基于學(xué)科實踐促進深度學(xué)習(xí)

摘? ?要：學(xué)科實踐作為一種重要的學(xué)習(xí)方式，有助于促進學(xué)科育人。相對于學(xué)科探究和學(xué)科活動，學(xué)科實踐是一個更具包容性和概括性的方式，其指向做中學(xué)、用中學(xué)和創(chuàng)中學(xué)。根據(jù)物理學(xué)科特點，物理學(xué)科實踐是“外部-內(nèi)部-外部”不斷交互迭代的過程?；谏疃葘W(xué)習(xí)構(gòu)建了物理學(xué)科實踐教學(xué)策略，通過“激發(fā)認知沖突，突出核心任務(wù)”“基于合作實踐，實現(xiàn)思維進階”“探尋科學(xué)本質(zhì)，遷移解決問題”，促進學(xué)科公共知識向個人意義知識轉(zhuǎn)化、學(xué)科核心知識向?qū)W科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；學(xué)科實踐；高中物理

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）5-0026-4

為回應(yīng)核心素養(yǎng)時代的教學(xué)要求，學(xué)科育人方式應(yīng)從傳統(tǒng)的學(xué)科認識轉(zhuǎn)向?qū)W科實踐，構(gòu)建實踐型的育人范式。學(xué)科實踐是促進深度學(xué)習(xí)的重要路徑，偏離學(xué)科實踐的學(xué)習(xí)方式不能真正理解學(xué)科的內(nèi)涵、本質(zhì)和精髓。

1? ? 學(xué)科實踐的內(nèi)涵

學(xué)科實踐是指具有學(xué)科意蘊的典型實踐，即學(xué)科專業(yè)共同體懷著共同的愿景與價值觀，運用學(xué)科概念、思想與工具，整合心理過程與操控技能，解決真實情境中的問題的一套典型做法［1］。

相對于學(xué)科探究和學(xué)科活動，學(xué)科實踐是一個更具包容性和概括性的概念，指向做中學(xué)、用中學(xué)和創(chuàng)中學(xué)，任何基于實踐、通過實踐的學(xué)科學(xué)習(xí)，都是學(xué)科實踐的表現(xiàn)。尤其是物理教學(xué)，作為一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，須在學(xué)科實踐中促進深度學(xué)習(xí)真實發(fā)生，培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

實驗探究是學(xué)科實踐的重要內(nèi)容與表現(xiàn)形式，同時學(xué)科實踐是實驗探究的主要價值引領(lǐng)，體現(xiàn)實驗探究的學(xué)科性和育人性［2］。

2? ? 促進深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)科實踐的教學(xué)意義

物理學(xué)科實踐從形式上劃分，可以分為外部實踐和內(nèi)部實踐。外部實踐的核心是體驗，主要包括：觀察、實驗、調(diào)研、操作、設(shè)計、策劃、制作和閱讀等；內(nèi)部實踐的核心是思維，主要包括模型建構(gòu)、等效轉(zhuǎn)化、分析、綜合和抽象概括等，突出反思性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維等高階思維能力發(fā)展。物理學(xué)科實踐是“外部-內(nèi)部-外部”不斷交互迭代的過程。

2.1? ? 學(xué)科實踐有助于學(xué)科公共知識向個人意義知識轉(zhuǎn)化

物理公共知識是經(jīng)過無數(shù)物理學(xué)家辛苦研究形成的概念、規(guī)律和方法，是經(jīng)過幾千年實踐、思考和凝練的結(jié)果，但其對學(xué)生而言是靜態(tài)的、冰冷的、身外的和符號的，只有通過學(xué)生的切身體驗與學(xué)科實踐過程才能與學(xué)生建立聯(lián)系，實現(xiàn)理解學(xué)習(xí)內(nèi)容本質(zhì)的意義化學(xué)習(xí)。只有在學(xué)科體驗和實踐的過程中，公共知識才能和學(xué)生的經(jīng)驗、已有知識結(jié)構(gòu)和情感意志充分關(guān)聯(lián)與融合，進入學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)和生命歷程。通過物理的方式來學(xué)習(xí)物理，深刻體現(xiàn)物理的“學(xué)科味”，從而實現(xiàn)物理學(xué)科公共知識向個人意義知識的轉(zhuǎn)化和發(fā)展［3］。

2.2? ? 學(xué)科實踐有助于學(xué)科核心知識向?qū)W科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化

學(xué)科核心知識是學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，是學(xué)科實踐的主要對象和基礎(chǔ)。物理學(xué)科核心知識往往需要通過不良結(jié)構(gòu)問題解決的形式進入學(xué)習(xí)主體的實踐，通過不良結(jié)構(gòu)問題解決不斷促進物理知識的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化和素養(yǎng)化，其本身就是學(xué)科實踐的過程和促進深度學(xué)習(xí)的過程。在學(xué)科實踐的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對實踐的內(nèi)容、過程和方式不斷反思內(nèi)化，形成物理觀念、物理思想方法、物理學(xué)科能力和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，升華形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3? ? 促進深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)科實踐教學(xué)策略

指向深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)科實踐教學(xué)倡導(dǎo)基于真實情境、核心問題、學(xué)習(xí)任務(wù)、探究整合和反思內(nèi)化進行學(xué)習(xí)，依據(jù)上述教學(xué)思考，具體的教學(xué)策略包括：激發(fā)認知沖突，突出核心任務(wù)；基于合作實踐，實現(xiàn)思維進階；探尋科學(xué)本質(zhì)，遷移解決問題。

3.1? ? 激發(fā)認知沖突，突出核心任務(wù)

每個小組提供一塊天然磁鐵礦石、一個消磁后的條形磁鐵（外殼上標注有N，S極）和一盒回形針，先讓學(xué)生說說誰能夠?qū)⒒匦吾樜饋?，大家一致認為是“條形磁鐵”。接下來，讓學(xué)生動手試一試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不起眼的磁鐵礦石吸起了很多回形針，而“條形磁鐵”卻一無所獲，真是“磁不可貌相”。說明磁鐵礦石具有磁性，周圍產(chǎn)生磁場。 磁場是磁體周圍客觀存在的特殊物質(zhì)，磁場看不見、摸不著，如何來研究和描述這種特殊物質(zhì)的分布呢？這是本節(jié)課的核心問題。首先，引導(dǎo)學(xué)生思考用什么來反映磁場是否存在？學(xué)生很容易想到用小磁針，如果小磁針撥動后N極最終指向某一確定方向，說明該處存在磁場，N極指向即為該處的磁場方向。其次，引導(dǎo)學(xué)生思考用什么來反映磁場的分布情況？學(xué)生想到可以用細鐵屑。教師將天然磁鐵礦石放在一個塑料平板上，在其周圍均勻灑一層細鐵屑，輕敲塑料平板，發(fā)現(xiàn)細鐵屑按照一定紋路規(guī)則排列，再用一個透明玻璃板輕輕覆蓋在細鐵屑上面，用記號筆畫線，最后再放上小磁針，確定磁場的方向（圖1），得到的曲線上如果每一點的切線方向都跟這點的磁場方向一致，即為磁感線，強調(diào)磁感線是一個理想化模型。

教學(xué)意圖：通過學(xué)生的親生體驗有效激發(fā)認知沖突，再通過問題引領(lǐng)促進學(xué)生聯(lián)系初中所學(xué)知識，通過合作實踐將抽象的、看不見的磁場具體化、形象化。這也為后面的學(xué)習(xí)提供方法指導(dǎo)。

3.2? ? 基于合作實踐，實現(xiàn)思維進階

3.2.1? ? 探究條形磁鐵周圍的磁場分布

引導(dǎo)學(xué)生小組合作，利用所給的器材研究條形磁鐵周圍空間磁場的分布情況（圖2），每個小組分別研究4個互成45°角的特殊平面內(nèi)磁場分布情況，俯視圖如圖3所示。

將學(xué)生研究畫出的4個平面內(nèi)的磁感線用事先制作好的底座豎起來固定，得到條形磁鐵周圍立體空間中的磁感線分布情況。

3.2.2? ? 探究通電直導(dǎo)線周圍的磁場分布

學(xué)生已經(jīng)知道，1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線周圍也存在磁場。接下來，教師通過實驗進行驗證：直導(dǎo)線先不通電，在直導(dǎo)線上方和下方某處各放兩個小磁針，讓兩個小磁針南北極指向與導(dǎo)線平行，但通電后小磁針的指針偏轉(zhuǎn)到與導(dǎo)線垂直，并且上下兩個小磁針的方向相反（圖4），先讓學(xué)生猜想通電直導(dǎo)線周圍磁場的分布特點。

再引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計描繪通電直導(dǎo)線周圍磁感線的實驗方案，然后應(yīng)用細鐵屑和小磁針進行實驗探究。引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察和分析磁場的分布特點，畫出通電直導(dǎo)線周圍空間的磁感線，方法和畫條形磁鐵周圍磁感線類似，得到某一個與導(dǎo)線垂直的平面內(nèi)的磁感線情況。為了幫助學(xué)生形象直觀地理解磁感線，可以制作一個實物模型進行演示（圖5）。

讓學(xué)生仔細分析直導(dǎo)線中電流方向與周圍磁場方向的關(guān)系，總結(jié)規(guī)律，得到安培定則：用右手握住直導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。

3.2.3? ? 探究通電螺線管周圍的磁場分布

將上述制作的實物模型彎曲，變成一個環(huán)形，讓學(xué)生分析環(huán)形導(dǎo)線通電后周圍磁場的分布情況。學(xué)生提出，可以將環(huán)形導(dǎo)線分割成很多小段，每一小段近似為直導(dǎo)線，即微元法處理，再用安培定則判斷磁場方向，這是很好的分析方法。接下來用實驗進行驗證，同樣用細鐵屑和小磁針進行研究，觀察磁場的分布特點，分析并推理得到環(huán)形電流周圍的磁感線（圖6）。最后將很多個環(huán)形電流串聯(lián)，組成通電螺線管，進一步分析得到其周圍空間的磁感線分布（圖7）。

通過對條形磁鐵、通電直導(dǎo)線、環(huán)形電流和通電螺線管周圍磁場分布和磁感線的研究，不僅實現(xiàn)了知識的進階，更重要的是通過觀察體驗、分析推理，實現(xiàn)思維的逐步進階，體會引入磁感線這個理想化模型的重要意義。

教學(xué)意圖：學(xué)生的學(xué)習(xí)是在學(xué)科實踐過程中不斷進階和抽象概括的過程，通過對條形磁鐵周圍磁感線的探究，尤其是通電直導(dǎo)線、環(huán)形導(dǎo)線的研究，抽象歸納得到右手螺旋定則，在實驗探究的過程中體驗和感悟?qū)W科知識建立的過程，理解學(xué)科的本質(zhì)。

3.3? ? 探尋科學(xué)本質(zhì)，遷移解決問題

教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察圖7，發(fā)現(xiàn)通電螺線管周圍的磁感線與條形磁鐵的磁感線非常相似?；诮Y(jié)構(gòu)決定功能，通電螺線管周圍的磁場是一個個環(huán)形電流有序排列而產(chǎn)生的，那么條形磁鐵內(nèi)部是否也存在相似的結(jié)構(gòu)呢？在這個類比中實現(xiàn)從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)的研究，也幫助學(xué)生理解安培分子環(huán)流假說。

進一步引導(dǎo)學(xué)生分析物質(zhì)的組成，原子內(nèi)部的電子圍繞原子核高速旋轉(zhuǎn)，從而形成環(huán)形電流。這些環(huán)形電流如果像螺線管的每匝一樣有序排列，則對外顯示出磁性；如果雜亂排列，內(nèi)部會相互抵消，對外不顯磁性。這就是安培分子電流假說，它將電和磁有機聯(lián)系在一起，幫助學(xué)生理解磁現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)，初步建立統(tǒng)一性的物理觀念。

還可以對安培分子電流假說進行實驗驗證，對于沒有磁性的鐵鈷鎳等金屬，如何讓它們有磁性呢？只要讓內(nèi)部電子旋轉(zhuǎn)的方向大致相同即可。電子運動形成的環(huán)形電流相當于一個小磁針，因此，可以通過外加強磁場的作用實現(xiàn)內(nèi)部環(huán)形電流的方向基本相同?？梢杂靡粋€通電大線圈，將消磁的條形磁鐵放在大線圈外部邊緣，通電后發(fā)現(xiàn)消磁的條形磁鐵被一個較大的力拉進去，過一會兒將其取出，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其能吸起大量回形針，說明這個過程中其被磁化，間接證明了安培分子電流假說的正確性。

最后，讓學(xué)生應(yīng)用本節(jié)課所理解的核心知識解決一個實際問題：科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)地球表面帶負電，根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)情況說明地球為什么會有磁場？并且地磁場的北極為什么在地理南極附近？

教學(xué)意圖：電和磁的關(guān)聯(lián)是什么？歷史上也經(jīng)歷過很長一段時間的爭論和研究。本節(jié)課通過一個磁化過程的對比實驗，一方面激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的熱情；另一方面與實際問題相關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力。

學(xué)科實踐作為一種重要的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生與知識真實相遇，讓學(xué)習(xí)可見，讓思維發(fā)生，讓情感升華。對促進物理學(xué)科學(xué)習(xí)方式變革和課堂深度學(xué)習(xí)真實發(fā)生具有重要的意義，有助于思維過程的表現(xiàn)、思維方式的建立和思維品質(zhì)的提升，有助于物理學(xué)科知識轉(zhuǎn)化、物理學(xué)科思想活化和物理學(xué)科能力升華，培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］崔允漷，張常紅，郭洪瑞.溯源與解讀：學(xué)科實踐即學(xué)習(xí)方式變革的新方向［J］.教育研究，2021（12）：55-63.

［2］郭元祥.論學(xué)科育人的邏輯起點、內(nèi)在條件與實踐訴求［J］.教育研究，2020（4）：4-15.

［3］任虎虎.指向深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)研究［M］.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2019：33-42.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）