重演知識(shí)發(fā)生過程 促進(jìn)物理深度學(xué)習(xí)——以“運(yùn)動(dòng)的描述”教學(xué)為例

(1. 廣東省臺(tái)山市第一中學(xué),廣東 臺(tái)山 529200;2. 廣東省深圳市龍華高級(jí)中學(xué),廣東 深圳 518109)

1 引言

深度學(xué)習(xí)是一種基于高階思維發(fā)展的理解性學(xué)習(xí),具有注重批判性理解、強(qiáng)調(diào)內(nèi)容整合、促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)、著意遷移運(yùn)用等特征。如圖1所示，要實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，教師需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體規(guī)劃，設(shè)置真實(shí)的情境，使學(xué)生在重演科學(xué)探究的過程中，掌握科學(xué)思維方法，明了物理知識(shí)發(fā)生的原因、形成的經(jīng)過及發(fā)展的方向，在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)會(huì)遷移運(yùn)用，通過思維導(dǎo)圖的制作建構(gòu)較完整的知識(shí)體系，達(dá)到促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)。本文以“運(yùn)動(dòng)的描述”為例，探討在“知識(shí)重演”中促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效教學(xué)路徑。

圖1

2 重演知識(shí)的發(fā)生過程,促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

2.1 單元整體備課，構(gòu)建知識(shí)架構(gòu)

物理知識(shí)是存在嚴(yán)密邏輯關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體，教學(xué)中不能因課時(shí)將它們割裂開，人為造成知識(shí)的碎片化。要以大單元備課的思路統(tǒng)整教學(xué)內(nèi)容，將看似零散的知識(shí)串聯(lián)起來，知識(shí)的發(fā)生過程、科學(xué)的發(fā)展歷程或者學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)備都可以作為規(guī)劃知識(shí)重演的線索。單元整體備課的目的是構(gòu)建知識(shí)架構(gòu)，避免出現(xiàn)碎片化的淺層學(xué)習(xí)。

“運(yùn)動(dòng)的描述”一章以概念為主，是高中物理的開端，也是運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)，只有理解了這些概念，才能深入探究運(yùn)動(dòng)規(guī)律。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，容易將單個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)概念作為獨(dú)立的教學(xué)單元來處理，不利于學(xué)生形成知識(shí)體系。整體單元教學(xué)設(shè)計(jì)是要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中明白：為什么要引入這些物理量？它們之間有什么關(guān)聯(lián)？這些物理量是如何描述運(yùn)動(dòng)的？如何將這些概念作為一個(gè)整體，重演物理學(xué)家研究運(yùn)動(dòng)的過程？“運(yùn)動(dòng)的描述”整體教學(xué)設(shè)計(jì)框架如下：

(1) 描述物體空間位置變化需要的物理量及其科學(xué)方法(圖2);

(2) 用類比的方法引出速度和加速度的概念;

(3) 用速度和加速度描述物體的運(yùn)動(dòng);

(4) 學(xué)習(xí)測(cè)量速度與加速度的實(shí)驗(yàn)原理、方法。

圖2

本章規(guī)劃知識(shí)架構(gòu)的思路是以學(xué)生現(xiàn)有分析問題的思路為主線，體現(xiàn)“有實(shí)際需要才引入新的物理量”的研究思路，與科學(xué)研究的發(fā)展歷程基本一致，也突顯了類比等科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

2.2 設(shè)置真實(shí)情景，回溯知識(shí)源頭

物理源自生活，物理概念的建立和規(guī)律的探究需要有合適的情境，真實(shí)的情境就是知識(shí)產(chǎn)生的源頭，能促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)，對(duì)抽象概念的構(gòu)建起著關(guān)鍵作用。北京大學(xué)趙凱華先生指出：加速度是人類認(rèn)識(shí)史上最難建立的概念之一,也是每個(gè)初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念。結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)加速度的引入，進(jìn)行如下的教學(xué)設(shè)計(jì)。

教學(xué)片段1：加速度的引入

環(huán)節(jié)1：播放中央電視臺(tái)科普綜藝節(jié)目“加油向未來”中張培萌與山鷹戰(zhàn)機(jī)50米競(jìng)速的視頻(圖3)。

環(huán)節(jié)2：請(qǐng)從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析，人與飛機(jī)競(jìng)速賽跑，最初張培萌為什么可以獲勝？

設(shè)計(jì)意圖：為解釋這一現(xiàn)象，學(xué)生能意識(shí)到是“起跑快”，但原有描述運(yùn)動(dòng)的物理量顯然無(wú)法描述“起跑快”，需要引入新的物理量來描述這種情況，使學(xué)生理解引入“加速度”這一物理量是為解決實(shí)際的問題，明確這一知識(shí)的來源。

環(huán)節(jié)3：列舉獵豹追捕羚羊和汽車銷售海報(bào)中的加速性能等生活實(shí)例(圖4)，用生活經(jīng)驗(yàn)體會(huì)加速度，說明引入加速度這一物理量的必要性。

2.3 經(jīng)歷科學(xué)探究，發(fā)展科學(xué)思維

深度學(xué)習(xí)還包括學(xué)習(xí)有深度的知識(shí)，如科學(xué)知識(shí)的來源與產(chǎn)生、知識(shí)的作用與價(jià)值、知識(shí)間的關(guān)系與結(jié)構(gòu)等，其中學(xué)習(xí)物理學(xué)研究中的科學(xué)方法是深度學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。

教材內(nèi)容多是科學(xué)研究的結(jié)果，是靜態(tài)知識(shí)，它略去了知識(shí)形成與發(fā)展的生動(dòng)過程，尤其是物理學(xué)家們獨(dú)特的思維、精巧的方法，使學(xué)習(xí)者難以體驗(yàn)探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅。教師的任務(wù)就是要豐富教學(xué)內(nèi)容，以問題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，讓學(xué)生親自參與知識(shí)的再發(fā)現(xiàn)過程，像物理學(xué)家一樣思考問題，在學(xué)習(xí)與思辯中形成對(duì)客觀事物的本質(zhì)及內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)與理解，將物理學(xué)方法內(nèi)化，達(dá)成發(fā)展科學(xué)思維的目標(biāo)。

教學(xué)片段2：描述物體位置變化

問題1：如何確定一個(gè)有形狀和大小的物體的位置？

問題2：如何用數(shù)學(xué)方法描述一個(gè)點(diǎn)的位置？

問題3：路程能否描述物體位置的變化？

問題4：如果一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的路程為10米，它的最終位置在哪里？

問題5：如何才能確定最終的位置，以上描述缺少了什么關(guān)鍵信息？

設(shè)計(jì)意圖:科學(xué)研究是一個(gè)復(fù)雜的思維過程，絕大多數(shù)學(xué)生是不能獨(dú)立完成的，因此，需要教師用問題引導(dǎo)學(xué)生的思考，以階梯式的問題降低思維跨度，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究帶來的成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使他們掌握科學(xué)探究的基本方法，提升其科學(xué)思維，培養(yǎng)他們的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

教學(xué)片段3：用類比方法建立加速度的概念(圖5)

圖5

環(huán)節(jié)1：物體的位置會(huì)發(fā)生變化，但不同物體位置變化情況不同，如何比較位置變化的快慢？

環(huán)節(jié)2：速度也是變化的，速度變化快慢也是人們關(guān)注的物理量，如何用類比方法比較速度變化的快慢？

環(huán)節(jié)3：與之相對(duì)應(yīng)，加速度也可能是變化的，如何比較加速度的變化快慢？有實(shí)際價(jià)值嗎？速度變化快慢是一個(gè)很重要的物理量，與生活和科學(xué)研究密切相關(guān)。

第一，要增或減農(nóng)村金融機(jī)構(gòu)的政策性職能。農(nóng)村地區(qū)的金融性機(jī)構(gòu)要與地方政府合作，幫助政府共同完成鄉(xiāng)村建設(shè)目標(biāo)，而在這個(gè)過程中，金融機(jī)構(gòu)也能夠通過優(yōu)化服務(wù)的方式開拓農(nóng)村市場(chǎng)，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益，而經(jīng)濟(jì)利益的實(shí)現(xiàn)必然是以地區(qū)整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為前提。

設(shè)計(jì)意圖:科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面，是深度學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，對(duì)科學(xué)思維方法的教學(xué)不能只用滲透的方式，需要在教學(xué)中適時(shí)顯化，圍繞教學(xué)內(nèi)容展開學(xué)習(xí)，并在不斷學(xué)習(xí)中得到鞏固。類比方法是科學(xué)研究中常用的方法，也是高中物理學(xué)習(xí)的重要方法，通過類比建立加速度的概念，有助于學(xué)生掌握這一基本的科學(xué)研究方法，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

環(huán)節(jié)4：搖一搖、智能接聽以及游戲控制功能的實(shí)現(xiàn)都是通過手機(jī)內(nèi)的加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)。

環(huán)節(jié)5：利用“手機(jī)物理工坊”等APP，用手機(jī)內(nèi)的加速度傳感器測(cè)量手機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度(圖6)，感受生活中的加速度。

圖6

設(shè)計(jì)意圖:在理論學(xué)習(xí)后，需要實(shí)踐體驗(yàn)，這是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的重要途徑。由于應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)加速度需要學(xué)生具備一定的理論和實(shí)驗(yàn)技能，而應(yīng)用手機(jī)傳感器測(cè)量加速度，操作簡(jiǎn)單、直觀明了，能在真實(shí)情境下感受生活中的加速度，達(dá)到實(shí)踐體驗(yàn)的目的，此實(shí)驗(yàn)還為“自由落體運(yùn)動(dòng)”及“超重與失重”奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.4 解決實(shí)際問題，提升關(guān)鍵能力

解決實(shí)際問題是實(shí)踐運(yùn)用的過程，也是教學(xué)目標(biāo)之一?！吨袊?guó)高考評(píng)價(jià)體系》要求：通過設(shè)置真實(shí)的問題情境，考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問題的能力，允許學(xué)生從多角度作答，使“死記硬背”“機(jī)械刷題”“題海戰(zhàn)術(shù)”的收益大大降低，引導(dǎo)學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從“解題”向“解決問題”、從“做題”向“做人做事”轉(zhuǎn)變。

教學(xué)片段4：生活中的加速度計(jì)算

環(huán)節(jié)1：展示如圖4所示的汽車銷售海報(bào)，分析海報(bào)中與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息。

環(huán)節(jié)2：由“百公里加速”所用時(shí)間計(jì)算汽車啟動(dòng)階段的加速度。

教學(xué)片段5：測(cè)量速度

應(yīng)用“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”“光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器”或“閃光照片”測(cè)量速度，這三種方法科學(xué)研究的背景比較濃厚，但儀器不方便攜帶及操作。而手機(jī)與生活關(guān)系密切，用于實(shí)驗(yàn)，更能激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究、解決實(shí)際問題的欲望。應(yīng)用相機(jī)、手機(jī)“連拍”功能(需已知連拍時(shí)間間隔)合成的照片測(cè)速度(圖7)是“閃光照片”實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用；利用“模糊照片”(圖8)測(cè)速度(需知道照片曝光時(shí)間)是“光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器”實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用。還有用“滴水法”測(cè)量速度是“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用等。

圖7

圖8

設(shè)計(jì)意圖:用手機(jī)等生活器材測(cè)速度具有項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和綜合實(shí)踐活動(dòng)的特征，體現(xiàn)了STSE的理念，在解決實(shí)際問題的過程中，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力，在動(dòng)手動(dòng)腦的過程中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

2.5 運(yùn)用思維導(dǎo)圖，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

讓學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖完成知識(shí)體系的建構(gòu)，可以更直觀地呈現(xiàn)物理概念、規(guī)律間的聯(lián)系，還原大單元的教學(xué)規(guī)劃。思維導(dǎo)圖還為師生、生生交流提供了良好的素材，形象直觀地顯示了制作者的知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，使交流更有針對(duì)性。思維導(dǎo)圖“顯化”了研究問題的科學(xué)方法，突顯科學(xué)思維在科學(xué)探究中的重要作用，同時(shí)也使學(xué)生在建構(gòu)思維導(dǎo)圖的過程中，逐漸養(yǎng)成運(yùn)用科學(xué)思維方法研究問題的習(xí)慣。

為促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，在教學(xué)中需要讓學(xué)生自主思考、積極參與，讓學(xué)生真正動(dòng)起來。深度學(xué)習(xí)的課堂應(yīng)突出“三大量”——大信息量、大參與量、大思維量，在物理教學(xué)中重演知識(shí)發(fā)生的過程，符合深度學(xué)習(xí)的課堂特征，是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效路徑。