深度學習指導下的高中物理教學設計
——以“牛頓運動定律的應用”為例

石瀚松

(首都師范大學 100089)

對于物理學科來講，當我們把目光聚焦到一線教學的時候，發(fā)現(xiàn)教育教學活動的組織開展，囿于應試教育“唯分數(shù)論”的影響，仍存在一些桎梏：一方面學生對待自身的學習相對功利化，學習過程機械化，缺少積極體驗；另一方面，教師教學設計有時存在迷信課本，教學內(nèi)容重在讓知識服務于解題做題的情況，而忽略對學生物理觀念、思維訓練、遷移應用能力等學習品質(zhì)的提升，使學生學習層次處于較低的水平，不利于核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

1 深度學習與高中物理

“深度學習(Learning in Depth)”這一概念最早是由馬頓(Marton)和賽爾喬(Sajlo)在布魯姆認知目標分類理論的基礎(chǔ)上提出的，深度學習強調(diào)學習的過程應該把握知識的聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、關(guān)注學生的活動與體驗、注重學習內(nèi)容的本質(zhì)與變式、提升遷移與應用能力、引導價值與評價,是一種圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題開展，引導學生高意志情緒投入，促進學生高階思維、批判性思維發(fā)展的學習方式.

2 教學分析

2.1 現(xiàn)行教材不足

以現(xiàn)行人教版高中物理必修1為例，筆者基于深度學習理論分析教材內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)教材存在兩處不足.第一，教材以兩道例題的講解為主要內(nèi)容，教學進程單一，使學生思維活躍度處于較低的水平.第二，深度學習強調(diào)學習關(guān)注的焦點應該是“解決問題所需的核心論點和概念”，然而，整體法與隔離法作為分析物體受力情況的核心方法，教材中卻沒有重點強調(diào)，影響學生掌握解決問題的核心科學方法.

2.2 教學目標制定

基于以上分析，結(jié)合普通高中物理課程標準，制定本節(jié)課如下的教學目標.

知識與技能上，幫助學生進一步掌握牛頓第二定律公式F合=ma，學會結(jié)合受力分析和公式求解物理問題；過程與方法上，學生體會從整體到局部的分析路徑，掌握整體法和隔離法的使用方法以及使用原則；情感態(tài)度上，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S習慣，能辯證、批判地看待知識與方法，通過使用科學的方法來高效地解決物理問題，從而提升對物理學習的興趣.

3 基于深度學習的教學設計案例

下面以高中物理“牛頓運動定律的應用”為例，筆者將基于深度學習理論呈現(xiàn)該節(jié)內(nèi)容的教學設計，基本教學流程圖如圖1，希望為一線物理教師提供教學實踐參考.

圖1

3.1 創(chuàng)設情境，受力分析

趣味游戲：教師準備好兩塊木板、細繩和若干相同的紅色磚頭放置地面，邀請班里兩位同學上臺根據(jù)老師的指示完成游戲挑戰(zhàn).同學好奇挑戰(zhàn)內(nèi)容，紛紛積極舉手參與，老師隨機挑選兩位同學上臺.如圖2所示，老師要求甲同學左右手分別用手掌托起兩塊木板，乙同學將一塊磚頭遞給甲同學，甲同學迅速使木板相對，用木板夾起乙同學遞送的磚頭.要求甲同學只能水平發(fā)力.為了避免磚頭掉落誤傷自己，甲同學需要蹲下操作.

圖2

師甲同學，告訴下同學們感受如何，夾起一塊磚頭費力嗎？

學生甲不費力老師，我還能再加10塊！(同學們嬉笑)

師好，乙同學，給甲同學慢慢“上菜”！

隨著磚頭數(shù)量的增多，磚頭最終開始滑落，甲同學挑戰(zhàn)失敗.此時教師再次邀請甲同學用同樣的辦法夾起一塊磚頭.

師哪位同學可以告訴我，磚頭為什么不掉落？磚頭的受力情況是怎樣的呢？

同學們因為磚頭與木板之間的摩擦力與重力平衡，所以磚頭能不掉落！

設計意圖：深度學習強調(diào)學習者學習意志情緒的投入，強調(diào)知識的整合和關(guān)聯(lián)，因此教師可以通過趣味挑戰(zhàn)游戲調(diào)動同學們情緒，激發(fā)學習興趣，提升學習體驗；通過情景互動讓同學們直接參與到實際的物理問題，同時可以引導學生結(jié)合之前學過的靜摩擦、受力分析來分析物理現(xiàn)象，做到鞏固舊知.

3.2 案例變形，問題再現(xiàn)

教師將磚頭一分為二，再次邀請甲乙兩位同學進行配合，甲同學使用同樣的方式夾起斷裂為兩塊的磚頭，如圖3所示.

圖3

師請甲同學告訴大家，現(xiàn)在你感受有什么不一樣嗎？

學生甲沒有老師，還是和剛才的感覺一樣.

師那請問同學們，將磚頭一分為二之后，受力情況還和完整的時候是一樣的嗎？兩塊磚接觸的地方是否存在摩擦力呢？

同學們議論紛紛，有的認為是一模一樣的，因為甲同學說感覺一樣；有的說不一樣，覺得斷裂部分需要重新分析受力.

師在回答同學們的疑惑之前，我們再來看一種情況，還是請甲乙同學參與配合.

圖4

教師另外拿起一塊一樣的磚頭，將磚頭均勻地分成三份，如圖4所示，讓乙同學協(xié)助甲同學用同樣的方式夾起三塊小磚頭，保持磚頭靜止.同學們紛紛把目光投向臺上操作的兩位同學.

師請甲同學告訴大家，夾著三塊小磚頭和一塊完整的磚頭，感覺有什么不一樣嗎？

學生甲老師，感覺還是一樣的.

師那問題來了，同學們，將磚頭一分為三之后，受力情況還和一分為二、完整的時候是一樣的嗎？三塊磚接觸的地方是否存在摩擦力呢？

學生丙老師，磚頭一分為三的時候，中間的磚頭一定和旁邊的磚頭之間有摩擦，不然甲同學就夾不住它，肯定會掉落！一分為二的時候，不好說.

師丙同學思考的角度非常正確，一分為三的時候，磚頭之間存在摩擦力，但是老師這里先告訴大家答案，磚頭一分為二的時候，磚頭之間卻不存在摩擦力，同學們知道為什么嗎？

學生議論紛紛，分別表示疑惑.

設計意圖：深度學習需要學習者帶著批判性思維進行學習.同樣規(guī)格的磚頭，采用同樣的方式夾起，在完整、一分為二、一分為三的不同情況下，并不能因為同學甲的感覺不變，就判斷磚頭各部分受力情況相同，需要借助科學方法嚴謹分析.教師通過情景對比，先給出答案，讓學生產(chǎn)生認知沖突，再順勢導入隔離法和整體法的教學.

3.3 方法導入，整體與隔離

根據(jù)以上三次游戲場景，教師在黑板上依次畫出受力示意圖，針對磚頭一分為二和一分為三的情況，教師演示先從整體法分析磚塊受力情況，再用隔離法分析各小部分受力情況的過程，從而引入整體法與隔離法的教學.

3.4 情景變換，公式運用

引導學生通過整體法和隔離法分析連接體在加速狀態(tài)下的受力情況.如圖5所示.

師假設老師所用的拉力是F，磚頭與地面的動摩擦因素為μ，大磚頭重力為G，小磚頭重力為G/2，那么請問同學們，中間的小磚頭在水平方向受力情況是怎樣的呢？有沒有同學可以說一下思路，其他同學可以補充.

圖5

學生丁老師我有思路！既然三塊磚頭一起勻加速，那么我們可以把它們看成一個整體，分析水平方向上繩子的拉力和地面的摩擦力，就可以求出整體的加速度a.

師思路非常正確！

學生甲老師我接著補充！知道了整體加速度a，就可以采用隔離法，結(jié)合公式F合=ma求出上面磚頭在水平方向受到的摩擦力f1和中間磚頭在水平方向合外力F合2！而中間磚頭在水平方向上只可能受到上面和下面磚頭的摩擦力，分析f1和F合2的大小和方向，便可知下面磚頭對中間磚頭的摩擦力的方向和大小了！

3.5 整體法與隔離法運用原則闡釋

教師應當向?qū)W生闡明，整體法和隔離法并非兩種對立的方法，各有自身優(yōu)缺點和應用場景(見表1)，在實際運用中，往往是需要同學們把二者相互結(jié)合才能高效地解決運動問題.

表1

基于深度學習理論制定的教學設計，意在幫助學生成為學習的主導者，幫助教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生思維的牽引者，讓學生學習最終轉(zhuǎn)化為有意義學習.要正確將深度學習理論用于指導教學實踐，教師至少需要做到三點：一是正確理解深度學習的理念，了解其基本特征；二是科學地組織教學環(huán)節(jié)，促進深度學習的發(fā)生；三是針對具體的教學內(nèi)容，結(jié)合理論合理安排各知識點要素呈現(xiàn)的邏輯.總之，只有教師做到心中有數(shù)，教學有方，才能高效地實現(xiàn)教學目標，長遠來看，才能更利于培養(yǎng)學生核心素養(yǎng).