用粉筆記錄下黑板上光點(diǎn)的位置,讓一個(gè)同學(xué)用手壓桌子,可以明顯的觀察到光點(diǎn)向下移動(dòng),放手后,光點(diǎn)又移回原來位置．

師:請(qǐng)解釋一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理和說明的問題?

生2:當(dāng)向下壓桌子時(shí)應(yīng)該是桌子發(fā)生形變,從而導(dǎo)致平面鏡傾斜,反射光點(diǎn)就移動(dòng),說明桌子發(fā)生了微小的彈性形變．

師:很好,這是什么思想方法呢?

生3:將微小變量放大,便于觀察．

師:稱為放大法,在以后學(xué)習(xí)會(huì)經(jīng)常用到這種思想方法．

層次4:反思提煉彈力產(chǎn)生的條件

讓學(xué)生再次體驗(yàn)如圖3所示握力圈,讓大家根據(jù)老師的指令操作．

師:握緊握力圈．

所有學(xué)生都握緊后．

師:放手．

師:再次握緊

……

師:堅(jiān)持住,不要放手,大家提要到什么?

生:很費(fèi)力,感覺越來越難控制住握力圈．

師:手和握力圈之間的相互作用就是彈力,能不能根據(jù)自己此時(shí)此刻的感受說說彈力是怎么產(chǎn)生的?

生:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,對(duì)限制它恢復(fù)原狀,并與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用,這種力就是彈力．

3.2 多角度的具身體驗(yàn)深度理解彈力方向的判定

彈力方向的判定是本節(jié)課的重點(diǎn)也是難點(diǎn),要讓學(xué)生深度理解彈力方向的判定,不僅要體驗(yàn)靜止?fàn)顟B(tài)下,還要體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下壓力、繩子拉力的方向．

角度1:“觀察法”判定靜止?fàn)顟B(tài)下彈力方向

將教材中的情景生活化、放大化．情景1:在兩個(gè)相隔一定距離的凳子上放一個(gè)彈性木板,在木板上放一個(gè)里面充滿水的氣球,如圖4所示;情景2:將一個(gè)充滿水的氣球用彈性繩掛在鐵架臺(tái)上,如圖5所示．

圖4 水球壓木板

讓學(xué)生仔細(xì)觀察兩個(gè)情景,自主完成如下表格．

表1

表格自主完成后,引導(dǎo)學(xué)生討論交流:壓力、支持力以及繩子拉力的方向如何判定?

角度2:“留跡法”判定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下彈力方向

圖6 自制實(shí)驗(yàn)裝置

在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,彈力方向的判定方法和靜止?fàn)顟B(tài)下是否相同呢?筆者自制了如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置,通過“留跡法”判定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下彈力的方向．首先做一個(gè)木制的無蓋盒子,盒子內(nèi)底面長(zhǎng)約37 cm,寬約26 cm(略大于一張8K紙),高度約為2 cm;其次在如圖所示的A處豎直鋸出一條狹縫,讓一把鋼尺能正好豎直插入．

實(shí)驗(yàn)步驟:首先將盒子放在桌面上,里面放一個(gè)水平儀調(diào)節(jié)水平;其次將盒子在盒子底面鋪一張8K紙,并用4個(gè)圖釘將其固定在底面上;再次在狹縫中插入鋼尺,讓鋼尺貼近8K紙,將一個(gè)蘸有墨汁的小鋼球緊靠鋼尺放置;最后抓住小鋼尺上端向左拉離初始位置后放手,小球受到鋼尺擊打后開始運(yùn)動(dòng),在白紙上留下一條軌跡,用直角三角板判斷小球留下的軌跡和鋼尺初始位置的關(guān)系．

引導(dǎo)學(xué)生自主整合得出結(jié)論:在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,彈力的方向仍然與接觸面垂直．

2.3 多對(duì)比的具身體驗(yàn)深度探究彈力大小的計(jì)算

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的重要方法,同時(shí)也是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的重要措施,在彈力大小的探究過程中可以設(shè)置:不同勁度系數(shù)的彈簧彈力與其形變量關(guān)系的對(duì)比實(shí)驗(yàn);彈簧和橡皮筋的彈力與它們各自形變量關(guān)系的對(duì)比實(shí)驗(yàn)．但是由于時(shí)間限制,只能分組并同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．班級(jí)同學(xué)兩人一組,約三分之一的小組探究A彈簧彈力與其形變量關(guān)系;另三分之一的小組探究B彈簧彈力與其形變量關(guān)系;最后三分之一的小組探究橡皮筋的彈力與其形變量關(guān)系．

對(duì)比1:不同勁度系數(shù)彈簧彈力與其形變量關(guān)系的探究

圖7 探究彈簧彈力大小

實(shí)驗(yàn)中采用如圖7所示實(shí)驗(yàn)裝置,將一木板豎直固定在鐵架臺(tái)上,在木板上用4個(gè)圖釘固定一張A4紙．給每組學(xué)生提供4個(gè)50 g的鉤碼,讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,并做好實(shí)驗(yàn)記錄,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填在如下表格中,以F為縱軸,x為橫軸建立坐標(biāo)系,根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在圖的坐標(biāo)紙上描點(diǎn),畫出F-Δx圖像．

表2

彈簧A和B的彈力和其形變量的關(guān)系如圖8、圖9所示:

圖8 A彈簧彈力與形變量的關(guān)系

圖9B彈簧彈力與形變量的關(guān)系

通過兩個(gè)圖像對(duì)比發(fā)現(xiàn):雖然都是直線,但斜率不同．讓這兩小組的同學(xué)將實(shí)驗(yàn)裝置放在講臺(tái)上大家觀察,發(fā)現(xiàn)兩彈簧的長(zhǎng)度和粗細(xì)都不同,從而得出結(jié)論:彈簧的彈力大小與其它的形變量成正比,表示為:F=kΔx,其中勁度系數(shù)k與彈簧本身的因素有關(guān)．

對(duì)比2:彈簧和橡皮筋的彈力與它們形變量關(guān)系的探究

在圖7所示實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上將彈簧換為橡皮筋,重復(fù)實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)采用逐漸增加勾碼但不回放(橡皮筋的彈力大小與其拉伸的方式有關(guān))的方式測(cè)量,學(xué)生得到的F-Δx圖像如圖10所示．

圖10 橡皮筋彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系

引導(dǎo)學(xué)生自主得出結(jié)論:橡皮筋的彈力大小與其形變量的關(guān)系不成正比,關(guān)系比較復(fù)雜．

通過圖10與圖8(或圖9)對(duì)比一方面幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)橡皮筋彈力大小與其伸長(zhǎng)量的關(guān)系,另一方面進(jìn)一步明確胡克定律的適用范圍．

一節(jié)課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是否得到突破是教學(xué)有效與否的核心,也是課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的核心維度,只是依靠“言傳”的方式有時(shí)很難幫助學(xué)生深刻把握學(xué)習(xí)重點(diǎn),需要基于具身認(rèn)知的“身學(xué)”,讓學(xué)生親身交互的深度體驗(yàn)問題情景和批判反思,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)的深度學(xué)習(xí)．