基于深度學習的物理教學情境重構(gòu)

摘? ?要

知識源于生活，理論源于實踐，通過合適的情境，可以拉近學生與物理學科內(nèi)容之間的距離，促進學生的深度學習。以比熱容一節(jié)為例，分析了教科書中各環(huán)節(jié)情境的不足之處，對當前教學情境進行了重構(gòu)，促進學生對比熱容這一抽象概念形象化、具體化、立體化的理解，幫助學生從淺表學習跨越到深度學習，從而有效培育學生物理學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞

深度學習? 教學情境? 情境重構(gòu)? 比熱容

深度學習最早于1976年由美國學者提出[1]，以后陸續(xù)有各國學者在此基礎(chǔ)上對深度學習進行不同角度的分析和研究，國內(nèi)也有不少學習者對深度學習進行了廣泛研究。郭華教授認為深度學習強調(diào)學生的學習投入狀態(tài)和內(nèi)容的挑戰(zhàn)性以及教師的引導作用[2]。安富海教授認為，深度學習強調(diào)內(nèi)容整合，著意建構(gòu)反思，注重批判理解，重視遷移運用[3]。結(jié)合目前國內(nèi)外關(guān)于深度學習的研究，筆者比較認同：深度學習是一種基于理解的學習，涉及學習的投入程度、認知體驗和思維程度等方面，是提升物理學科核心素養(yǎng)的高效途徑。筆者認為：深度學習是基于興趣的投入式學習，是深入學科本質(zhì)的理解性學習，是跨越學科界限的融合性學習，是基于學科核心素養(yǎng)的發(fā)展性學習。

教學情境，是指在教學過程中教師有目的地創(chuàng)設(shè)以形象為主體的生動具體的場景。通過教學情境可以引起學生的某些情緒體驗，從而幫助學生理解知識，獲取技能，并使學生心理機能得到發(fā)展[4]。筆者認為，情境是學生和知識間的媒介和橋梁，合理的教學情境可以使學生通過這個媒介感受知識和規(guī)律的真諦，通過“橋梁”一步步到達知識的彼岸。

比熱容是初中階段較抽象的概念，因為沒有具體實物依托，學生通常理解困難。為了幫助學生形象化地理解比熱容，有必要創(chuàng)設(shè)更加合理的情境，讓學生在具體情境中破除錯誤的前概念，顯化深刻的理解概念、升華概念。

一、重構(gòu)課堂導入情境，彰顯概念本源

實驗和經(jīng)驗事實是物理概念的基本來源，物理概念反映的是這些實驗和事實的本質(zhì)特征[5]，教師所創(chuàng)設(shè)的情境，僅僅只與概念有關(guān)是不夠的，還應具有直觀性、誘發(fā)性和針對性，使學生能夠根據(jù)情境直觀感受概念的特點，積極思考概念的內(nèi)涵，直達概念的本質(zhì)。因此，新概念的引出需創(chuàng)設(shè)合理情境，結(jié)合經(jīng)驗事實，誘發(fā)學生思考，只有學生明白了引入這個概念的緣由，才能真正理解概念的內(nèi)涵。

教科書（人教版[6]）中比熱容一節(jié)利用“同樣日照，為什么海水和沙子溫度不同”這一情境問題導入，然后猜想可能是“物質(zhì)的吸熱能力不一樣”。然而這一情境并不利于學生感受和理解新概念。首先，此情境距離學生生活遙遠。中西部地區(qū)，去過海邊的同學畢竟是少數(shù)，即使去過的同學，留意到這個現(xiàn)象的亦是少數(shù)。其次，此情境有“站在終點看起點”之嫌。沙子和海水存在的目的本就不是為了吸熱，學生又怎么會根據(jù)其“溫度不同”聯(lián)想到“吸熱能力不同”？學生被老師和課本“牽”著走，強行“灌輸”有可能是物質(zhì)的吸熱能力不同，自然不能很好地理解比熱容的內(nèi)涵。最后，這一情境既不嚴謹也不符合學生的知識結(jié)構(gòu)！教學實踐中發(fā)現(xiàn)，由于之前學過物態(tài)變化的相關(guān)知識，有相當一部分學生認為海水的溫度比沙子低是因為水蒸發(fā)會吸熱！事實上，蒸發(fā)吸熱確實會導致液體溫度降低，根據(jù)實驗，熱平衡狀態(tài)下液體的溫度通常要比環(huán)境溫度低2℃，此時液體因為溫差從環(huán)境中吸收的熱量剛好用于蒸發(fā)！所以，教科書中的導入情境，既不嚴謹也不利于學生從本質(zhì)上感受和體驗概念。

為了讓學生直觀感受物質(zhì)的吸熱能力，從本源上理解概念引入的緣由，有必要對當前教學情境進行重構(gòu)，創(chuàng)設(shè)更加合理的吸熱情境?，F(xiàn)實生活中，拖拉機和汽車都要加冷卻液，而冷卻液存在的目的就是為了吸熱，因此可以精心創(chuàng)設(shè)冷卻液的情境，引導學生感受吸熱能力。

給學生展示拖拉機加水（圖1）、汽車水溫報警燈（圖2）的照片。然后讓學生思考加水的目的是什么，通過思考，學生可以得出是“為了降溫”，那么為什么冷卻液用水而不用其他液體，比如煤油？可能有學生會猜想水比較便宜，可以繼續(xù)追問：對于一輛汽車而言，選用冷卻液，僅僅只考慮價格問題？經(jīng)過討論與學生一起得出，還必須要考慮“降溫效果”，繼而進一步拓展到吸熱能力。

用此情境導入，貫徹了從生活走向物理的新課程理念。冷卻液的目的，就是為了吸熱，通過水和其他液體對比，自然而然地引出“吸熱能力”概念，有效彰顯了概念本源，促進學生對概念的深度理解。

二、重構(gòu)探究實驗情境，賦予實驗意義

教科書中設(shè)計的“比較水和食用油的吸熱情況”這一實驗，由于缺乏生活中的具體情境和問題作為支撐，學生并不知道探究的意義何在，純粹是為了探究而探究，從而很難全身心的投入。再者，實驗環(huán)節(jié)與導入環(huán)節(jié)的研究對象突變，不利于學生學生科學思維的培養(yǎng)。以海水和沙子導入，用水和食用油實驗，研究對象突變，學生思維容易出現(xiàn)斷層。由于存在這些不足，在整個實驗過程中，學生的情緒很難被真正喚醒，加之實驗的枯燥和繁瑣，導致本應幫助學生理解相關(guān)概念的實驗，反而成了學生必須記住的“累贅”。

為了激發(fā)學生興趣，有必要以一定的情境為背景，從而賦予探究實驗意義。為了保持學生思維的連貫性，可以延續(xù)導入部分的情境，用探究實驗“比較不同冷卻液的降溫能力”替代教科書中“比較不同物質(zhì)的的吸熱能力”的實驗，讓學生探究“哪種冷卻液更好”。

以實際情境為背景，恰當?shù)亟?gòu)模型，使得探究實驗不再空洞。通過冷卻液模型，學生知道哪種液體溫度低，必然降溫效果好（吸熱能力強），以此輕松破除“升溫快吸熱能力強”這一錯誤前概念。學生在實際情境中主動參與，高效投入，不僅可以輕松理解本實驗中的控制變量法和轉(zhuǎn)換法，還可以輕松建構(gòu)吸熱能力概念并真正理解其內(nèi)涵，實現(xiàn)從淺表學習向深度學習的跨越！

三、重構(gòu)概念定義情境，明確公式本質(zhì)

對于比熱容公式的引出，教科書并未有任何情境，而是直接介紹，其介紹“怎樣表示不同物質(zhì)這種性質(zhì)上的差別呢？物理學引入了比熱容這個物理量，一定質(zhì)量的某種物質(zhì)在溫度升高時吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度之比，叫做這種物質(zhì)的比熱容”。這種引出方式缺乏情境支撐，學生很難深度理解比熱容為什么要用■來表示。

比熱容公式是根據(jù)比值定義法得出的，比值定義法的本質(zhì)是比較，要使比較更科學，必須在比較時選取相同的標準，所以才采用兩個或者多個物理量相比以實現(xiàn)標準統(tǒng)一[7]。為了促進學生對公式的深度理解，有必要創(chuàng)設(shè)無法直接比較物質(zhì)吸熱能力的情境，引發(fā)認知沖突，進而引導學生運用比值定義法層層遞進地得出比熱容的公式。

通過設(shè)置合適的比較情境，引發(fā)認知沖突，從而引出比值定義法，自然而然地得出了比熱容公式，水到渠成。通過層層遞進的比較，幫助學生理解引入比熱容公式的緣由，促進學生對比熱容公式本質(zhì)的理解，從而幫助學生深度建構(gòu)比熱容概念。

四、重構(gòu)概念類比情境，活化抽象概念

比熱容是一個較抽象的概念，學生通常理解困難。教科書并未設(shè)計任何內(nèi)容幫助學生形象化地理解比熱容概念。為了促進學生深度理解比熱容概念，可以尋找一些生活中常見的類似概念，將比熱容與之類比，幫助學生深度理解比熱容概念。

首先，將“熱容”與“水容”類比，增強學生的直觀體驗。兩個容器，底面積不同但高度相同，讓學生比較兩個容器“水容量”大小，繼而追問：以同樣的速度向兩個容器注水，哪個容器的液面升的更快？于是和學生一起得出：當加水速度相同時，“水容”小的容器，液面升高的反而更快。所有的物體都可以看做是一個熱容器，因為它們都可以存儲熱量（吸熱），與水容器類似：當吸熱速度相同時，“熱容”（比熱容）小的物體（質(zhì)量相等），溫度升高的反而更快。

其次，將“熱容”與手機電池的“容量”類比。給出兩臺電池容量不同但型號相同的手機，都用同一個軟件播放當下最熱的電影，調(diào)節(jié)它們的亮度和音量都一樣，讓學生觀察兩臺手機的電量變化情況。讓學生思考：當耗電速度相同時，電池“容量”小的手機，電量降的快還是慢？結(jié)合學生比較有興趣的電量和電影，在點燃學習氛圍的同時，也通過合理類比輕松得出：當放熱速度相同時，溫度降低快的物體（質(zhì)量相等），熱容量（比熱容）小。

最后，將“熱容積”與體積類比。給出圖3，容器的體積（容積）的計算公式為：體積=長×寬×高。與此類似，我們也可以用此方法計算熱容器的“熱容積”，其計算公式為Q=Cm△t。式中m和△t分別代表質(zhì)量和升高的溫度，而C則是物質(zhì)的一種特性，稱為比熱容，且通過推導可得C=■。用學生非常熟悉的體積類比，就將比熱容和熱量概念形象化、直觀化、立體化了。

比熱容和熱量概念是看不見摸不著的抽象概念，將抽象的比熱容與生活中常見的具體實物類比，給學生的認知搭建了一個可視化的支架，幫助學生形象化地理解比熱容概念，有效培育了物質(zhì)觀念、科學思維等物理學科核心素養(yǎng)。

五、重構(gòu)問題拓展情境，促進知識遷移

物理與生活密切聯(lián)系，新課標倡導“從生活走向物理，從物理走向社會”。在拓展應用部分，教科書采用的是“文字”情境，即用文字陳述海邊的晝夜溫差比沙漠小，并引導學生運用比熱容解釋。為了增強學生的體驗性，有必要創(chuàng)設(shè)能夠激發(fā)學生的視覺、聽覺的問題情境，從而促進知識遷移，深化知識。

給學生介紹生活中常見物質(zhì)的比熱容（包括水和沙子）數(shù)據(jù)。接著播放三亞市的海景風光視頻，作為對比，展示新疆吐魯番漫漫黃沙的視頻，最后展示兩地的天氣預報，提出問題：為什么同一個太陽，吐魯番白天最高氣溫比三亞高而晚上最低氣溫又比三亞低？

很多同學沒去過三亞和新疆，通過視頻和圖片創(chuàng)設(shè)情境并提出問題的方式，三亞的碧海藍天、云淡風輕，新疆吐魯番的漫漫黃沙、天高云低等風光都極大地刺激學生的視覺和聽覺等各種感覺，這些都大大地增強了學生的具身體驗，可以有效促進學生聯(lián)想到是沙子和水的比熱容不一樣導致的溫差不同，從而進一步幫助學生深化知識理解。

知識的存在離不開情境，知識的學習也是如此。教師應該用課本而不是教課本，對于不利于培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的的教學情境，應當予以大膽重構(gòu)，通過更加合理的情境引發(fā)學生的認知和情感體驗，激發(fā)學生已有的生活經(jīng)驗與體驗，促進學生的知識遷移，切實幫助學生建構(gòu)良好的知識結(jié)構(gòu)，在促進學生的深度學習的同時切實提升學生的學科核心素養(yǎng)[8]。

參考文獻

[1] 郭元祥.論深度教學：源起、基礎(chǔ)與理念[J].教育研究與實驗，2017（03）：1-11.

[2] 郭華.深度學習及其意義[J].課程.教材.教法，2016，36（11）：25-32.

[3] 安富海.促進深度學習的課堂教學策略研究[J].課程.教材.教法，2014，34（11）：57-62.

[4] 宋佰桐.初中物理概念教學中情境創(chuàng)設(shè)的研究[D].沈陽：沈陽師范大學，2016.

[5] 張放.情境創(chuàng)設(shè)在高中力學概念教學中的應用研究[D].銀川：寧夏大學，2015.

[6] 人民教育出版社課程教材研究中心.物理九年級全一冊[M].北京：人民教育出版社，2013：11-12.

[7] 黃培鋒.初中物理科學方法教育“比值定義法”教學實踐研究[D].廣州：廣州大學，2018.

[8] 任少鐸.熔化曲線切不可隨意繪制——對幾道中考試題中熔化曲線的商榷[J].物理教學，2019，41（07）：58+23.

【責任編輯? 孫曉雯】