有“深度”的設計 有“溫度”的教學

楊峻一，李正吉，李楊

摘? ?要：重慶市初中物理青年教師優(yōu)質課大賽是兩年一屆的全市物理教學交流大會，2021年的比賽主題是“基于深度學習的概念課和規(guī)律課教學”。文章以其中一節(jié)優(yōu)秀比賽課為研究對象，探討基于深度學習的理念實施有“溫度”的課堂教學，以更好地培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：2021年重慶青優(yōu)賽;深度學習;教學設計;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）11-0072-6

為了讓學生的學習真正發(fā)生，出現(xiàn)了許多新的教學模式，例如拋錨式教學，基于任務驅動的教學，基于問題的教學，PBL項目式教學，基于微視頻的翻轉課堂教學模式等。新的教學模式多突出對學生自主學習、獨立學習能力的培養(yǎng)，在此背景下，深度學習受到越來越多教師的關注。

深度學習是一種基于理解的學習，是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要學習方式[1]。深度學習與傳統(tǒng)學習不同的地方在于它更強調學習者主動地建構知識和批判性地學習，要求學習者理解學習內容的完整含義，建立已有知識與新知識的聯(lián)系，將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策并解決問題。深度學習的培養(yǎng)對于認知水平還在發(fā)展中的初中生具有十分積極的意義[2]。深度學習讓學生親身體驗概念和規(guī)律的建構過程，通過深度學習不僅可以讓學生獲得知識，更可以培養(yǎng)其物理學科核心素養(yǎng)。學生深度學習的機會源于教師的深度備課，因此2021年初中物理青優(yōu)賽以深度學習為主題是一次極好的實踐機會。

2021年重慶青優(yōu)賽有來自重慶市各區(qū)縣的50位青年教師同臺競技，展示他們的教學水平和教學技藝。比賽的過程中，筆者全程參與觀摩聽課。精彩的物理課堂給筆者留下了深刻的印象，基于深度學習理念設計的物理課堂處處滲透著培育學生物理學科核心素養(yǎng)的理念。通過對精彩的比賽課進行匯總、梳理、反思和總結，發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)質比賽課的共同特點可以為后續(xù)的深度學習實踐奠定扎實的基礎。

《科學探究——杠桿的平衡條件》一節(jié)包含了物理現(xiàn)象認識、物理概念建模、物理規(guī)律探究、物理知識的應用等內容，融合了模型構建、直覺猜想、歸納概括、證偽、科學質疑等思想方法，是一節(jié)鍛煉學生能力和思維的優(yōu)秀課例。本文以《杠桿》一課為例，探討如何用深度學習理念進行教學設計來實施有“溫度”的課堂教學，以提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。

1? ? 制定明確目標，厘清任務脈絡

學生達成深度的學習，應該建立在教師進行深度備課的基礎之上[3]。教師備課過程中第一要務是要清楚發(fā)展學生核心素養(yǎng)、學科核心素養(yǎng)與課程標準之間的關系，然后將學科核心素養(yǎng)的具體目標進行分解。學科核心素養(yǎng)是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的具體表達;學科課程標準是完成任務的目標理念和要求[4]?；诖?，《科學探究——杠桿的平衡條件》一節(jié)課的相關要求及設計思路如表1所示。

這節(jié)課采用實驗導入、生活事例加實驗體驗、師生互動、合作學習的思路展開教學，主要脈絡如圖1所示。

本節(jié)課目標明確，邏輯清晰，可操作性強。如圖1所示，本節(jié)課在設計時創(chuàng)設連續(xù)情境，在情境中不斷提出有挑戰(zhàn)性的學習任務，以任務鏈調動學生積極參與、突破重難點，以促進學生在課堂上的深度學習。

2? ? 創(chuàng)設魔術引入，激發(fā)學生興趣

通過自制的可以快速且隱蔽地改變支點位置的杠桿，設計提水情境。首先，展示自制實驗器材和一大桶水，請一個學生直接提水，結果他無法提起。接著，請一位看起來力氣較大的學生利用實驗器材提水，結果他仍然無法提起水桶。當大家都陷入思索的時候，授課老師在所有學生都沒有發(fā)現(xiàn)的情況下，快速地改變了盒中杠桿的支點，讓杠桿從一個費力杠桿變成了省力杠桿。讓同一個學生第二次利用相同的器材非常輕松地把一大桶水提了起來（圖2）。教師適時地鼓勵和感謝上臺學生的付出和配合，并與臺下學生一起報以熱烈的掌聲。學生們親眼看到臺上發(fā)生的一切，都驚奇眼前這一根有著魔力的棒，課堂被點燃，注意力都被吸引到老師這里。為什么兩次使用同一根棒的效果差距如此之大呢？學生們期待老師給出解釋，揣著疑問走進新課。

好的開始意味著成功了一半，通過神奇的魔術引入新課，能提升孩子們的學習積極性，讓他們從課堂一開始就對本節(jié)要學習的知識產(chǎn)生興趣，前后呼應，為后續(xù)深度學習以及魔術揭秘奠定基礎。深度學習一定要以學生專注的學習態(tài)度和投入為基礎，情境化的實驗是吸引學生注意力的有效途徑之一。

3? ? 體驗歸納總結，構建模型概念

通過回顧暖場視頻中孫悟空用金箍棒打妖怪的情境，現(xiàn)場請一個學生模擬棒打妖怪，接著讓學生體驗用核桃夾把核桃夾開和用開瓶器打開汽水瓶蓋?；趯W生的觀察和親身體驗，老師迅速抓住核桃夾和開瓶器的使用過程，通過PPT展示模擬動畫和關鍵詞，引導學生總結歸納，建構出模型概念，即杠桿的定義是在力的作用下繞著一個點轉動的硬棒，而后和學生一起認識支點、動力、阻力等概念。通過視頻展示現(xiàn)象，學生親身體驗杠桿的使用，讓學生在體驗中回憶生活經(jīng)驗得到感性認識，培養(yǎng)了學生根據(jù)現(xiàn)象進行模型建構的能力，加深了對概念的理解。接著追問用白紙能打開汽水瓶的瓶蓋嗎？讓學生體驗，深入思考并提出可能的方案，課堂留白為學生深入思考創(chuàng)造了條件，在“吊足了學生胃口”以后，教師演示將白紙對折多次以后用大拇指作為支點，用白紙做的杠桿打開了汽水瓶（圖3）。用這個實例鞏固理解概念，即在力的作用下可以繞點轉動的物體都是杠桿。通過白紙開汽水瓶的任務設計，讓學生更深入地理解杠桿概念模型，促進學生對概念的深度學習。

4? ? 科學探究規(guī)律，總結尋找方法

4.1? ? 師生體驗扁擔，猜想平衡條件

由杠桿模型建立引出杠桿平衡條件的探究，介紹杠桿平衡概念。接下來，進一步探究杠桿的平衡應該遵循怎樣的規(guī)律呢？

展示扁擔，學生觀察得出扁擔是杠桿，老師和學生共同體驗挑扁擔（圖4），師生互動，引導學生猜想杠桿平衡需要滿足的條件。如果在已平衡的扁擔（杠桿）右側籮筐內增加物品，抽象出如圖5所示的杠桿模型，即當F2增大時，要讓杠桿保持原來的平衡狀態(tài)，你有哪些辦法？學生通過思考老師提出的扁擔調節(jié)問題，對杠桿平衡條件有了初步猜想，可能與動力、阻力、動力和阻力到支點的距離四個量有關，即如圖5所示的四個物理量（F1、OA、F2、OB）。引導學生從已有的加減乘除四則運算法則和物理量的運算法則去思考，排除力和距離的加減關系，剩下力與距離之比（F1/OA=F2/OB）、之積（F1×OA=F2×OB）相等兩個猜想。

4.2? ? 學生實驗探究，檢驗兩種猜想

介紹探究所用器材，杠桿1根、鐵架臺1個、鉤碼6個，重點介紹實驗注意事項是實驗前調節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡;杠桿兩邊掛鉤碼，調節(jié)鉤碼到支點的距離，使杠桿再次在水平位置平衡，分工合作，一人操作，一人記錄;重復三次實驗即可。實驗完成后，引導學生試著總結記錄在學案上的數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的規(guī)律（表2）。教師在實驗過程中巡視并指導學生進行實驗探究。

實驗結束后全班學生和老師一起觀看、傾聽使用常規(guī)器材（有兩組學生使用的是教師自制的杠桿）的實驗小組代表匯報展示實驗現(xiàn)象和總結的實驗數(shù)據(jù)規(guī)律，初步獲得杠桿的平衡條件是F1×OA=F2×OB。

得出以上結論后，引導學習小組進行交流討論，看得出的結論是否具有普遍性。

4.3? ? 交流激發(fā)質疑，建構力臂概念

交流討論結束，兩個使用異形杠桿的小組展示他們的實驗器材，上講臺掛在提前準備的架子上（圖6），并用實物投影儀展臺展示記錄的數(shù)據(jù)和處理的結果，發(fā)現(xiàn)力和支點到力的作用點的距離乘積不相等。展示代表對剛才老師和同學們一起得出的結論提出質疑，教師鼓勵兩組學生的勇氣和實事求是的實驗態(tài)度。

基于此，教師適時提出問題：難道不同形狀的杠桿遵循的平衡條件不一樣嗎？啟發(fā)學生思考，促進深度學習。

在教師的引導下，其他小組的同學開始積極動腦思考，對兩個使用異形杠桿小組的實驗數(shù)據(jù)進行研究，分析可能的原因，并對自己的實驗結論進行質疑。

有學生提出，雖然支點到作用點距離不相等，但是它們的水平線相等，如圖6虛線所示。對于這樣的討論結果，教師給予充分的肯定和鼓勵，雖然語言還有待提煉，但是已經(jīng)非常接近物理本質。此時，教師利用十字激光器照亮器材，強化視覺沖擊，強調支點與力的作用線的垂線距離，啟發(fā)學生對比發(fā)現(xiàn)共同特征，總結出：物理學中把支點到力的作用線的距離叫作力臂。突破對力臂概念模型的構建。在得到力臂概念模型的基礎上，教師再次修正總結杠桿的五要素，得到正確的杠桿平衡條件。

通過這樣的設計，讓學生圍繞力臂概念模型的構建進行深度學習，讓《杠桿》一節(jié)中力臂概念模型的構建變得水到渠成，促進學生對概念的理解。

深度學習的精髓是提出具有挑戰(zhàn)性的學習主題，讓學生在完成任務的過程中全身心地參與，體驗成功，獲得發(fā)展。在杠桿平衡條件的探究過程中，沒有把力臂概念一開始就直接灌輸給學生，而是通過現(xiàn)象引起學生興趣，激活其生活經(jīng)驗后引導其進行直覺猜想，并在其獲得初步結論后交流討論，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新質疑的能力，在認知沖突中培養(yǎng)學生的科學思維，引導其建立準確的力臂模型。這節(jié)課的設計以生為本，培養(yǎng)使用異形杠桿小組學生的質疑精神，對其他小組學生則通過“認知沖突”觸發(fā)深度思考，針對學生的思維盲區(qū)進行教學設計，創(chuàng)設能夠引發(fā)學生認知沖突的情境，使他們產(chǎn)生困惑，觸發(fā)其深度思考[5]。力臂概念模型的構建和杠桿平衡條件的獲得讓學生經(jīng)歷了“現(xiàn)象觀察—模型建立—直覺猜想—實驗探究—證偽—交流討論”的探究過程，讓課堂的深度學習真正發(fā)生。

5? ? 學以致用，解疑釋難

應用杠桿的平衡條件解決實際問題是本節(jié)課的重點之一，由于平衡條件的探究過程是很充分的，規(guī)律也是學生通過自己的深度思考和探究得到的，因此重難點能夠輕松突破。

5.1? ? “分蘿卜”

創(chuàng)設實驗情境：有兩兄弟為了能夠公平地分一個蘿卜吵得不可開交。哥哥提出如圖7所示的方式分蘿卜，從懸點O豎直切開，弟弟欣然答應，高興地選擇了B部分，哥哥則吃剩下的A部分。

提出問題：如果是你，你選擇哪一部分？哥哥和弟弟誰吃虧了？哪個分得多一些？將問題拋給學生，并提示可以利用杠桿平衡條件作圖分析。教師巡視課堂，觀察指導學生在學案上作圖分析，提示學生檢查力臂是否畫正確，思考并分析分蘿卜問題的杠桿原理。作圖結束展示學生的學案，讓學生代表進行分析闡述。

最后，教師表揚學生，并現(xiàn)場演示將沿懸掛線切開的蘿卜放到天平上稱量，驗證學生的結論。本設計培養(yǎng)學生科學推理和論證的能力，用證據(jù)進行解釋表達觀點的能力。通過一系列的問題鏈和任務鏈吸引學生全程參與，促進深度學習。

5.2? ? 解釋“引入魔術”的奧秘

打開自制實驗器材的黑箱外殼，對導入實驗進行揭秘（圖8），并現(xiàn)場再次展示如何快速且隱蔽地改變杠桿支點位置，從而改變動力臂和阻力臂的長度關系。

在實驗揭秘的基礎上，對杠桿進行分類，認識生活中的三類杠桿，并引申到每一個人在社會中都應該各司其職，各盡其責。

該設計貫徹了“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念，教師進一步說明物理源于生活，但高于生活。杠桿平衡條件的探究和力臂概念模型的建構貼近生活經(jīng)驗，引導學生在掌握原理后學會運用原理解決問題。通過創(chuàng)設生活中的情境，激發(fā)學生運用物理原理和規(guī)律研究問題的意識，通過運用反過來加深學生對概念和原理的認識，培養(yǎng)了學生的科學探究能力。通過老師的深度備課促進學生的深度學習，有利于學生物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

6? ? 歌曲延伸課堂，感受先民智慧

最后，授課老師用改編歌曲的方式來總結杠桿，讓學生邊聽歌邊回憶本節(jié)課知識，在美的享受中通過高度概括化的歌詞，加深對知識的理解。歌曲MV中出現(xiàn)我國古代的杠桿（圖9），激發(fā)學生的好奇心，引導其感受祖先的智慧，鼓勵學生在課后對我國古代杠桿進行研究。

培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)離不開物理課堂的深度學習，但是我們不應只是局限在課堂上，而需延伸至課外，布置具有挑戰(zhàn)性的學習主題和任務，讓學生在課外綜合實踐活動中也能夠自覺地應用深度學習的素養(yǎng)分析、思考和解決問題。通過情境的創(chuàng)設、多彩的課程資源、學生體驗活動、設計任務鏈和問題鏈來深度備課，可以使學生更好地自主構建知識體系，最終完成對知識的遷移與應用，達到深度學習的目的[4]。 精心設計問題鏈，避免學生面對開放性過大的問題時，由于思維過于發(fā)散而導致教學主題偏離，也可以避免學生不加思考，機械回答“是不是” “對不對” 之類的問題而使學習流于淺層。明確問題的指向性，通過設問、反問、追問層層遞進，結合實驗觀察和理論分析，可以讓學生知其然，更知其所以然 [5]。

7? ? 小? ?結

讓學生深度學習的目的就是為了培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)，為其終身發(fā)展奠基，而應用深度學習理念的教學設計，是提升學生核心素養(yǎng)的重要途徑之一。深度學習的過程能夠讓學生習得物理觀念、發(fā)展科學思維、鍛煉科學探究能力、提升科學態(tài)度和責任，能夠讓我們的物理課堂更有“溫度”。

參考文獻：

[1]葉成林.基于深度學習的初中生物理概念建構質量提高策略——以蘇科版“壓強”教學為例[J].中學物理，2020，38（12）：12-14.

[2]管小雯.促進初中物理深度學習的教學模式初步研究[D].蘇州：蘇州大學，2015.

[3]任曄. 指向深度學習的深度備課——以蘇科版初中物理“凸透鏡成像的規(guī)律”備課為例[J].物理教師，2017，38（03）：33-35.

[4]丁加旗.物理學科核心素養(yǎng)課堂落實的有效途徑——以初中物理“二力平衡”一課為例[J].中學物理教學參考，2017，46（09）：64-66.

[5]陳雯歆.指向核心素養(yǎng)的初中物理“實驗創(chuàng)新”實踐與思考 ——以“壓力”概念的再建構為例[J].中學物理，2021，39（12）：43-45.

（欄目編輯? ? 李富強）