例談高中物理規(guī)律“深度學習”

摘?要：物理規(guī)律教學中，如何實現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng)？以“焦耳定律”為例，討論了如何引導學生全身心地積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展、有意義地學習，實現(xiàn)物理規(guī)律的深度學習.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);規(guī)律教學;深度學習

文章編號：1008-4134（2019）21-0004?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：陳燕琴（1984-），女，浙江臺州人，碩士，中學一級教師，研究方向：高中物理學科教學.

物理規(guī)律是觀察、實驗、思維、想象和數(shù)學推理等相結(jié)合的產(chǎn)物，它反映了有關(guān)物理概念之間的必然聯(lián)系，物理規(guī)律的有效教學過程是學生獲得知識、方法的重要手段，也是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的重要途徑.因此，物理規(guī)律的深度學習要突出“探求”過程，即教師引導學生全身心地參與、積極體驗物理規(guī)律的探究過程及其中所采用的研究方法.以此激發(fā)學生學習欲望，提高解決問題的能力，進而實現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng).物理規(guī)律深度學習?？煞譃槿鐖D1所示的四個重要環(huán)節(jié)[1].

本文以“焦耳定律”為例，討論如何在高中物理教學中開展物理規(guī)律的深度學習.“焦耳定律”是人教版《高中物理》選修3-1中第二章“恒定電流”的第5節(jié)內(nèi)容.通過本節(jié)課的學習學生需達成以下學習目標：（1）從電能向其他形式能的轉(zhuǎn)化理解電功與電動率;（2）知道焦耳定律的物理意義，關(guān)注焦耳定律在生活、生產(chǎn)中的應用;（3）從能量的轉(zhuǎn)化和守恒理解電功和電熱的區(qū)別，知道純電阻電路和非純電阻電路.雖然初中時學生已經(jīng)學習過電功、電功率、電熱、熱功率的計算表達式，但學生尚未建立電功與電熱、電功率與熱功率之間的區(qū)別和聯(lián)系，因此引導學生有效建構(gòu)純電阻與非純電阻是實現(xiàn)本節(jié)課教學目標、突破教學難點的關(guān)鍵.為有效實施深度學習，實現(xiàn)教學目標，教學結(jié)構(gòu)設(shè)計如下.

課堂教學以分析“電風扇扇葉卡住而著火”這一實際問題為主線，展開觀察、分析、猜想、實驗、歸納等系列思維加工過程，引導學生全身心地參與到規(guī)律形成的思維過程中來，有效激發(fā)學生的學習興趣與學習內(nèi)驅(qū)力，實現(xiàn)深度學習.教學過程中，學生學習任務設(shè)計具體如圖2所示.

【任務一】?問題情境的創(chuàng)設(shè)

（1）感受電流的熱效應

教師展現(xiàn)生活中常見的用電器圖片.

問題1：電熨斗、電爐等工作時會發(fā)熱，電風扇、電動車等工作時會發(fā)熱嗎？

學生交流回答，得出電流的熱效應.

設(shè)計意圖：利用生活中熟悉的家用電器感受電流的熱效應，為引入電風扇發(fā)熱起火奠定基礎(chǔ).

（2）引入問題情境：觀看著火的電風扇

教師播放視頻“小心電風扇起火”.

問題1：運轉(zhuǎn)不暢的電風扇為什么會起火？

學生小組討論，提出一些觀點，但又無法得出本質(zhì)原因.

教師：要研究這個問題，需要先來了解相關(guān)的電學基礎(chǔ)知識.

設(shè)計意圖：引入問題情境，激發(fā)學生學習熱情和學習興趣.

【任務二】?思維加工：探究風扇起火原因

（1）理論分析

活動1：討論電器工作時產(chǎn)生的電熱與哪些因素有關(guān)？

師生共同復習焦耳定律.

活動2： 探究電流做功的計算表達式.

問題1：用電器產(chǎn)生的焦耳熱是由什么能轉(zhuǎn)化過來的？通過什么方式轉(zhuǎn)化的？

問題2：如何計算電流所做的功？

①教師引導學生從電流的形成條件，分析、理解電流做功的微觀本質(zhì);

②建立模型，從能量轉(zhuǎn)化的視角推導電流所做的功，得到電功和電功率的表達式.

（2）猜想與假說

問題1：扇葉被卡住或運轉(zhuǎn)不順時電機發(fā)熱更快可能是什么原因?qū)е碌模?/p>

學生：可能是電機的熱功率變大導致的，流過電機的電流變大.

（3）實驗模擬，定性分析

實驗演示：觀察電風扇卡住與轉(zhuǎn)動時，與電風扇串聯(lián)的小電燈泡亮度變化（如圖3），驗證學生的猜想.

問題1：為什么電風扇轉(zhuǎn)動不順時消耗的電功率會變大？

引導：焦耳熱是通過電流做功轉(zhuǎn)化而來，電功率與熱功率有著重要的聯(lián)系，我們不妨通過研究電功率與熱功率的關(guān)系來尋找答案.

設(shè)計意圖：建立物理模型，驗證學生猜想，為定量探究電功率和熱功率關(guān)系奠定基礎(chǔ).

【任務三】?深入探究：實驗探究電功率和熱功率關(guān)系

（1）實驗設(shè)計

問題1：要實驗研究熱功率與電功率的關(guān)系，我們需要測量哪些物理量？

問題2：如何設(shè)計實驗電路圖？要用哪些實驗儀器？

問題3：實驗中需要注意什么？

（2）實驗探究，定量分析

教師和學生一起探討實驗方案、測量實驗數(shù)據(jù)的儀器，并由學生分組實驗分別測量電風扇轉(zhuǎn)動、卡住及定值電阻的電功率和熱功率.

（3）交流思辨，理論分析

歸納實驗規(guī)律，討論規(guī)律本質(zhì).

設(shè)計意圖：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析深刻體驗電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系，促進學生形成認知沖突，化解錯誤前概念.

【任務四】?建立規(guī)律

（1）理解電功與電熱之間聯(lián)系與區(qū)別

問題1：根據(jù)實驗結(jié)果請同學們分析其中的原因.

教師引導：電功、焦耳熱、電功率、熱功率都涉及能量問題，同學們從能量角度尋找原因.

學生小組討論，從能量轉(zhuǎn)化的視角得出電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.

（2）構(gòu)建純電阻與非純電阻概念

教師引導學生得出純電阻與非純電阻的概念.

①電動機不轉(zhuǎn)時，可等效為一個電阻，該電路稱為純電阻電路.電動機消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，W=Q，歐姆定律適用該電路.

②電動機轉(zhuǎn)動時，不能等效為一個電阻，該電路稱為非純電阻電路.電動機消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其它形式的能，W=Q+E其它，歐姆定律不適用于該電路.

設(shè)計意圖：引導學生從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度理論分析電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系，有效建構(gòu)純電阻電路和非純電阻電路，促進學生規(guī)律的建立.

【任務五】?學以致用

學以致用1：分析風扇扇葉卡住著火的原因.

學以致用2：分析電動車上坡電機燒壞的原因.

設(shè)計意圖：能夠獨立解決物理問題是檢驗學生物理規(guī)律掌握情況的重要方法，也是鞏固和加深學生理解物理規(guī)律的重要環(huán)節(jié).學以致用環(huán)節(jié)起著鞏固、拓展及學習興趣激發(fā)與培養(yǎng)的作用.

【任務六】?鞏固與練習

活動：課堂小結(jié)與鞏固練習.

課堂教學以解決生活實際問題——為什么扇葉卡住時風扇會起火為教學主線，引導學生經(jīng)歷“生活問題分析—形成知識障礙—相關(guān)電學知識學習—原因猜測—定性實驗驗證—定量實驗探究—建立規(guī)律—化解問題”等一系列思維過程，以“為用而學”代替“為學而學”激發(fā)學生的學習興趣與學習內(nèi)驅(qū)力，引導學生全身心地積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展、有意義地學習，并通過一系列的主動學習、信息收集、思維加工、交流合作、應用遷移等活動，實現(xiàn)深度學習.使學生有效經(jīng)歷“深度學習”過程，實現(xiàn)學習素養(yǎng)的有效培養(yǎng).

深度學習的開展，需重點關(guān)注三個問題：一是為何而教？教學的最終目的是為了知識本身還是思維培養(yǎng)？勞厄曾說：“教育重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力.教育無非是一切已學過的東西都忘掉后所剩下的東西.”因此，深度學習應將教學的重心放在學生思維能力的培養(yǎng)上，實現(xiàn)物理教學向物理教育這一育人目標轉(zhuǎn)變[2].二是何以為教？教師要思考什么樣的情境和題材能成功吸引學生全身心地參與與積極體驗？因此，深度學習應能從學生立場出發(fā)，挖掘?qū)W生感興趣的素材，激發(fā)學生的好奇心與求知欲，引導學生“為用而學”，而非“為學而學”.三是如何實施？教師應從學生的認知水平出發(fā)，采用能滿足學生發(fā)展需要的教學策略和教學手段，為學生創(chuàng)設(shè)一個個物理現(xiàn)象、物理問題，引導學生在積極、主動的探知過程中掌握教學內(nèi)容，實現(xiàn)教學目標[2].在物理規(guī)律教學中實施深度教學尚處初級階段，如何有效地實施還需不斷地實踐和摸索.

參考文獻：

[1] 王建峰.物理規(guī)律教學中如何開展深度學習[J].物理教學探討，2019（1）：12-19.

[2] 王建峰.物理概念教學中如何開展“深度學習”[J].物理教學， 2018（5）：24-26.

（收稿日期：2019-06-21）