深度學習視域下高中物理課堂教學探索①

陳小明

(安徽省銅陵市第一中學,安徽 銅陵 244000)

1 引言

《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出:“高中物理課程是普通高中自然科學領域的一門基礎課程,旨在落實立德樹人根本任務,進一步提升學生的物理學科核心素養(yǎng),為學生的終身發(fā)展奠定基礎,促進人類科學事業(yè)的傳承與社會的發(fā)展?！盵1]我們需要有效地將課程標準的要求落實在日常的教學活動中,培養(yǎng)學生的認知能力和實踐能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神,讓學生獲得適應時代發(fā)展和社會需要的必備品格和關鍵能力。

核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標的達成需要合適的教學方式,深度學習相對于淺層學習,是一種通過適當?shù)那榫充亯|、引發(fā)認知沖突、激發(fā)學習興趣、促成知識重構的學習方式,它立足于學生主動積極、全身心投入的學習,通過對問題的深入思索,探究物理現(xiàn)象的本質,發(fā)展學生的高階思維。

2 面向核心素養(yǎng)的深度學習課堂特征

結合高中物理課程的特點,深度學習的課堂教學應具備以下的特征。

2.1 創(chuàng)設有效情境,激發(fā)內(nèi)驅力

課堂學習活動是在特定的空間和有限的時間內(nèi)發(fā)生的對物理概念、規(guī)律的認知活動,如果教學中只是對知識進行淺層解讀,這種平淡抽象的呈現(xiàn)方式很難抓住學生的興趣點。適當?shù)那榫硠?chuàng)設,能激發(fā)學生主動探索知識的熱情,讓他們迅速進入思維活躍的學習狀態(tài)。情境的創(chuàng)設需要結合學生的生活經(jīng)歷,例如在圓周運動的教學中,經(jīng)常會遇到自行車行駛中的傳動問題,有些學生不會騎自行車,或因其他原因對自行車不夠了解,如果僅利用圖片去分析,學生沒有具身的體驗,難以還原真實運動過程,很難進行正確有效的分析。

教學片斷1：自行車騎行時,分別用到了哪些傳動方式,它們各有什么特點?

教師: 如圖1所示,腳踏板、鏈輪、飛輪和后輪的傳動有何關系?

圖1

生:腳踏板轉動一周,帶動鏈輪也旋轉一周,所以兩者角速度大小相等。同理自行車后輪角速度與飛輪角速度大小相等。由鏈條傳動特點可知:鏈輪邊緣線速度和飛輪邊緣線速度大小相等。

師:自行車前進速度等于后輪邊緣相對于輪軸轉動的線速度,在腳踏板轉速不變時,如何調(diào)節(jié)變速齒輪,能使騎行速度最快?

教師先介紹鏈條傳動和同軸傳動的概念,分析具體的傳動過程時,用手搖動腳踏板,讓學生觀看各種傳動中的速度關系,將復雜過程直觀化,大大降低了學生思維的難度。

2.2 設置認知沖突,引發(fā)深度思維

學生的認知沖突指的是在學習過程中,他們原有認知結構與新學知識之間出現(xiàn)矛盾時在心理上所產(chǎn)生的疑惑與沖突。學習是一種思維不斷遞進和深化的過程,高中生已經(jīng)具備了一定的物理知識和生活經(jīng)驗,當用已有的認知能解決新問題時,心理上便處于一種舒適狀態(tài),使得慣性思維延續(xù),而一旦發(fā)現(xiàn)用已有的知識、經(jīng)驗無法解決問題時,平衡便會被打破,迫使學生走出思維舒適區(qū),產(chǎn)生解決這種沖突的動力,積極主動地思考和探索,建立與新問題相契合的認知結構,促進深度學習的發(fā)生。

在圓周運動的動力學分析中,如果研究對象是兩個物體,當學生想以整體為研究對象時,就很容易出現(xiàn)認知沖突。為了將這類問題凸顯出來,教師應恰當?shù)貭I造產(chǎn)生沖突的氛圍,讓學生的思維活躍起來,以便發(fā)現(xiàn)以往知識儲備中的不足。

教學片斷2：如圖2所示,質量均為m的小球A、B(可視為質點)分別固定在一長為2L的輕桿的中點和一端點,當輕桿繞另一端點O在光滑水平面上做角速度為ω的勻速圓周運動時,OA桿中的拉力多大?

圖2

師:研究對象如何選擇?

學生討論后,有的提出:以A、B整體為研究對象,OA桿拉力提供整體圓周運動的向心力。

師:FAO=2mω2r,A、B到O點的距離不同,這個整體的r取多少呢?

學生可能會猜測:r取A、B的中點到O的距離1.5L,但這是為什么呢?如果兩球質量不相同還能這么取嗎?1.5L是將兩球等效集中在質心位置,質心做圓周運動的半徑為1.5L。如果兩球質量不等,需要計算質心的位置,這已超出高中物理知識范疇,有興趣的同學可以在課后研究。按照現(xiàn)有知識我們應該分別以兩球為研究對象去求解。

在學習“直線運動”時,學生已經(jīng)對整體法有了自己的感悟和理解,學習圓周運動時,原有的認知與新知識卻會產(chǎn)生沖突,教師此時應給予有效的引導,調(diào)動學生參與探索的熱情,去尋找沖突的來源,建立新的平衡。[2]具有深度學習特征的課堂,離不開學生深度思維的參與,只有這樣他們才能逐步完善認知體系,完成對新知識的內(nèi)化。

2.3 加強交流合作,活化探究活動

物理學是一門以實驗為基礎的自然學科,高中物理的學習不能僅停留在學生對理論知識的思考上,還要給學生創(chuàng)造交流互動的機會,在互動中讓思維得到啟迪。交流溝通能力是學生步入社會后所需的重要能力,教育的使命便是要培養(yǎng)學生的這些必備能力。所以在教學中教師要多創(chuàng)造交流合作的機會,引導學生進行有效的探討和溝通,讓學生在互動中察覺只靠思維、想象發(fā)現(xiàn)不了的問題,通過生生、師生之間的合作互動去解決問題?；雍献鞯膶W習不僅能培養(yǎng)學生的科學探究能力,也能鍛煉學生的溝通、協(xié)調(diào)及組織能力。[3]

教學片斷3：認識自由落體運動,探究自由落體運動規(guī)律。

教師:如何判斷自由落體運動是不是勻加速直線運動?如果是,它的加速度是多大?

電磁打點計時器是高中物理常用儀器,實驗操作對學生間的配合要求較高,也常會有些操作誤區(qū),這里如果只是作注意事項的簡單介紹,便喪失了一次絕佳的互動交流機會。

教師選兩位學生一起合作來完成實驗(圖3),在實驗中,學生需要根據(jù)講臺的實際擺放情況安裝打點計時器,讓重錘有足夠的下落空間,安裝時對如何穿紙帶、釋放重錘能減小阻力也有了直觀的體驗,兩位學生通過多次磨合,對接通電源和釋放重錘等一系列的操作配合默契。通過對實驗中所遇到問題的及時解決,以及現(xiàn)場突發(fā)情況的處理,讓學生對實驗原理有了更深刻的理解。

圖3

深度學習不僅是思維的深度參與,更應該是學生全身心的投入。通過探究合作,學生的動手能力、溝通協(xié)作能力、臨場應變能力等都能得到了鍛煉?；诱n堂不能只是表面上的熱鬧,而應該是學生在問題驅動下的主動學習,教學中教師可以根據(jù)學情適當多準備一些具有挑戰(zhàn)性的問題,不要開始就全部給出,要根據(jù)活動的進展情況,提出有針對性的問題,讓學生在活動中去質疑、存疑,鼓勵他們大膽猜想、交流與嘗試。

2.4 完善評價反思,鞏固內(nèi)化成果

每一位學生都有其獨特的個性,眾多秉性不同的學生構成了獨特的群體,并且不同屆學生又具有各自的特征,因此我們無法采用一成不變的教學模式。日新月異的教學環(huán)境需要我們既要有傳承,又要有創(chuàng)新。教師要著力于日常教學的點滴,從課堂學習過程中學生面臨問題時的反應和解決方法中,從課后學生的感悟反饋中,及時反思教學中需要改進的地方,積累多樣的教學素材,形成特色資源庫,充實、優(yōu)化深度教學的設計方案。

就學生自身而言,他們思維活躍,知識理解得快,但遺忘也快。深度學習既是學生思維的深度參與,也是其學習能力的深度挖掘。通過指導訓練,讓學生養(yǎng)成每節(jié)課都總結學習心得的習慣,將遇到的問題進行歸納,不僅能掌握分析問題的方法,對形成的結論也能熟練應用,總結相應的處理方法,鞏固學習成果,真正做到授人以漁。

教學片斷4：在運用整體法解決力學問題時,有些問題可以不計內(nèi)力的作用,而另一些問題則需要考慮內(nèi)力。如圖4所示,一塊長木板B放在光滑的水平面上,在B上放一物體A,現(xiàn)以恒定的外力拉A,A將在B上滑動,在哪些情況下需要考慮A、B之間的摩擦力?

圖4

師:分別以A、B為研究對象列方程，再將兩式相加，就能得到A、B組成的系統(tǒng)的方程，同學們可順著這個思路去總結，運用動力學規(guī)律時有何特點？

生:以A為研究對象,有:F-f=mAaA,以B為研究對象,有:f=mBaB,兩式聯(lián)立可得F=mAaA+mBaB。以A、B組成的系統(tǒng)為研究對象,內(nèi)力是一對相互作用力,兩個力等大反向,可以不考慮內(nèi)力。

師:在研究動量和功能關系時,要不要考慮系統(tǒng)內(nèi)力呢?

生:一對相互作用力的沖量大小相等,方向相反,作用效果可以抵消,所以不用考慮。一對相互作用力的功,如果兩個物體沿力方向的位移不相等,則各力所做功之和不為零,就需要考慮內(nèi)力所做的功。

反思鞏固不能是機械地背結論,要建構適當?shù)睦碚撃Ｐ?學生通過模型去理解,才能觸發(fā)深層記憶,形成良好的學習習慣。

2.5 構建知識框架,促進深度整合

高中物理概念眾多,每一節(jié)都有很多看似孤立的知識點,需要學生去尋找它們之間的聯(lián)系,對碎片化的知識進行歸納總結。深度學習的特征之一是讓學習者進入深度思考的狀態(tài),且深入思考時需要思之有物,腦海中要有可調(diào)用的素材,這樣在遇到疑難問題時,他們就可以在自身知識體系中進行調(diào)度,達成新舊知識交融整合的目標,為深度學習鋪平道路。

知識的整合能力在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中非常重要,它是學生形成自主學習能力的重要方面,這種能力不是與生俱來的,需要教師給予適當指引。如何找準問題的切入點,在紛繁復雜的知識碎片中理出頭緒,進行關聯(lián)歸類?可用網(wǎng)絡圖、思維導圖等直觀化方法,幫助學生掌握這種歸類本領。

教學片斷5：在學完必修第二冊第六章圓周運動后,按照認知發(fā)展的順序,可引導學生對整章知識進行總結升華(圖5)。

知識框架的構建是達成深度學習的有效途徑,學生在不斷充實框架圖的過程中,會全面地回憶每一個細節(jié),培養(yǎng)了他們統(tǒng)籌整體與局部的能力。完整知識網(wǎng)絡的呈現(xiàn),會讓學生感受到知識間的融會貫通,能更有興趣和信心去進行知識間的深度優(yōu)化整合。構建符合自身特點的結構化知識體系后,學生便有豐富的資源來進行思維活動,能更容易地進入深度學習。

3 結語

以核心素養(yǎng)為導向的深度學習課堂,不僅讓學生的理論水平得到提高,更重要的是在學習活動的過程中,通過教師的有效引導,學生的思維水平、認知能力等都得到全面提升,為今后順利適應社會打下堅實的基礎。為此教師要緊跟時代節(jié)奏,以培養(yǎng)學生適應社會發(fā)展的必備品格和關鍵能力為根本,不斷優(yōu)化深度課堂教學,有效提高學生的核心素養(yǎng)。