基于深度學(xué)習(xí)理念的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)
——以人教版“變阻器”為例

鄭小平

(廣州市真光中學(xué)初中部芳花校區(qū) 廣東 廣州 510145)

1 深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

1976年,Ference Marton和Roger Saljo在對比淺層學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)闡述了深度學(xué)習(xí)的概念,開啟深度學(xué)習(xí)概念化研究之路.《現(xiàn)代漢語小詞典》對“深度”的解釋是向下或向上的距離、觸及事物本質(zhì)的程度和事物向更高階段發(fā)展的程度[1].可見,深度學(xué)習(xí)是觸及心靈深處的學(xué)習(xí),是深入知識(shí)內(nèi)核的學(xué)習(xí),是展開問題解決的學(xué)習(xí)[2].

結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的諸多研究和著述,李松林等針對深度學(xué)習(xí)在中國中小學(xué)課堂中的實(shí)踐瓶頸,將深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制歸納為:發(fā)生機(jī)制、維持機(jī)制、促進(jìn)機(jī)制和支持機(jī)制.情景誘發(fā)—問題驅(qū)動(dòng)是深度學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)制,切身體驗(yàn)—高階思維是深度學(xué)習(xí)的維持機(jī)制,實(shí)踐參與—問題解決是深度學(xué)習(xí)的促進(jìn)機(jī)制,在線學(xué)習(xí)—現(xiàn)實(shí)虛擬是深度學(xué)習(xí)的支持機(jī)制[3].基于《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》對“變阻器”的教學(xué)要求,結(jié)合深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,本節(jié)課教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 基于深度學(xué)習(xí)理念的教學(xué)流程圖

將深度學(xué)習(xí)的4個(gè)實(shí)現(xiàn)機(jī)制運(yùn)用到初中物理教學(xué)中,可以避免枯燥、碎片化的概念堆砌,有利于物理概念的建構(gòu)、深化、運(yùn)用和遷移,在問題解決中培養(yǎng)高階思維、發(fā)展核心素養(yǎng).

2 變阻器的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

變阻器是初中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的重要組成部分,變阻器的學(xué)習(xí)直接影響到第17章“歐姆定律”和第18章“電功率”的學(xué)習(xí).本節(jié)課安排在第16章最后一節(jié)的位置,符合由簡到繁、由易到難的學(xué)習(xí)規(guī)律,在初中電學(xué)學(xué)習(xí)中起到承上啟下的作用.本節(jié)內(nèi)容由“變阻器”和“變阻器的應(yīng)用”兩部分構(gòu)成,認(rèn)識(shí)變阻器的結(jié)構(gòu)是掌握變阻器正確使用方式的前提,也為學(xué)習(xí)變阻器的運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

2.2 學(xué)情分析

滑動(dòng)變阻器是一個(gè)較為復(fù)雜的電學(xué)儀器,不僅接線柱多,而且伴隨滑片移動(dòng)電路處于動(dòng)態(tài)變化中,因此理解和正確使用滑動(dòng)變阻器對學(xué)生來說有一定的難度.在設(shè)計(jì)本節(jié)課時(shí),先從學(xué)生熟悉的“可調(diào)亮度的臺(tái)燈”入手,通過裝置改進(jìn)循序漸進(jìn)的構(gòu)建變阻器概念,讓學(xué)生沉浸于思考—實(shí)操—?dú)w納的氛圍中,降低學(xué)習(xí)難度.引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究,獲取滑動(dòng)變阻器的相關(guān)信息,歸納總結(jié)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器的正確使用方式.這種概念的建構(gòu)方式較“概念空降式引入”而言,更具嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性、邏輯性,符合初中學(xué)生的心智水平,讓知識(shí)的獲取水到渠成.

2.3 教學(xué)目標(biāo)分析

根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》和人教版《物理(九年級全一冊)》,本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)制定如下:知道滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu);明晰滑動(dòng)變阻器的元件符號(hào);理解滑動(dòng)變阻器的工作原理;掌握滑動(dòng)變阻器正確使用方法,會(huì)把滑動(dòng)變阻器正確連入電路來改變電路中的電流及用電器兩端電壓.

2.4 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是知道滑動(dòng)變阻器的工作原理;教學(xué)難點(diǎn)是會(huì)把滑動(dòng)變阻器正確連入電路.

2.5 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.5.1 創(chuàng)設(shè)“真”情境,提出“真”問題

【創(chuàng)設(shè)問題情境1】引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖2提供的器材,開展分組實(shí)驗(yàn),嘗試用不同的方法讓燈泡的亮度發(fā)生改變.

圖2 “改變燈泡的亮度”所需實(shí)驗(yàn)器材

【問題進(jìn)階思考】在不改變電源兩端電壓的情況下,哪些措施能使小燈泡的亮度發(fā)生持續(xù)變化?

【創(chuàng)設(shè)問題情境2】教師利用如圖3所示的器材,演示“用鎳鉻合金絲控制小燈泡的亮度”的實(shí)驗(yàn).引導(dǎo)學(xué)生思考:

圖3 “用鎳鉻合金絲控制小燈泡的亮度”實(shí)驗(yàn)裝置

(1)小燈泡亮度的變化跟接入電路中的鎳鉻合金絲長度的關(guān)系?

(2)本裝置能調(diào)節(jié)小燈泡亮度的理論依據(jù)是什么?

【創(chuàng)設(shè)問題情境3】播放“智能臺(tái)燈”的廣告視頻,引導(dǎo)學(xué)生思考:與智能臺(tái)燈調(diào)節(jié)亮度的設(shè)備(如圖4所示)相對比,演示實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)裝置有何不足之處?

圖4 淘寶上“智能臺(tái)燈”的電位器

設(shè)計(jì)意圖:該教學(xué)片段通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境,讓學(xué)生知道小燈泡的亮度是可以調(diào)整的.通過分組實(shí)驗(yàn)和逐層遞進(jìn)的問題鏈,把改變燈泡亮度的方法鎖定在改變接入電路中電阻絲的長度這個(gè)策略上.通過對比演示實(shí)驗(yàn)裝置和“智能臺(tái)燈”的機(jī)械旋鈕,探尋裝置改進(jìn)方案,為變阻器結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)做好鋪墊.該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)落腳于生活物理,巧設(shè)“問題串”,激發(fā)學(xué)生求知欲,觸發(fā)深層學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),感受科技給人類帶來便利.

2.5.2 立足“前概念” 巧設(shè)問題串

從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平出發(fā),設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng),能有效降低思維的難度,維持學(xué)生深度學(xué)習(xí)的狀態(tài).前面的教學(xué)活動(dòng)已經(jīng)激起學(xué)生濃郁的求知欲,接著趁熱打鐵拋出問題串,提高學(xué)生思維的密度.進(jìn)階“問題串”設(shè)計(jì)如下:

【問題1】在不改變鎳鉻合金絲總長度的前提條件下,如何改進(jìn)這個(gè)裝置,讓它既能調(diào)節(jié)燈泡亮度,又小巧、便捷.

【問題2】將長的鎳鉻合金絲緊密地纏繞在絕緣管上的好處是什么?

【問題3】教師將圖3中的鎳鉻合金絲取下,緊密纏繞在絕緣管上,如圖5所示.引導(dǎo)學(xué)生思考:將長的鎳鉻合金絲一圈圈挨著,緊密地纏繞在絕緣管上,當(dāng)電路閉合時(shí),會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

圖5 鎳鉻合金絲纏繞過程

【問題4】為了避免繞成一圈圈的電阻絲直接通電,你有什么好的方法?

【問題5】教師將如圖6所示的漆包鎳鉻合金絲接入電路,閉合開關(guān),移動(dòng)動(dòng)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并思考:無論如何移動(dòng)動(dòng)點(diǎn),小燈泡始終不亮的原因?

圖6 將漆包鎳鉻合金絲接入電路中的實(shí)驗(yàn)

【問題6】為了使接觸點(diǎn)移動(dòng)時(shí)能改變電阻絲接入電路中的電阻大小,你有什么好的方法?

【問題7】教師用美工刀在漆包鎳鉻合金絲表面劃一條線,再將漆包鎳鉻合金絲接入電路.閉合開關(guān),沿著去除絕緣漆部分移動(dòng)動(dòng)點(diǎn)(如圖7所示),引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.提出問題:這個(gè)裝置是根據(jù)改變接入電路中電阻絲的長度改變接入電路中電阻大小這一原理制成的,請給這個(gè)裝置命名?

圖7 劃去一條絕緣漆后的漆包鎳鉻合金絲

這7個(gè)問題立足學(xué)生前概念,層層遞進(jìn),符合初中生的思維能力水平.在“變阻器”概念構(gòu)建結(jié)束后,要及時(shí)回歸教材內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第68～69頁“變阻器”和“實(shí)驗(yàn)”兩部分內(nèi)容,回答以下問題:

(1)滑動(dòng)變阻器各個(gè)結(jié)構(gòu)名稱.

(2)要使滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)被測電路的電流,滑動(dòng)變阻器應(yīng)該與被測電路串聯(lián)還是并聯(lián)?

判斷依據(jù)是什么?

(3)滑動(dòng)變阻器有4個(gè)接線柱,當(dāng)它與被測電路串聯(lián)時(shí),共有幾種接法?

(4)當(dāng)滑片移動(dòng)時(shí),這6種接法都能改變滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻大小嗎?

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證問題(4)的答案.同時(shí),通過實(shí)驗(yàn)歸納得出要使滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻變小或變大,滑片分別向哪個(gè)方向移動(dòng)?

設(shè)計(jì)意圖:經(jīng)過環(huán)節(jié)一的激趣,學(xué)生求知欲較濃.加上環(huán)節(jié)二的循循善誘,順利搭建滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)模型.通過文本閱讀,提高獲取信息能力,通過科學(xué)探究,培養(yǎng)分析歸納能力.該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí),各個(gè)教學(xué)過程循序漸進(jìn),加深學(xué)生對滑動(dòng)變阻器的認(rèn)識(shí)和理解.

2.5.3 解決實(shí)際問題,提升運(yùn)用能力

【實(shí)際問題1】用滑動(dòng)變阻器控制電阻兩端電壓

進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生按圖8電路圖連接實(shí)物,其中R是阻值為5 Ω的定值電阻,R′是滑動(dòng)變阻器,完成下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn).

圖8 開展分組實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的電路圖

(1)閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,使R兩端的電壓成倍數(shù)變化,依次為1.5 V、3 V、4.5 V等.

(2)換用10 Ω和15 Ω的定值電阻接入電路中,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)變阻器的滑片位置,保持每次接入的定值電阻兩端的電壓不變.

【實(shí)際問題2】如圖9是一種測定油箱內(nèi)油量的裝置.其中R是滑動(dòng)變阻器的電阻片,滑動(dòng)變阻器的滑片跟滑桿連接,滑桿可以繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng),另一端固定著一個(gè)浮子.請問:在這個(gè)裝置中,電流表示數(shù)越大,表示油箱中的油量越多還是越少?請說明理由.

圖9 “油量表”裝置簡圖

設(shè)計(jì)意圖:通過實(shí)驗(yàn)操作,養(yǎng)成學(xué)以致用的思維,強(qiáng)化滑動(dòng)變阻器的正確使用方式.利用油量表的情境,考查學(xué)生的遷移能力,養(yǎng)成活學(xué)活用的意識(shí).知識(shí)的學(xué)習(xí)最終要通過問題解決和知識(shí)遷移表現(xiàn)出來,在實(shí)踐參與和問題解決中提高學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的深度,發(fā)展高階思維.

2.5.4 環(huán)節(jié)四:及時(shí)進(jìn)行自評,指明改進(jìn)方向

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》建議開展課堂評價(jià),這一點(diǎn)與深度學(xué)習(xí)理論不謀而合.在本節(jié)課的結(jié)尾,讓學(xué)生及時(shí)開展學(xué)習(xí)評價(jià),能更加有效督促學(xué)生養(yǎng)成深度學(xué)習(xí)的習(xí)慣.具體評價(jià)如表1所示.

表1 “變阻器”課堂學(xué)習(xí)評價(jià)表

設(shè)計(jì)意圖:開展過程性評價(jià)符合當(dāng)下教育需求,將課堂評價(jià)作為學(xué)生檔案材料存檔,能全面客觀地了解學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展?fàn)顩r.在課堂評價(jià)表中,詳細(xì)羅列了本節(jié)課需要掌握的知識(shí)與技能、過程與方法和情感態(tài)度價(jià)值觀等方面內(nèi)容,學(xué)生邊完成自我評價(jià),邊梳理整節(jié)課的知識(shí)體系,有助于形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò).同時(shí),開展及時(shí)的評價(jià)和反饋,能激勵(lì)學(xué)生持續(xù)進(jìn)步.

3 反思感悟

物理概念是物理學(xué)的基石,對于學(xué)生來說,只有掌握了物理概念才能解決物理問題[4].所以,初中物理教學(xué)要重視物理概念的建構(gòu)過程,促進(jìn)學(xué)生對抽象概念的理解,引導(dǎo)學(xué)生在問題解決中提升能力,發(fā)展核心素養(yǎng)[5].本節(jié)課通過對比演示實(shí)驗(yàn)1中調(diào)節(jié)亮度的裝置和“智能臺(tái)燈”的電位器,創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,為深度學(xué)習(xí)的開展奠定基礎(chǔ).隨后,通過精心設(shè)計(jì)的問題串,幫助學(xué)生組建“變阻器”的結(jié)構(gòu),掌握變阻器的工作原理.

接著,通過分組實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生尋找證據(jù),歸納總結(jié)得出滑動(dòng)變阻器的正確使用方式.最后,給學(xué)生提供實(shí)操和實(shí)際案例,培養(yǎng)他們學(xué)以致用和知識(shí)遷移的能力.本節(jié)課設(shè)計(jì)較為合理,基本能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果.后期要對本節(jié)課涉及的教學(xué)儀器做進(jìn)一步的改進(jìn),制作成一套美觀、整潔的實(shí)驗(yàn)裝備,以供下次更有序地開展教學(xué).