基于深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

陳磊 王彩霞

【摘要】本文以“自由落體運(yùn)動”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，從深度學(xué)習(xí)的視角出發(fā)，教師引入問題情境，學(xué)生根據(jù)研究主題，動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)方案，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最后歸納總結(jié).每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都以學(xué)生的探究活動為主體.

【關(guān)鍵詞】高中物理；自由落體運(yùn)動；深度學(xué)習(xí)

從2003版到2017版再到2020的修訂版，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》越來越注重培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，倡導(dǎo)教師教學(xué)方式多樣化，幫助學(xué)生在掌握物理學(xué)科知識的同時(shí)，更要能促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展.而深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生面向真實(shí)的問題情境，通過對已有知識進(jìn)行整合和應(yīng)用，經(jīng)過合作探究等過程解決問題，其中關(guān)注對學(xué)習(xí)過程和自我認(rèn)識的反思［1］.與課標(biāo)中對于學(xué)生經(jīng)歷探究過程，發(fā)展核心素養(yǎng)的要求不謀而合.同時(shí)，在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的教學(xué)模式，忽略學(xué)生探究能力的培養(yǎng).因此，筆者把深度學(xué)習(xí)理論融入到高中物理的教學(xué)過程中，旨在讓學(xué)生在探究過程中，完成基于物理情境的問題解決，提高學(xué)生核心素養(yǎng).

1 深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

深度學(xué)習(xí)是在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，積極參與學(xué)習(xí)活動，體驗(yàn)成功，獲得發(fā)展的有意義學(xué)習(xí)過程［2］.在物理學(xué)科中，深度學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)以實(shí)驗(yàn)探究為主的多種探究活動展開，運(yùn)用模型構(gòu)建與證據(jù)推理的方式，使學(xué)生獲得結(jié)構(gòu)化的物理知識，發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).基于此，筆者認(rèn)為深度學(xué)習(xí)在幫助學(xué)生建構(gòu)物理知識體系的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)過程中學(xué)生的自主探究，最后引導(dǎo)學(xué)生對探究過程和結(jié)果進(jìn)行反思，切實(shí)提高學(xué)生核心素養(yǎng).

2 基于深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)并不是簡單地將深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)課堂進(jìn)行整合，首先需要將“以教師為中心”的教學(xué)方式改為“以學(xué)生為中心”，激發(fā)學(xué)生的自主探究性；其次，注重學(xué)生探究物理問題能力的培養(yǎng).基于問題情境，引導(dǎo)學(xué)生通過知識的遷移和應(yīng)用進(jìn)行以實(shí)驗(yàn)探究為主的探究活動；最后，注重對探究過程和結(jié)果的反思.基于此，筆者設(shè)計(jì)了“基于深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)”，教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1所示.

從圖1可以看出，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)主要分為教師活動和學(xué)生活動，其中以學(xué)生活動為主體，教師起引導(dǎo)作用，學(xué)生活動中又以學(xué)生自主探究過程為主；其次，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)都基于教師的教學(xué)分析，包括教材分析和學(xué)情分析等，從而確定本節(jié)課中適合學(xué)生自主探究內(nèi)容；最后，學(xué)生和教師一起對整個(gè)探究過程以及探究的結(jié)果進(jìn)行反思，促進(jìn)自身深度學(xué)習(xí)，提高物理學(xué)科核心素養(yǎng).

3 基于深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)案例

“自由落體運(yùn)動”是人教2019版必修第一冊第二章第四節(jié)的內(nèi)容.學(xué)生學(xué)習(xí)了勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，對勻變速直線運(yùn)動已經(jīng)有了很好的理解.同時(shí)，學(xué)生通過探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，能夠使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來研究物體的運(yùn)動，為學(xué)生通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動規(guī)律打下基礎(chǔ).能夠結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所得到紙帶，探究發(fā)現(xiàn)自由落體運(yùn)動是一種勻變速直線運(yùn)動.

另外，高中學(xué)生具有基本的觀察、分析、歸納能力.并且學(xué)生在本章第一節(jié)教學(xué)時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車的速度隨時(shí)間的變化關(guān)系，能夠遷移到自由落體運(yùn)動的研究中去，具有對于研究自由落體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究能力［3］.

基于上述教材和學(xué)情分析，筆者認(rèn)為在“自由落體運(yùn)動”這節(jié)內(nèi)容中運(yùn)用“基于深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)”具有實(shí)際意義，能夠切實(shí)提高學(xué)生探究能力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí).

3.1 情境引入

教師活動 教師將卡片捏在手中，同時(shí)，學(xué)生將手放在卡下方一段距離，讓學(xué)生準(zhǔn)備好在教師釋放卡片后捏住卡片.

教師 猜想這位學(xué)生能不能捏住卡片.

學(xué)生 大都認(rèn)為可以接住卡片.

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生并不能接住卡片.學(xué)生討論可以更換其他反應(yīng)能力更加迅速的學(xué)生進(jìn)行測試.發(fā)現(xiàn)結(jié)果也是如此.（如圖2所示）

教師 能否概括出卡片的運(yùn)動具有什么樣的特點(diǎn).

學(xué)生進(jìn)行小組討論.

學(xué)生 卡片在運(yùn)動過程中初速度為零，受到重力和阻力，并且阻力相對于重力可以忽略不計(jì).

教師 大家回答很好，我們把初速度為零，并且在運(yùn)動過程中只受重力的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動.

設(shè)計(jì)意圖 以日常生活中的，和學(xué)生認(rèn)知果相違背的小實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生探究的欲望.同時(shí)，引出本節(jié)課的探究主題.

3.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

教師 試猜想自由落體運(yùn)動是什么樣的運(yùn)動？

學(xué)生 觀察到物體的速度逐漸增大，猜想出自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動.

教師 那么請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明自己的猜想.

學(xué)生選用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵架臺、紙帶、交變電流、重錘、刻度尺等實(shí)驗(yàn)器材來驗(yàn)證自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動.

學(xué)生設(shè)計(jì)思路 重錘的下落過程可以看成是自由落體運(yùn)動，使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來記錄重錘的運(yùn)動軌跡.研究紙帶上的點(diǎn)跡便可以知道自由落體運(yùn)動具有什么樣的運(yùn)動規(guī)律.

學(xué)生小組討論得到以下實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶一端系著重錘，另一端穿過計(jì)時(shí)器；

（2）將重錘拉至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端，接通電源，釋放重錘；

（3）重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)三次，得到三條紙帶；

（4）研究紙帶上的點(diǎn)跡探究自由落體運(yùn)動的規(guī)律；

（5）整理實(shí)驗(yàn)儀器，恢復(fù)實(shí)驗(yàn)器具.

設(shè)計(jì)意圖 學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程，面對真實(shí)問題情境，能夠運(yùn)用所學(xué)知識，設(shè)計(jì)合理實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行科學(xué)探究能夠提高學(xué)習(xí)物理核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

3.3 完成實(shí)驗(yàn)方案

教師活動：學(xué)生按照設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，教師到其中對每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行指導(dǎo)以及對實(shí)驗(yàn)過程中的不當(dāng)操作進(jìn)行糾正.（如圖3所示）

學(xué)生活動 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到三條紙帶，選擇其中一條點(diǎn)跡清晰進(jìn)行研究.選擇其中合適位置測量各點(diǎn)之間的距離.（如圖4所示）

設(shè)計(jì)意圖 學(xué)生自己動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，能夠?qū)?shí)驗(yàn)過程中因不當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作產(chǎn)生的結(jié)果有更加深刻的理解.同時(shí)，學(xué)生經(jīng)歷實(shí)際探究能夠提升自身實(shí)驗(yàn)探究能力.

3.4 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論

教師 現(xiàn)在大家都得到紙帶后，如何探究自由落體運(yùn)動是否是勻變速直線運(yùn)動？如果是勻變速直線運(yùn)動，又應(yīng)該怎么樣求得自由落體運(yùn)動的加速度呢？

學(xué)生 可以將每一點(diǎn)的速度通過平均速度公式計(jì)算出來，繪制v-t圖象，如果是一條直線就可以說明自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動.而直線的斜率就是自由落體運(yùn)動的加速度.

學(xué)生活動 學(xué)生利用公式：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于相鄰兩段時(shí)間的平均速度.求出各時(shí)間點(diǎn)的速度（如圖5所示），然后利用Excel表格繪出圖象，發(fā)現(xiàn)圖象為一條傾斜直線，即自由落體運(yùn)動為勻變速直線運(yùn)動.根據(jù)計(jì)算得到直線的斜率為9.75，即自由落體運(yùn)動的加速度大小為9.75m/s2.（如圖6所示）

設(shè)計(jì)意圖 學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得紙帶，聯(lián)系勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，采用不同的方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行探究，得到自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動的結(jié)論，并且求得自由落體運(yùn)動的加速度.學(xué)生經(jīng)歷自由落體運(yùn)動的探究過程，成功得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，促進(jìn)自身深度學(xué)習(xí).

3.5 歸納總結(jié)

教師 自由落體的加速度為9.8m/s2，為什么計(jì)算出的結(jié)果比9.8m/s2要小一些呢？大家可以結(jié)合不同地區(qū)的重力加速度的值進(jìn)行思考.

教師活動 展示一些地區(qū)的重力加速度.

學(xué)生討論，不同小組產(chǎn)生不同的結(jié)論.

小組一 在實(shí)驗(yàn)的過程中，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦?xí)?dǎo)致實(shí)驗(yàn)所得的加速度偏小.

小組二 不同地點(diǎn)的加速度不一樣，重力加速度的測量地點(diǎn)不同會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)所得的加速度偏小.

教師總結(jié) 我們經(jīng)過實(shí)驗(yàn)知道了自由落體運(yùn)動是一種勻變速直線運(yùn)動，并且重力加速度大小為g.在實(shí)驗(yàn)過程中摩擦力的影響會導(dǎo)致測得的g偏小.同時(shí)，g會隨著緯度的增大而增大，在緯度的影響下也會使測得g偏小.

設(shè)計(jì)意圖 教師引導(dǎo)學(xué)生對測得的重力加速度g偏小的結(jié)果進(jìn)行分析，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探究的過程進(jìn)行反思，并通過教師所給的不同地區(qū)的重力加速度探究得到g偏小的原因.通過引導(dǎo)學(xué)生對探究結(jié)果和過程的反思，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

4 結(jié)語

探究能力的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)被滲透到每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中.教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇合適的物理情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，通過學(xué)生對知識的遷移應(yīng)用、對實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及對結(jié)果過程的反思等來挖掘?qū)W生思維的深度，進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)，從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的效果.

【基金項(xiàng)目：揚(yáng)州大學(xué)教學(xué)改革研究課題立項(xiàng)支持項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：YZUJX2021-D12）】

參考文獻(xiàn)：

［1］任虎虎.指向深度教學(xué)的思維型課堂實(shí)踐與反思——以“磁場對運(yùn)動電荷的作用力”教學(xué)為例［J］.物理教師，2018，39（07）：16-18.

［2］關(guān)亞琴.中學(xué)物理深度學(xué)習(xí)的研究進(jìn)展述評［J］.物理教師，2021，42（05）：2-6.

［3］馬艷華，張莉葉.“自由落體運(yùn)動”教學(xué)設(shè)計(jì)的維度分析［J］.物理教師，2021，42（10）：17-19.