深度學(xué)習(xí)背景下“探究彈性勢(shì)能表達(dá)式”教學(xué)設(shè)計(jì)*

史紅姝

(北京交通大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100081)

李俊鵬

(北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 北京 100195)

張利國(guó)

(北京交通大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100081)

進(jìn)入新世紀(jì)，科技快速發(fā)展，未來(lái)社會(huì)變得越來(lái)越無(wú)法確定、不可預(yù)知.如何讓現(xiàn)在的孩子適應(yīng)未來(lái)的世界，是世界各國(guó)教育共同面臨的巨大挑戰(zhàn).21世紀(jì)初，我國(guó)啟動(dòng)的基礎(chǔ)教育課程改革不僅順應(yīng)了世界教育改革的主流趨勢(shì)，也是推進(jìn)素質(zhì)教育、轉(zhuǎn)變?nèi)瞬排囵B(yǎng)方式、參與國(guó)際人才競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略舉措.在全面深化課程改革的大勢(shì)之下，“深度學(xué)習(xí)”教學(xué)改進(jìn)項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生.深度學(xué)習(xí)是發(fā)展核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)，它指向過(guò)程，關(guān)注學(xué)生在其培養(yǎng)過(guò)程中的體悟，而非結(jié)果導(dǎo)向；深度學(xué)習(xí)是理解性學(xué)習(xí)，它更強(qiáng)調(diào)深層次思考，即解釋、思辨、推理、驗(yàn)證、應(yīng)用等更有難度、更加復(fù)雜和更具綜合性的學(xué)習(xí)結(jié)果，且能夠?qū)⒁牙斫獾闹R(shí)應(yīng)用于生活[1].

筆者嘗試將深度學(xué)習(xí)的理論應(yīng)用于課堂實(shí)踐，以下以人教版《物理·必修2》，第七章“機(jī)械能守恒定律”第五節(jié)“探究彈性勢(shì)能表達(dá)式”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)劰P者的一些思考，在此與同行共議.

1 學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

1.1 從深度學(xué)習(xí)的角度對(duì)本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析

(1)深度學(xué)習(xí)的第一個(gè)特征是：聯(lián)想與結(jié)構(gòu).來(lái)到課堂上的學(xué)生不是白紙一張，而是帶著已有的經(jīng)驗(yàn)來(lái)的，這些經(jīng)驗(yàn)有的是日常生活經(jīng)驗(yàn)，有的是以往所學(xué)知識(shí)的內(nèi)化并在學(xué)生生活中得以實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)入教學(xué)之前，這些經(jīng)驗(yàn)大多只是自在的存在著的，因而需要教師的幫助以喚醒、改造，使之能夠自覺(jué)進(jìn)入教學(xué)，輔助當(dāng)下的教學(xué)，又使經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入新的結(jié)構(gòu)并得到進(jìn)一步的提升[2].因此本節(jié)的引課選擇了學(xué)生在旅游景點(diǎn)看到過(guò)或體驗(yàn)過(guò)的蹦極游戲?yàn)槔杂懻摫臉O游戲的安全性為切入點(diǎn)引起學(xué)生的興趣，然后圍繞這一問(wèn)題展開(kāi)后續(xù)實(shí)驗(yàn)，并最終利用學(xué)生歸納、推導(dǎo)、討論出的結(jié)果來(lái)回答這一生活實(shí)踐中的問(wèn)題.

(2)深度學(xué)習(xí)的第二個(gè)特征是：活動(dòng)與體驗(yàn).這是深度學(xué)習(xí)的核心特征，“活動(dòng)”是指以學(xué)生為主體的主動(dòng)活動(dòng)，“體驗(yàn)”是指學(xué)生在活動(dòng)中產(chǎn)生的內(nèi)心體驗(yàn).學(xué)生要成為學(xué)習(xí)的主體而不是被動(dòng)的知識(shí)接收器，就得有“活動(dòng)”的機(jī)會(huì)，有“親身經(jīng)歷”知識(shí)發(fā)現(xiàn)、形成、發(fā)展的過(guò)程的機(jī)會(huì)[3].本節(jié)將得出彈性勢(shì)能表達(dá)式的探究過(guò)程和推導(dǎo)過(guò)程歸還給學(xué)生，由學(xué)生通過(guò)親手操作和自身的思考推導(dǎo)兩個(gè)途徑得出結(jié)論，教師只給予問(wèn)題引導(dǎo).

(3)深度學(xué)習(xí)的第三個(gè)特征是：本質(zhì)與變式.即發(fā)生深度學(xué)習(xí)的學(xué)生能夠抓住教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)屬性，全面把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，并能夠由本質(zhì)推出若干變式[4].本節(jié)在推導(dǎo)彈性勢(shì)能表達(dá)式的過(guò)程中，需要學(xué)生識(shí)別出彈簧彈力隨形變量變化，不是恒力，在求解力在位移上的累積的過(guò)程中需要將推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式時(shí)使用過(guò)的微元法和圖像法遷移到本節(jié)，推導(dǎo)位移表達(dá)式和彈簧彈力做功只是知識(shí)載體，微元法與圖像法才是本質(zhì).

(4)深度學(xué)習(xí)的第四個(gè)特征是：遷移與應(yīng)用.在深度學(xué)習(xí)中，“遷移”是經(jīng)驗(yàn)的擴(kuò)展與提升，“應(yīng)用”是將內(nèi)化的知識(shí)外顯化、操作化的過(guò)程，也是將間接經(jīng)驗(yàn)直接化、將符號(hào)轉(zhuǎn)為實(shí)體、從抽象到具體的過(guò)程，是知識(shí)活化的標(biāo)志，也是學(xué)生學(xué)習(xí)成果的體現(xiàn)[5].本節(jié)的設(shè)計(jì)，在通過(guò)實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo)兩個(gè)途徑得出彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式后，再次回到引課提出的蹦極游戲安全性問(wèn)題，由學(xué)生通過(guò)推導(dǎo)分析游戲中更換游戲者時(shí)應(yīng)如何調(diào)節(jié)彈性繩才能保證游戲的安全，從而將所學(xué)知識(shí)遷移到實(shí)際生活中.

1.2 從核心素養(yǎng)的角度對(duì)本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析

物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面構(gòu)成，本節(jié)內(nèi)容涉及彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系，與重力做功與重力勢(shì)能關(guān)系相呼應(yīng)，且再次涉及到功能關(guān)系，又一次的分析可以深入對(duì)勢(shì)能的理解，從而完善“物理觀念”中的“能量觀念”；在經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中可以提升科學(xué)探究能力；在利用給定情景分析推導(dǎo)彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式的過(guò)程中可以再次體會(huì)科學(xué)思維中的類(lèi)比法、控制變量法、微元法、圖像法等方法的使用；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中和利用新學(xué)習(xí)的知識(shí)解決生活中問(wèn)題的過(guò)程中可以體會(huì)物理與生活的緊密聯(lián)系和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

2 學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)本節(jié)知識(shí)之前，學(xué)生通過(guò)本章前4節(jié)的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握了求功的基本公式W=Fxcosθ，在勻變速直線運(yùn)動(dòng)相關(guān)規(guī)律的學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握了用微元法配合圖像法求解勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移的方法，在初中的學(xué)習(xí)中已經(jīng)初步了解了機(jī)械能守恒定律的條件和實(shí)驗(yàn)探究的步驟以及處理數(shù)據(jù)的方法.

3 學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)在分析彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中、彈力做功和彈性勢(shì)能變化的關(guān)系過(guò)程中逐步完善能量觀念.

(2)通過(guò)測(cè)量彈性勢(shì)能大小、探究彈性勢(shì)能與其影響因素的關(guān)系、推導(dǎo)彈性勢(shì)能表達(dá)式的歷程，再次體會(huì)科學(xué)思維中的類(lèi)比法、控制變量法、微元法、圖像法等方法.

(3)通過(guò)探究彈性勢(shì)能與其影響因素的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力.

(4)通過(guò)對(duì)蹦極游戲安全性分析的過(guò)程體會(huì)物理與生活相結(jié)合的科學(xué)態(tài)度；通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的過(guò)程體會(huì)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

4 重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：探究彈性勢(shì)能與形變量的關(guān)系，利用微元法、圖像法推導(dǎo)彈性勢(shì)能的表達(dá)式.

難點(diǎn)：探究彈性勢(shì)能與形變量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中利用能量的轉(zhuǎn)化得到彈性勢(shì)能大小的物理原理.

5 教法與學(xué)法

教法：思維引領(lǐng)，問(wèn)題引導(dǎo).

學(xué)法：?jiǎn)栴}思考,實(shí)驗(yàn)探究.

6 教學(xué)流程

“探究彈性勢(shì)能表達(dá)式”的教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 “探究彈性勢(shì)能”教學(xué)流程

7 教學(xué)環(huán)節(jié)(表1)

表1 “探究彈性勢(shì)能”教學(xué)環(huán)節(jié)

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表