深度學習助力學生核心素養(yǎng)的提升
——以“摩擦力專題復習”為例

張士軍 孫梅芳

(1. 安徽省懷遠第一中學，安徽 蚌埠 233400；2. 安徽省蚌埠市田家炳中學，安徽 蚌埠 233010)

學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于高中物理教學的每個環(huán)節(jié)，高三復習階段是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的關鍵期，是由量變到質變的升華期。由于急功近利思想的影響，高三復習中存在著大量“刷題”現象，這種“刷題式復習法”拉低了復習課品味，使得復習課游走在淺層次、機械化、碎片化的軌道上。事實上，一味“刷題”導致學生對問題缺乏深入思考和總結，無法建立物理知識體系，在遇到新問題與新情境時就會一籌莫展，難以形成物理觀念，難以提升思維品質。高三復習需要摒棄這種低效能的復習模式，順應高考改革形勢，結合學生和高三復習課的特點，引導學生進行深度學習。

1 深度學習與物理學科核心素養(yǎng)

深度學習(Deep Learning)是在理解的基礎上批判性地學習新知識和方法，并將其融入已有的認知結構中，建立聯系并能遷移到新情境中，從而解決問題的學習方式。結合教學實際，這里所講的深度學習是指在核心素養(yǎng)及高考評價體系的語境中，引導學生進行系統化、進階式、批判性的學習，追根究源，最終達到“知其然，知其所以然”。

物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面，這些方面既相互關聯又相互促進。物理觀念主要包括物質觀、運動與相互作用觀、能量觀等，是學生發(fā)展核心素養(yǎng)中其它方面的前提；科學思維是指具有構建物理模型以及進行科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新的意識和能力；科學探究是指基于觀察和實驗提出問題，會使用各種方法和手段獲取、分析、處理信息，能基于證據形成結論，并進行交流；科學態(tài)度和責任是指具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，以及社會責任和擔當。

2 教學案例分析

筆者以“摩擦力”專題復習為例，探討深度學習與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)相融合的實踐操作問題。

2.1 深入理解摩擦力，強化物理概念

定義：兩個相互接觸并擠壓的物體，當它們發(fā)生相對運動或具有相對運動趨勢時，就會在接觸面上產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力，這種力叫做摩擦力。

由摩擦力的定義入手，引導學生深入理解。

(1) 摩擦力產生條件：兩物體接觸且接觸面粗糙，接觸面間有彈力，有相對運動或趨勢。

(2) 摩擦力類型：靜摩擦力、滑動摩擦力。

在確定了是靜摩擦力還是動摩擦力的基礎上，結合思維導圖(圖1)，重點圍繞著摩擦力的大小展開教學。

圖1

(3) 靜摩擦力大小:0～Ffmax，物體處于平衡態(tài)時靜摩擦力大小隨引起其產生的外力變化而變化，處于非平衡態(tài)時靜摩擦力大小隨加速度變化而變化。

如圖2(a)所示，物塊不動，摩擦力隨F變化而變化。如圖2(b)所示，兩物塊以相同的加速度運動，物塊間摩擦力隨整體加速度的變化而變化。

圖2

(4) 滑動摩擦力大小:Ff=μFN，由動摩擦因數和正壓力共同決定，說明μ和FN的物理意義和決定因素。

需向學生強調：摩擦力有靜摩擦力和滑動摩擦力兩種，其大小決定因素不同，判斷前應先明確是哪種摩擦力，切忌動不動都用μFN來計算。

2.2 深度剖析力的性質，進階科學思維

學生往往由于對運動的認識不夠清楚，導致對靜摩擦力和滑動摩擦力的判定不準確，對摩擦力與運動的關系把握不透。這里提到的運動觀念，一是產生摩擦力的兩個物體之間的相對運動,另一個是研究對象相對慣性參考系的運動。

(1) 判斷摩擦力的類型：要看是否有相對運動，如人走路時腳與地面間、猴子爬樹時爪與樹干間等，雖然主體在運動(對地)，但產生的是靜摩擦力(相對靜止)。

(2) 判斷摩擦力的方向：由摩擦力的定義出發(fā)，摩擦力的方向是和產生摩擦力的兩個物體間相對運動方向相反；摩擦力的方向與物體對地運動方向的關系是不確定的；摩擦力的方向總是平行于接觸面(與該處彈力方向垂直)。

通過上述教學活動讓學生明白：摩擦力有可能是動力、也有可能是阻力等。在解決摩擦力與運動的關系問題時，關鍵是根據受力物體相對施力物體的相對運動(不是對地運動)的方向，確定其是動力還是阻力，然后根據其狀態(tài)列出對應的方程。

對于傳送帶模型問題，可針對水平傳送帶、傾斜傳送帶展開復習。

如表1所示，對于水平傳送帶模型，在情境1、2、3中物塊的加速度a=μg。在情境1中摩擦力是動力；在情境2的第(1)種情形中摩擦力是阻力，第(2)種情形中摩擦力是動力；在情境3的第(1)種情形中摩擦力是阻力，第(2)種情形中摩擦力先是阻力后是動力。

表1

如表2所示，對于傾斜傳送帶模型，在情境1的第(1)種情形中物塊的加速度a=μgcosθ-gsinθ，在第(2)種情形中第一階段物塊的加速度a1=μgcosθ-gsinθ，第二階段物塊的加速度a2=0，有：gsinθ=μgcosθ；在情境2的第(1)種情形中物塊的加速度a=μgcosθ+gsinθ，在第(2)種情形中，第一階段物塊的加速度a1=μgcosθ+gsinθ，a2=0，gsinθ=μgcosθ(μ≥tanθ)；在第(3)種情形中，a1=μgcosθ+gsinθ，a2=gsinθ-μgcosθ(μ

表2

在理清受力和運動狀態(tài)的基礎上，通過由簡單到復雜的運動過程分析，使學生逐步認識力與運動關系的本質，從而形成運動與相互作用觀，科學思維能力由低階向高階發(fā)展。

2.3 深研摩擦力做功，養(yǎng)成科學態(tài)度

在掌握力與運動的關系的基礎上，進一步研究摩擦力做功問題，讓學生明了摩擦力對物體可以做正功和負功、也可以不做功。

(1) 靜摩擦力做功特點

如圖3所示，在F的作用下，兩物塊在水平面上共同向右做勻加速運動。兩物塊間的靜摩擦力對物體m做正功，對物體M做負功，靜摩擦力等值反向，兩物體位移相同，所以靜摩擦力對兩物體做功的代數和為零。

圖3

師生共同探討后歸納：①靜摩擦力對物體可以做正功，也可以做負功；②一對靜摩擦力對系統的總功為零。

(2) 滑動摩擦力做功特點

以子彈射擊木塊為例，如圖4所示，質量為m的子彈以速度v0打入質量為M的木塊，最終以共同速度運動，在該過程中木塊發(fā)生的位移為x，子彈打進入木塊深度為d。假設打入過程中子彈、木塊間的摩擦力恒定為Ff，桌面光滑。

圖4

顯然，由子彈、木塊組成的系統動量守恒，mv0=(M+m)v，可以求出共同速度v。

對摩擦力的深度學習，系統地強化了運動與相互作用觀念、能量觀念等。通過進階式復習，提高了學生的科學思維能力；通過批判性復習，增強了學生科學探究的意識，促進了科學態(tài)度和責任的養(yǎng)成。

核心素養(yǎng)理念和新高考評價體系是基礎教育的航向標，我們必須遵循教育發(fā)展規(guī)律，尊重學生認知特點。指向培養(yǎng)物理學科核心素養(yǎng)的高三復習教學，應摒棄題海戰(zhàn)術，走向深度學習，重視學生的物理觀念的形成，培養(yǎng)學生的科學思維能力，落實科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)目標。[4]