踐行課標(biāo)理念 實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí) ①
——以“浮力”教學(xué)為例

汪金花

(江蘇省運(yùn)河中學(xué),江蘇 徐州 221300)

物理課程旨在促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與發(fā)展，[1]即通過物理課程學(xué)習(xí)，學(xué)生逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。如何在教學(xué)中將先進(jìn)的課程理念轉(zhuǎn)變?yōu)榍袑?shí)的教育教學(xué)行為，將美好的課程目標(biāo)轉(zhuǎn)化為支撐學(xué)生終身發(fā)展的核心素養(yǎng)？郭華教授認(rèn)為：“深度學(xué)習(xí)是核心素養(yǎng)培育與發(fā)展的基本途徑，是我國課程教學(xué)改革走向深入的必需?！盵2]

深度學(xué)習(xí)是指在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。在此過程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識(shí)，把握科學(xué)本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、高級(jí)的社會(huì)性情感、積極的態(tài)度、正確的價(jià)值觀；成為既具獨(dú)立性、批判性、創(chuàng)造性又有合作精神、基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)秀學(xué)習(xí)者，成為未來社會(huì)歷史實(shí)踐的主人。[2]深度學(xué)習(xí)具有以下五個(gè)特征：聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價(jià)值與評價(jià)，它們是彼此關(guān)聯(lián)、內(nèi)在一致的。[3]

筆者以蘇科版物理教材八年級(jí)下冊中“浮力”的教學(xué)為例，基于物理課程理念，有機(jī)融合深度學(xué)習(xí)的五個(gè)特征與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，培育學(xué)生的核心素養(yǎng)，圖1是本節(jié)教學(xué)的融合結(jié)構(gòu)與流程。

圖1

1 講述中國故事，感受古人智慧，厚植文化認(rèn)同

設(shè)計(jì)思路：讓學(xué)生感受中國古人的聰明才智，體會(huì)我國古代科技對人類文明發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，增強(qiáng)民族自信心，體現(xiàn)了教育部頒發(fā)的《中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化進(jìn)中小學(xué)課程教材指南》的要求。

利用傳統(tǒng)文化創(chuàng)設(shè)情境：元朝胡炳文在《純正蒙求》中寫道：“宋文潞公彥博，子寬夫，幼時(shí)與群兒擊球，入柱穴中，不能取，公以水灌之，球浮出。”中國郵政為慶祝國際兒童節(jié)、弘揚(yáng)中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，以“文彥博灌水浮球”為主題，于2010年發(fā)行了特種郵票(圖2)。

圖2

師：球入樹洞，拿不出來，文彥博“以水灌之，球浮出”，借助了什么神秘力量？你能否利用桌上的器材，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M該現(xiàn)象？

學(xué)生回答：借助了浮力。他們選用器材模擬演示上述現(xiàn)象。

師：生活中還有哪些類似的現(xiàn)象或者事例能夠說明浮力的存在？

學(xué)生列舉了水上竹筏、救生圈、漂流瓶等事例。

師：只有液體能對浸在其中的物體產(chǎn)生浮力的作用嗎？試舉例說明。

學(xué)生又列舉了熱氣球、孔明燈、飛艇等事例。

師：可見液體或氣體都能對浸在其中的物體產(chǎn)生浮力的作用。

設(shè)計(jì)意圖：以“文彥博灌水浮球”的故事引入課題，以圖文并茂的形式，啟發(fā)學(xué)生的思維，引發(fā)學(xué)生的“聯(lián)想”，讓物理知識(shí)與生活相關(guān)聯(lián)，在個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)科學(xué)概念，再由科學(xué)概念統(tǒng)領(lǐng)生活事例，活化概念。在弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的同時(shí)，打破學(xué)科壁壘，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從物理學(xué)視角審視古文獻(xiàn)敘述中蘊(yùn)含的科學(xué)原理。同時(shí)借助多媒體技術(shù)，展示精美的郵票或者與浮力相關(guān)事例圖片，在潛移默化中給予學(xué)生以美的熏陶，讓學(xué)生能夠感受美、欣賞美，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)美、描述美、創(chuàng)造美。

2 聯(lián)系已有經(jīng)驗(yàn)，突出問題解決，促進(jìn)知識(shí)融通

設(shè)計(jì)思路：關(guān)注學(xué)習(xí)生長點(diǎn)，突出問題導(dǎo)向。在浮力所屬的“運(yùn)動(dòng)與相互作用”的主題教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生把新知識(shí)跟已學(xué)的知識(shí)聯(lián)系起來以實(shí)現(xiàn)聯(lián)想，同時(shí)以融會(huì)貫通的方式對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行組織，建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)。[4]

讓學(xué)生再次演示灌水浮球的模擬實(shí)驗(yàn)。

師：你認(rèn)為物體所受浮力的方向是怎樣的？

生：豎直向上。

師：聯(lián)系已經(jīng)做過的實(shí)驗(yàn)或者已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)，怎樣探究或分析浮力的方向？

學(xué)生遷移曾經(jīng)做過的“判斷重力的方向”實(shí)驗(yàn)所用方法，設(shè)計(jì)方案，探究浮力的方向(圖3)。應(yīng)用學(xué)過的“二力平衡”等知識(shí)，分析浮力的方向(圖4)。

圖3

圖4

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)當(dāng)前的學(xué)習(xí)活動(dòng)，調(diào)動(dòng)、激活以往的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，組織學(xué)習(xí)內(nèi)容，建構(gòu)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。[4]通過問題驅(qū)動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生遷移已有經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和方法，從實(shí)驗(yàn)探究與理論分析兩個(gè)角度，外顯先前的學(xué)習(xí)成果，自主探究浮力的方向，并以此豐富知識(shí)的意義，促進(jìn)知識(shí)的融通，發(fā)展學(xué)生的能力。

師：乒乓球在水中一定會(huì)受到浮力的作用嗎？一定會(huì)漂浮在水面上嗎？

教師采用變式演示的方式，將去底的飲料瓶倒置，擰下瓶蓋，放入乒乓球，向其中注水，觀察乒乓球的沉底現(xiàn)象(圖5)。

圖5

圖6

師：此時(shí)，乒乓球在豎直方向受到哪些力的作用？乒乓球?yàn)槭裁磿?huì)沉在水底？怎樣才能讓乒乓球浮起來？

學(xué)生一時(shí)難以回答。

教師取容積為100 mL的注射器，切掉注射口，拔出活塞，將圖5中的去底飲料瓶的瓶口插入注射器的針筒尾部，使兩者恰好貼合，再用熱熔膠沿四周焊接固定，保證兩者相聯(lián)通。用圖釘在針筒尾部靠近飲料瓶的瓶口處，扎上一到兩個(gè)小孔，用于排氣。將乒乓球放入倒置的飲料瓶中，向瓶內(nèi)注滿經(jīng)紅墨水染色以后的水，再用手堵住注射器下端的出水口，觀察紅色液體逐漸累積，液面緩慢上升，當(dāng)液面上升至乒乓球下表面時(shí)，乒乓球立即浮起(圖6)。

師：你能總結(jié)出浮力產(chǎn)生的原因嗎？

引導(dǎo)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用已學(xué)的壓強(qiáng)相關(guān)知識(shí)，分析浮力產(chǎn)生的原因(圖7)，深化對浮力本質(zhì)和浮力方向的認(rèn)識(shí)，為阿基米德原理的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

圖7

設(shè)計(jì)意圖：以變式實(shí)驗(yàn)引發(fā)認(rèn)知沖突，啟發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，再以圖8所示實(shí)驗(yàn)揭示浮力產(chǎn)生的原因。最后以理論推理的方式，強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用，發(fā)展科學(xué)思維，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與科學(xué)本質(zhì)在學(xué)生的心智中實(shí)現(xiàn)有機(jī)統(tǒng)一，促進(jìn)新舊知識(shí)的聯(lián)結(jié)與融通。完成從實(shí)驗(yàn)到理論，由感性體驗(yàn)到理性思維，讓學(xué)生運(yùn)用多種方式對知識(shí)進(jìn)行深度加工，逐步實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階，深化對知識(shí)的理解。

3 體驗(yàn)科學(xué)探究，發(fā)展高階思維，培育核心素養(yǎng)

設(shè)計(jì)思路：注重科學(xué)探究，引導(dǎo)學(xué)生不斷探索，全身心投入有目的的活動(dòng)，提高分析問題、解決問題的實(shí)踐本領(lǐng)和科學(xué)思維能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。

將乒乓球與實(shí)心銅塊同時(shí)浸入水中，松開雙手，觀察現(xiàn)象。

師：像實(shí)心銅塊這樣在水中下沉的物體是否受到浮力？你有哪些經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛑С帜愕牟孪耄?/p>

讓學(xué)生用手依次在空氣和水中托舉一個(gè)質(zhì)量較大的啞鈴，對比感受用力大小。

師：在兩次托舉中，你有什么不一樣的感受？誰在暗中幫助你往上托舉啞鈴？這說明什么問題？

給學(xué)生一杯水、一只彈簧測力計(jì)和250 mL的量筒(便于學(xué)生觀察物塊所處深度以及液面高度的變化)，要求他們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，判斷浸入水中的銅塊是否受到浮力的作用。

師：你觀察到了什么現(xiàn)象？這說明什么問題？你能對浸在水中的銅塊進(jìn)行受力分析嗎？物體此時(shí)處于什么狀態(tài)？這三個(gè)力滿足什么關(guān)系？浮力的表達(dá)式應(yīng)該怎樣寫？

學(xué)生設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)，交流結(jié)論。

師：這種測量物體所受浮力的方法稱為稱重法，即：F浮=G-F拉。重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)，再仔細(xì)觀察，當(dāng)我們把銅塊逐漸浸入水中時(shí)，你觀察到了哪些現(xiàn)象？測力計(jì)示數(shù)的變化說明誰在改變？量筒內(nèi)的液面為什么會(huì)上升？你能聯(lián)想到之前的哪個(gè)測量實(shí)驗(yàn)？由此，你認(rèn)為物體所受浮力的大小可能與什么因素有關(guān)？再聯(lián)系先前所列舉的與浮力相關(guān)的事例，你認(rèn)為浮力的大小還可能與什么因素有關(guān)？

基于猜想，學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，合作探究，填寫表1。在有效突破“深度h與V排對浮力大小的影響”這個(gè)難點(diǎn)之后，再逐一探究液體的密度等其他因素對浮力大小的影響，在教學(xué)中顯化科學(xué)方法教育。尤其要注意的是：針對學(xué)生提出的“浮力還可能與物體的密度、物體的形狀有關(guān)”等猜想，教師不應(yīng)該簡單地予以否定，可以借助同體積的銅塊與鋁塊、易改變整體形狀的磁力珠，利用DIS(數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng))的力傳感器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究浮力與物體密度的關(guān)系(圖8)、與物體形狀的關(guān)系(圖9)，科學(xué)地加以論證說明，通過教師的身體力行、言傳身教，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

表1 探究浮力大小與深度以及排開液體體積的關(guān)系

圖8

圖9

完成實(shí)驗(yàn)探究后，學(xué)生明確了浮力大小的影響因素，但他們?nèi)匀缓茈y將物體所受浮力的大小與物體排開液體所受重力的大小關(guān)聯(lián)起來。因此，在常規(guī)教學(xué)中，教師直接給出阿基米德原理，往往生硬而突兀。對此，筆者引導(dǎo)學(xué)生從浮力產(chǎn)生的原因出發(fā)，利用壓強(qiáng)知識(shí)，將圖7中的浮力計(jì)算公式逐項(xiàng)展開：F浮=F向上-F向下=ρ液gh2S-ρ液gh1S=ρ液g(h2-h1)S=ρ液gV物。再結(jié)合V排與V物的關(guān)系，自然導(dǎo)出阿基米德原理的表達(dá)式。接著利用問題鏈引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并基于DIS搭建了如圖10所示的探究裝置，最終驗(yàn)證了阿基米德原理。

圖10

問題1：怎樣測量浸在液體中的物體所受的浮力？

問題2：怎樣測量物體排開液體所受的重力？

問題3：怎樣使液面恰好達(dá)到溢水杯的杯口，以準(zhǔn)確測量物體排開液體的體積？怎樣更合理地安排實(shí)驗(yàn)步驟？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在親歷操作、思考、加工學(xué)習(xí)素材的過程中，真正成為學(xué)習(xí)的主體，自主完成知識(shí)建構(gòu)，把握科學(xué)本質(zhì)與思想方法，發(fā)展高階思維，實(shí)現(xiàn)自我成長。

4 關(guān)注科技前沿，滲透思政教育，喚醒使命擔(dān)當(dāng)

設(shè)計(jì)思路：注重物理課程的時(shí)代性，加強(qiáng)與生產(chǎn)生活、社會(huì)發(fā)展及科技進(jìn)步的聯(lián)系，凸顯我國科技成就，引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)文化自信，樹立科技強(qiáng)國的遠(yuǎn)大理想。幫助學(xué)生形成正確的價(jià)值觀，將課程思政教育具體化。

教師依次展示并介紹與浮力應(yīng)用相關(guān)的國之重器(圖11)，引用毛主席的《水調(diào)歌頭·重上井岡山》中詩句：“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉。”回顧新中國成立初期，積貧積弱的中華大地滿目瘡痍，百廢待興，無法想象那時(shí)的中國是一幅怎樣的光景。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，毛主席在詩詞中描繪的宏偉藍(lán)圖，在一代又一代中國人的不懈奮斗中正一一變成現(xiàn)實(shí)。

圖11

設(shè)計(jì)意圖：堅(jiān)持正確價(jià)值導(dǎo)向，切實(shí)踐行“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念。領(lǐng)略偉人詩句，品鑒國之重器，觸摸科技前沿，滲透思政教育，加深學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境之間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，感受物理學(xué)在增強(qiáng)國家安全、推動(dòng)科技發(fā)展、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、改善民生福祉等方面的作用，明確知識(shí)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展以及應(yīng)用的價(jià)值取向，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，增強(qiáng)他們的民族自豪感，激發(fā)其為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而不懈奮斗的責(zé)任感與使命感，使其成為有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r(shí)代新人，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。