基于深度學(xué)習(xí)的高中物理大單元教學(xué)研究

把燕

［摘 要］核心素養(yǎng)的提出促使教師改變固有的教學(xué)方式，基于深度學(xué)習(xí)的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。大單元教學(xué)理念要求教師系統(tǒng)分析教材內(nèi)容，依據(jù)學(xué)科內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系重新組織、整合教學(xué)內(nèi)容，最終目的是讓學(xué)生把碎片化的知識(shí)整合為系統(tǒng)的知識(shí)體系，完成對(duì)知識(shí)規(guī)律的深度理解，實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)和方法在不同情境之間的遷移應(yīng)用，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。文章結(jié)合甘肅地區(qū)高中物理大單元教學(xué)的現(xiàn)狀，闡述如何依據(jù)深度學(xué)習(xí)理論與大單元教學(xué)理念開展教學(xué)實(shí)踐，探究能有效促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)策略。

［關(guān)鍵詞］深度學(xué)習(xí)；大單元教學(xué)；核心素養(yǎng)

［中圖分類號(hào)］? ?G633.7? ? ? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ?A? ? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ?1674-6058（2023）24-0064-04

深度學(xué)習(xí)教學(xué)理念要求教師帶領(lǐng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，幫助學(xué)生深度了解所學(xué)知識(shí)的內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通和靈活運(yùn)用。大單元教學(xué)旨在引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合各知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系，可以有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。大單元教學(xué)中的“大”，主要體現(xiàn)在基于“大概念”、“大思維”、“大情境”和“大問題”對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組和設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新的思想和理論，并能夠?qū)⑿碌闹R(shí)遷移到真實(shí)情境中，得出結(jié)論解決問題，促使學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而有效改變當(dāng)前物理學(xué)習(xí)碎片化、功利化的現(xiàn)狀，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)。

一、基于深度學(xué)習(xí)的高中物理大單元教學(xué)策略

本文依據(jù)深度學(xué)習(xí)與大單元教學(xué)理念，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況，探究基于深度學(xué)習(xí)的高中物理大單元教學(xué)。

（一）聚焦“大概念”組織單元教學(xué)內(nèi)容，喚醒學(xué)生深度學(xué)習(xí)的意識(shí)

在高中物理大單元教學(xué)中，應(yīng)聚焦“大概念”，將知識(shí)、規(guī)律、科學(xué)思維方法等具體教學(xué)內(nèi)容依據(jù)其內(nèi)在聯(lián)系和邏輯結(jié)構(gòu)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際學(xué)情進(jìn)行重組整合，將教學(xué)內(nèi)容由淺入深、層層遞進(jìn)地展現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生逐步構(gòu)建完整的知識(shí)體系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入探究，喚醒學(xué)生深度學(xué)習(xí)的意識(shí)。聚焦“大概念”設(shè)計(jì)單元教學(xué)內(nèi)容時(shí)可從以下幾個(gè)方面入手。

1.以學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯結(jié)構(gòu)為依據(jù)，聚焦“大概念”設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)主題和具體學(xué)習(xí)任務(wù)，以問題鏈引導(dǎo)學(xué)生對(duì)核心內(nèi)容進(jìn)行思考，完成知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)階。

2.基于學(xué)生的具體學(xué)情，教師結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)大單元中基于“大概念”的學(xué)習(xí)層級(jí)。

3.依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，進(jìn)一步分析并確定“大概念”層級(jí)下所涉及的具體教學(xué)內(nèi)容，落實(shí)聚焦“大概念”組織單元教學(xué)內(nèi)容的意圖。

（二）基于“大思維”提升探究能力，推動(dòng)深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)

“大思維”與物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究相對(duì)應(yīng)，是指認(rèn)識(shí)現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律的過程中所使用的思維方法和信息處理策略等內(nèi)容的統(tǒng)稱，包括物理建模、推理論證、實(shí)驗(yàn)探究等科學(xué)方法。大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的核心是形成解決問題的“大思維”，即可以在不同情境或者主題下遷移的統(tǒng)一解決問題的思路和科學(xué)方法。因此，大單元教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該注重挖掘隱藏在理論知識(shí)背后的科學(xué)思維方法等“隱性知識(shí)”，以引發(fā)學(xué)生深度思考和探究，讓學(xué)生形成解決問題的“大思維”，從而有效提升探究能力，推動(dòng)深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。挖掘這些“隱性知識(shí)”、促進(jìn)學(xué)生“大思維”發(fā)展的具體策略如下：

1.從知識(shí)建構(gòu)、應(yīng)用知識(shí)解決問題、實(shí)驗(yàn)探究等視角挖掘“大思維”，并對(duì)“大思維”進(jìn)行系統(tǒng)整理。

2.“大思維”與物理概念、規(guī)律等教學(xué)內(nèi)容密切聯(lián)系。物理“大思維”往往貫穿若干物理概念、規(guī)律，因此教師需圍繞“大思維”的發(fā)展主線，適當(dāng)做出取舍，要有所側(cè)重，要站在培養(yǎng)學(xué)生“大思維”的高度系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，有效實(shí)現(xiàn)大單元教學(xué)目標(biāo)。

3.培養(yǎng)學(xué)生“大思維”的過程中會(huì)遇到一些碎片化的、神似形不似的思想方法，教師應(yīng)從“大思維”的角度整合并深刻認(rèn)識(shí)這些思想方法。

（三）聯(lián)系實(shí)際創(chuàng)設(shè)“大情境”，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的熱情

大單元教學(xué)需要聯(lián)系實(shí)際創(chuàng)設(shè)“大情境”，即將學(xué)習(xí)內(nèi)容融入與生產(chǎn)生活相貼近的實(shí)際情境中，讓學(xué)生透過情境看到學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)，讓他們親歷知識(shí)的產(chǎn)生過程，體會(huì)學(xué)科概念、命題與理論背后所隱藏的核心素養(yǎng)。因此，“大情境”下的單元教學(xué)，不僅使教學(xué)與實(shí)際生活渾然一體，使教學(xué)過程流暢連貫，還激發(fā)了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的熱情，讓科學(xué)探究更加嚴(yán)謹(jǐn)高效。教師在聯(lián)系實(shí)際創(chuàng)設(shè)“大情境”時(shí)應(yīng)符合以下要求：

1.“大情境”應(yīng)盡可能貼近學(xué)生的日常生活，有助于學(xué)生形成解決問題的“大思維”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.“大情境”應(yīng)涉及較多知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生能夠基于“大概念”“大思維”提煉出核心問題，再將核心問題構(gòu)建為具體模型，體會(huì)具體情境背后抽象的本質(zhì)規(guī)律，提升學(xué)生的高階思維，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

3.“大情境”應(yīng)以知識(shí)遷移與實(shí)踐運(yùn)用為目標(biāo)，通過對(duì)真實(shí)情境進(jìn)行簡(jiǎn)化、提煉，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力、提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

（四）基于“大情境”聚焦“大問題”，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)展

所謂“大問題”是指直指本質(zhì)，涵蓋教學(xué)重難點(diǎn)，具有高水平的、以探究為主的、需要運(yùn)用“大思維”才能解決的核心問題?！按髥栴}”可以分解為若干具體的子問題，通過各個(gè)子問題的解決讓課堂教學(xué)層層深入，實(shí)現(xiàn)沉浸式學(xué)習(xí)與層進(jìn)式學(xué)習(xí)的融合，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)展?！按髥栴}”的設(shè)計(jì)可從以下方面入手：

1.“大問題”設(shè)計(jì)應(yīng)具有激發(fā)性和連續(xù)推進(jìn)性。以科學(xué)的“問題”作為切入點(diǎn)，組織學(xué)生去探討研究、交流思辨，不僅可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還可以引導(dǎo)教學(xué)活動(dòng)層層推進(jìn)，帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階和深度學(xué)習(xí)。

2.“大問題”設(shè)計(jì)應(yīng)具有互動(dòng)性和差異性。高效課堂要求以學(xué)生為主體，合理地設(shè)計(jì)問題，不僅可以使師生間產(chǎn)生思維碰撞，幫助學(xué)生完成問題探究，還可以兼顧不同學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的差異，盡可能地讓每一個(gè)學(xué)生都能進(jìn)行高效的、持續(xù)的深度學(xué)習(xí)。

3.“大問題”設(shè)計(jì)應(yīng)具拓展性和創(chuàng)新性。核心素養(yǎng)下，應(yīng)使課堂回歸到科學(xué)教育軌道上，對(duì)此教師可通過設(shè)計(jì)問題引導(dǎo)學(xué)生反思創(chuàng)新，加強(qiáng)學(xué)生的思維訓(xùn)練，使學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)。

綜上所述，將“大概念”“大思維”“大情境”“大問題”恰到好處地滲透到各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，能使大單元教學(xué)既統(tǒng)攬全局又有序開展，從而有效促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

二、基于深度學(xué)習(xí)的高中物理大單元教學(xué)設(shè)計(jì)案例

為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，筆者結(jié)合新課標(biāo)和大單元教學(xué)理念，開展基于深度學(xué)習(xí)的高中物理大單元教學(xué)實(shí)踐，探索高效課堂教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施策略。結(jié)合實(shí)際教學(xué)效果，筆者選定人教版高中物理必修第二冊(cè)第八章第四節(jié)“機(jī)械能守恒定律”為大單元教學(xué)設(shè)計(jì)案例，具體教學(xué)過程設(shè)計(jì)如下。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

真實(shí)情境：（1）準(zhǔn)備好兩杯水，將其中一杯的部分水倒入另一杯中，問學(xué)生有什么規(guī)律。（2）做游戲：讓一名學(xué)生上講臺(tái)演示，先用一細(xì)繩拴住一鋼球，將鋼球拉到該生的鼻尖位置，然后釋放鋼球，觀察該生的反應(yīng)（見圖1）。

問題設(shè)計(jì)：你們觀察到了什么現(xiàn)象？你們感受到能量了嗎？可以得出一個(gè)什么結(jié)論？能量在轉(zhuǎn)化過程中總量都是不變的嗎？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生感受能量及能量轉(zhuǎn)化，并通過類比倒水過程中水杯里的水此消彼長(zhǎng)，建立能量轉(zhuǎn)化觀念，提出自然界守恒“大概念”，引入追尋守恒量的“大問題”。

（二）建立模型，科學(xué)探究

1.回顧歷史，追尋守恒量

伽利略在研究小球在光滑斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是斜面A的傾角和斜面B的傾角哪個(gè)大（見圖2），在斜面上某處?kù)o止釋放小球后，小球的速度最后總會(huì)在高度相同的那個(gè)地方變?yōu)榱恪?/p>

問題設(shè)計(jì)：通過分析系統(tǒng)的起始狀態(tài)和末了狀態(tài)，你發(fā)現(xiàn)有哪些物理量是變化的？哪些是不變的？生活中還有哪些能量轉(zhuǎn)化的例子？這些不變量在其他案例中是否具有普遍性？

設(shè)計(jì)意圖：通過問題引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想生活情境，討論能量轉(zhuǎn)化中的不變量是否具有普遍性，并做出猜想，使學(xué)生形成解決問題的“大思維”。

2.聯(lián)系真實(shí)情境，建立模型

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生先列舉生活中動(dòng)能和重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化實(shí)例以及動(dòng)能和彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化實(shí)例，例如下落的果子、過山車、蕩秋千、蹦極等，然后將自己聯(lián)想的實(shí)際情境理想化處理并自主構(gòu)建模型，最后完成導(dǎo)學(xué)案（見圖3）中分組探究1的任務(wù)。

問題設(shè)計(jì)：你們所列舉的案例中有哪些能量轉(zhuǎn)化？有哪些力做功？怎樣衡量能量的大??？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生體會(huì)解決問題的科學(xué)方法，通過問題引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活創(chuàng)設(shè)動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化的“大情境”，并簡(jiǎn)化真實(shí)情境建立模型，深度思考能量的定量計(jì)算方法，為機(jī)械能守恒定律的建立提供情境模型和思想方法。

3.建立概念，探究論證

合作探究：在學(xué)生建立模型后，為了讓學(xué)生更好地探究動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化過程的不變量，教師與學(xué)生積極互動(dòng)，建立機(jī)械能的概念，討論機(jī)械能的特點(diǎn)，即機(jī)械能是標(biāo)量；機(jī)械能的大小是相對(duì)的；機(jī)械能具有系統(tǒng)性。依據(jù)機(jī)械能的概念，結(jié)合已建立的理想模型，通過功能關(guān)系尋找規(guī)律，并完成導(dǎo)學(xué)案中分組探究2的任務(wù)。

問題設(shè)計(jì)：在動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化的過程中，大家猜想的那個(gè)不變量（總量）叫什么？機(jī)械能有什么特點(diǎn)呢？利用功能關(guān)系如何驗(yàn)證守恒猜想？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生體會(huì)建立概念的必要性，通過問題引導(dǎo)學(xué)生利用模型和所學(xué)知識(shí)推導(dǎo)機(jī)械能關(guān)系，理解機(jī)械能守恒定律，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

4.結(jié)合實(shí)境，拓展延伸

真實(shí)情境：一個(gè)小球在真空中做自由落體運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)同樣的小球在黏性較大的液體中由靜止開始下落（見圖4），它們都由高度為h1的地方下落到高度為h2的地方。討論能量轉(zhuǎn)化情況，并總結(jié)機(jī)械能守恒的條件，即只有重力做功或彈力做功的系統(tǒng)。

問題設(shè)計(jì)：在這兩種情況下，重力勢(shì)能的減少量相等嗎？動(dòng)能的增加量相等嗎？?jī)煞N情況下重力勢(shì)能分別轉(zhuǎn)化為什么形式的能？機(jī)械能還守恒嗎？研究機(jī)械能守恒還有意義嗎？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)機(jī)械能守恒的條件，借助問題啟發(fā)學(xué)生通過真實(shí)情境拓展能量體系，促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)，深度思考能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，形成守恒“大概念”。

5.初步構(gòu)建能量體系，落實(shí)大單元教學(xué)理念

討論交流：列舉生活中不同形式能量（見圖5）的轉(zhuǎn)化情境，討論能量是否守恒。

問題設(shè)計(jì)：其他不同形式的能量可以轉(zhuǎn)化嗎？轉(zhuǎn)化過程中總量守恒嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過其他形式能量轉(zhuǎn)化的拓展，啟發(fā)學(xué)生對(duì)能量守恒進(jìn)行思考，從而認(rèn)識(shí)自然界的多樣性與統(tǒng)一性。

（三）總結(jié)歸納，實(shí)際應(yīng)用

實(shí)際情境：蕩秋千（見圖6）時(shí)，在沒有人推且蕩秋千的人不動(dòng)時(shí)，秋千擺動(dòng)的幅度會(huì)逐漸變小。

問題設(shè)計(jì)：（1）秋千和人組成的系統(tǒng)能看成單擺模型嗎？秋千擺動(dòng)過程中為什么擺幅會(huì)變小？秋千擺動(dòng)過程中對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化情況是怎樣的？機(jī)械能守恒嗎？能量守恒嗎？

（2）如果阻力可以忽略，秋千和人組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒嗎？

在（2）中所描述的情況下，已知秋千的繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，秋千擺動(dòng)的最大偏角為θ，則秋千擺動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用能量守恒定律分析生活中的一些實(shí)際問題，并讓學(xué)生依據(jù)核心問題忽略次要因素構(gòu)建物理模型，結(jié)合物理模型運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題，體會(huì)機(jī)械能守恒定律的優(yōu)越性并感悟能量守恒。通過實(shí)際應(yīng)用也讓學(xué)生回顧本節(jié)課的探究過程，形成解決實(shí)際問題的“大思維”，培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

通過本次教學(xué)研究和實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)“基于深度學(xué)習(xí)的物理大單元教學(xué)”是一種十分符合核心素養(yǎng)理念的教學(xué)方式。通過內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系整合單元教學(xué)內(nèi)容，不僅能讓學(xué)生掌握完整的、系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)，還能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生解決問題的能力。為此，教師應(yīng)進(jìn)行基于深度學(xué)習(xí)的大單元教學(xué)的具體設(shè)計(jì)，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 張玉峰.以大概念、大思路、大情境和大問題統(tǒng)領(lǐng)物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.中學(xué)物理，2020（5）：2-7.

［2］? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］? 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書 物理 必修 第二冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2020.