基于深度學習理念的高中物理教學實踐①
——以“交變電流”教學為例

章 強 龐惠華

(1.江蘇省南菁高級中學，江蘇 無錫 214437；2.江蘇省江陰高級中學，江蘇 無錫 214400)

1 深度學習與物理課堂教學

當前物理教學中存在以下問題：教師注重知識的傳授和習題的反復(fù)訓練，忽視學生習得新知識和形成知識體系的過程；注重學生對知識掌握的熟練程度，忽視培養(yǎng)學生的興趣和自主探究能力。學生在學習過程中也必然習慣性養(yǎng)成“被動接受”的學習方式，在面對新情境、新問題時往往束手無策。

深度學習圍繞學科核心內(nèi)容整合教材相關(guān)章節(jié)，開展基于項目、問題、探究、挑戰(zhàn)的學習，有助于學生獲得更多主動學習的經(jīng)歷。美國著名教育家布魯姆將在認知領(lǐng)域的學習目標分為“知道、領(lǐng)會、應(yīng)用、分析、綜合及評價”六個層次，深度學習對應(yīng)于后四個較高級的認知層次，強調(diào)對“學習本質(zhì)”的回歸，不僅注重知識的習得，還注重學生學習過程的體驗，側(cè)重于高階思維能力的發(fā)展和復(fù)雜問題解決能力的提升。

基于深度學習理念的課堂教學應(yīng)該具備如下特征：(1)用教材而不依賴教材，能對教材內(nèi)容進行重組和補充，提煉出深度學習的框架；(2)重知識更重過程，尊重學生的認知規(guī)律，讓學生有足夠的時間真正去探究；(3)在關(guān)注學習結(jié)果的同時，更注重激發(fā)學生的學習興趣，提升其思維能力，讓學生在遇到新問題時，具有探究的興趣和能力。

2 教材的深度分析與改進

2019年11月筆者受邀參加了江蘇省華羅庚中學的“聚焦核心素養(yǎng)，實施深度教學”公開教學活動，對“交變電流”的教學進行了分析和改進。

人教版教材在“交變電流”一節(jié)中，通過手搖發(fā)電機的實驗演示，讓學生來區(qū)分交變電流與直流電，然后介紹交流發(fā)電機的構(gòu)造，最后通過對四個不同時刻的分析，總結(jié)出交流電的產(chǎn)生機理。仔細對比教材內(nèi)容和課堂教學實際，筆者發(fā)現(xiàn)：(1)教材只是精煉地介紹了本節(jié)學習的知識重點，交流電作為電磁感應(yīng)的應(yīng)用，課堂教學應(yīng)喚醒學生應(yīng)用已有知識來解決問題的意識；(2)本節(jié)的教學難點是學生的自主建模，建模應(yīng)是教學的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過深度分析教材，筆者把“交變電流”一節(jié)的教學分為以下環(huán)節(jié)：情境導入、概念介紹、討論建模、數(shù)學推導、得出結(jié)論(圖1)。

圖1

3 教學活動的設(shè)計與開展

3.1 模擬發(fā)電情景，激發(fā)探究興趣

教材中的課題引入是用演示實驗展示交流電的特征，在手搖發(fā)電機兩端分別并聯(lián)兩個極性相反的發(fā)光二極管，當手搖發(fā)電機轉(zhuǎn)柄時可以看到發(fā)光二極管交替閃亮。通過實驗現(xiàn)象只能得出交流電方向的周期性變化，為了更直觀地顯示教學目標中正弦交流電的特征，經(jīng)過反復(fù)實踐，筆者選擇了微型風力發(fā)電機(圖2)，結(jié)合電流傳感器來顯示交流電隨時間變化的關(guān)系。教師在授課中邀請學生操作，增加了學生的參與機會，在呈現(xiàn)圖像時選擇風力發(fā)電機即將停止前的一段圖像(圖3)，引導學生思考分析，課堂實錄如表1。

圖2

圖3

表1

3.2 辨析設(shè)備構(gòu)造 提高建模能力

微型風力發(fā)電機的內(nèi)部構(gòu)造不可見，課堂中引導學生應(yīng)用已有知識猜想：風力發(fā)電機內(nèi)部應(yīng)該有哪些元件？通過上一章“電磁感應(yīng)”的學習，學生自然想到磁鐵和線圈。教師展示手搖式發(fā)電機，肯定大家猜想的正確性，但由于實驗室手搖式發(fā)電機構(gòu)造較為復(fù)雜，其中磁場是輻向磁場(圖4)。改變手搖式發(fā)電機中的磁場，新磁場由兩個相互靠近的異名磁極提供，該磁場可以近似看成是勻強磁場，改進型手搖式發(fā)電機同樣可以使發(fā)光二極管交替閃爍(圖5)。

圖4

對于該手搖式發(fā)電機產(chǎn)生交流電的原理，需要引導學生將實物圖抽象成原理圖，讓學生自行畫出原理圖，整個建模的過程可以歸納為如圖6所示的步驟。

圖6

3.3 設(shè)計學習任務(wù)，引導真正探究

基于深度學習理念的高中物理課堂應(yīng)該關(guān)注學生思維的活躍度，而不是形式上的熱鬧。學生思維是否活躍取決于教師設(shè)計的學習任務(wù)是否合理，為了提升學生的思維能力，必須設(shè)置有思維深度和挑戰(zhàn)性的學習任務(wù)。問題難度應(yīng)處于學生“最近發(fā)展區(qū)”，給學生提供充足的思考空間和時間，允許學生有試錯的機會，讓學生自尋解決的路徑。對于難度超出學生當前能力的問題，教師可以給學生鋪設(shè)足夠的“臺階”，或者拆解問題，讓學生順利完成探究。

在模型建構(gòu)環(huán)節(jié)，從線圈轉(zhuǎn)動的“一般位置”入手，讓學生分析此位置的磁通量變化情況、電流方向、等效電源的正負極等問題，讓學生自己提出想要解決的問題。首先要分析兩個特殊位置——中性面和垂直中性面的位置，分析后學生自然明白線圈轉(zhuǎn)動的“一般位置”是在兩個特殊位置學習基礎(chǔ)上的整合。尊重學生的認知規(guī)律，注重學生在學習過程中的體驗，讓學生學會學習，才會回歸學習的本質(zhì)。

在線圈轉(zhuǎn)動“一般位置”處電動勢瞬時值表達式的推導過程中，筆者針對圖7所示的情景，設(shè)計了6個問題(表2)，鋪設(shè)足夠的臺階，減少問題的坡度，使學生保持足夠的學習自信。

圖7

表2

3.4 比較推導方法，增加思維廣度

教材中正弦式交流電瞬時值的推導方法是建立在“轉(zhuǎn)動切割”模型之上的，用的是動生電動勢公式E=BLV，但從感應(yīng)電流產(chǎn)生的本質(zhì)來看是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。引導學生分析線圈轉(zhuǎn)動過程磁通量的變化規(guī)律也是本節(jié)內(nèi)容深層次的認知要求，學生可以分析得出磁通量隨時間的變化滿足余弦規(guī)律(從中性面開始計時)，讓磁通量和電動勢瞬時值隨時間變化的規(guī)律在同一個時間軸上呈現(xiàn)，深度對比兩個物理量在峰值、相位、周期以及表達式的區(qū)別和聯(lián)系?！笆谌艘贼~不如授之以漁”，學生學會了對比和知識遷移，事半功倍。

拆開風力發(fā)電機的后蓋，可以看到風力發(fā)電機和手搖式發(fā)電機在構(gòu)造上有所不同，風力發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)磁極式，而手搖式發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)電樞式。

4 結(jié)語

深度學習要求培養(yǎng)學生的高階思維，使學生具有較強的邏輯分析能力、批判思維能力和解決復(fù)雜問題的能力。高中階段對科學思維培養(yǎng)的要求為：具有構(gòu)建理想模型的意識和能力，能正確使用物理思維方法，從定性和定量兩個方面進行科學推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論，并能解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題。深度學習理念和物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標不謀而合，在高中物理教學中，不僅要注重知識學習的結(jié)果，讓學生獲得知識和技能，同時也要關(guān)注學生學習的過程和認知規(guī)律，發(fā)展學生的高階思維。基于深度學習理念的高效課堂關(guān)注學生的自然成長，不僅關(guān)注“學了什么”，而且還關(guān)注“學會了什么”，真正培養(yǎng)具有高階思維能力、具有創(chuàng)新意識的新時代科技人才。