指向深度學習的初中物理單元整體教學設計與應用研究

陸燕芳

（佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)黃岐初級中學，廣東 佛山 528200）

0 引言

新課標要求初中階段的物理課程教學能夠體現(xiàn)物理學的本質，在幫助學生實現(xiàn)知識及能力成長的同時，高度重視學生學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與發(fā)展。要實現(xiàn)這點就需要教師充分重視教學設計的作用及價值，除了繼續(xù)關注教學設計應實現(xiàn)的知識性目標之外，還需要使教學設計能為學生帶來技能性目標與體驗性目標的收獲。因而初中物理教學設計應以整個單元為立足點，力求教學設計的具體內容能引導學生實現(xiàn)深度學習，這就要求教師具備高水準的專業(yè)能力及職業(yè)素養(yǎng)，始終著眼于自身教育理念和教育方式的優(yōu)化更新，從而有效引導學生在經歷過物理教學活動后實現(xiàn)學以致用，養(yǎng)成科學且客觀的思維能力，為自身后續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎。

1 關于深度學習及單元整體教學設計概念的探討

深度學習起源于20 世紀50 年代，被認為是有別于淺層學習的另一種可達成的學習狀態(tài)，這種學習狀態(tài)在核心素養(yǎng)培養(yǎng)得到充分強調后獲得了高度重視，要求學生能夠在核心素養(yǎng)培養(yǎng)的過程中形成基于高階思維發(fā)展的理解性學習[1]。而深度學習的理論并不僅限于某一教育流派或理念，其本質是對歷史上曾出現(xiàn)過的優(yōu)秀教育理論成果及實踐經驗的匯總與凝練，也因此具有高度關注學生個人學習與發(fā)展途徑的現(xiàn)實意義。

單元整體教學設計則是指立足于整個單元進行的教學設計工作。以當下物理課程單元教學及復習的執(zhí)行情況來看，初中物理單元教學廣泛存在著知識堆積的形式，由教師為學生灌輸單元中的物理知識，隨后設置單元中各環(huán)節(jié)的具體問題要求學生進行攻關，或是通過解決問題幫助學生加深對具體知識點及內容的回憶[2]。從這一點上來看，單元整體教學設計具有非常大的開發(fā)潛力，需要廣大初中物理教師及教育工作者圍繞這方面內容進行深入探索與研究[3]。

2 指向深度學習的初中物理單元整體教學設計

2.1 單元教學任務概述

單元教學內容分析：此次研究以初中物理“機械能守恒定律”這一單元的教學工作為例。

由于該單元的內容囊括了功與功率、動能與動能定理、重力勢能與機械能守恒定律等內容，針對機械運動狀況的分析也是以能量的角度進行的。由此不難發(fā)現(xiàn)此單元教學設計需要圍繞“功”“能”兩個基本概念開展，而“功”則被作為能量轉化的量度，同時也是本單元教學工作的主線內容。

作為力學的基礎性內容及重要組成部分，機械能守恒定律的相關教學工作能使學生進一步接觸到能量與守恒這兩個概念，并建立起能量觀念與守恒思想，在學生日后相關內容的學習分析中發(fā)揮了至關重要的基礎性作用[4]。此單元知識結構如下圖1 所示。

圖1 “機械能守恒定律”單元知識結構圖

學情分析：就學情而言，學生在進行該單元內容學習之前，已經對功與功率的概念有了一定了解，且不同程度知曉動能與勢能的定性及相互轉化，針對能量轉化與守恒定律應有著相對模糊的概念[5]。但與之相比學生掌握的概念及知識相對初級，尚不具備在現(xiàn)實生活中發(fā)現(xiàn)對應只是內容的能力及觀念，因而也就不具備以能量角度分析問題的能力和方法。

因此在單元整體教學時需要將理論與實踐、過程與狀態(tài)相結合，引導學生嘗試同步進行受力分析與做功分析，這同時也是教學的重點工作。

教學重難點：而教學難點則在于同時進行受力、做功兩方面內容的分析，會使學生的知識及思維體系產生相當明顯的跨度，也意味著學生將為此建立較長的思維鏈條，這對學生當前的科學思維與探究能力提出了考驗，也是該單元教學的難點內容。

核心教學內容：最后，該單元教學將蹦極過程中能量轉化情況的研究作為核心內容。

蹦極是一項新潮、具有刺激性、容易引起學生研究興趣的運動，其能量轉換的過程也具有一定的研究意義與價值，因此此次研究將蹦極的執(zhí)行者抽象處理，使之成為概念中的質點，之后引導學生運用所學知識對蹦極過程中不同階段的受力情況、做工情況及能量轉化情況進行分析，最后鼓勵學生針對所學內容及獲得的結論在課堂上進行交流討論[6]。以此為基礎的教學設計可以通過學生感興趣的真實生活情景，來刺激學生學習機械能的興趣，并使學生掌握運用所學知識解決現(xiàn)實問題的一般方法。

2.2 單元整體教學設計

該單元教學的核心任務為研究分析模擬蹦極運動實現(xiàn)過程中不同階段的能量轉化情況，所有教學內容圍繞其分解任務加以安排，具體安排方式如下：

分解任務1 為描述蹦極運動不同階段質點的受力情況、各種力的做工情況及速率，此任務對應功與功率的教學，計劃安排兩個課時；

分解任務2 為研究蹦極運動不同階段質點動能變化情況，以及導致質點動能發(fā)生變化的原因，此任務對應動能與動能定理的教學，計劃安排一個課時；

分解任務3 為研究蹦極運動不同位置質點承受的重力勢能，以及導致重力勢能變化的原因，此任務對應重力勢能的教學，計劃安排一個課時；

分解任務4 為探究質點蹦極過程中于何種狀態(tài)下處于機械能守恒、何種狀態(tài)下發(fā)生機械能變化，以及導致機械能產生變化的原因，此任務對應機械能守恒定律及其應用的教學，計劃安排一個課時；

分解任務5 為結合蹦極運動視頻內容定性討論不同過程中的能量轉化情況，并由學生應用實驗工具模擬蹦極運動，結合所學知識進行定量描述并相互交流研究結果，此任務屬于實踐探究性內容，不對應具體的知識教學課程，計劃安排一個課時。

結合任務分解內容設置教學過程，具體設置方式如下（受篇幅所限僅以分解任務1、2 為例闡述具體過程設置，其他分解任務對照該流程及實際教學要求進行細節(jié)上的調整）：

分解任務1：首先進行情景引入——為學生播放2～3 個蹦極運動視頻，要求視頻完整呈現(xiàn)蹦極運動的全過程，即從體驗者起跳到最終回歸地表。

視頻播放完成后教師向學生提問：蹦極過程中有哪些力做功？這些力做功的條件是什么？

學生1：重力和彈力。

學生2：彈力繩延長至極限之后彈力才開始做功。

學生3：重力做功結束后彈力開始做功。

教師繼續(xù)提問：如何計算重力做功的多少？

在學生進行過思考及回答之后，教師引導學生共同進行理論推導：如果力的方向與質點位移方向并不一致，那么該如何計算某一力的做功？彈性做功與重力做功的區(qū)別是什么？如何判斷功的正負？

此時學生的疑惑已經積累到一定限度，學生也會發(fā)現(xiàn)僅靠已有知識無法解答這些問題，則教師可抓住該時機開展功、功率相關知識的教學工作，幫助學生進一步完善對功基本概念、計算方式、影響因素的了解，以使學生能夠擁有一定的理論知識來嘗試解答這些問題。

學生嘗試解答之后，由教師再次引入具體情境——建筑工地上工程材料的搬運有手推車和起重機兩種形式，為學生播放兩種建筑材料運輸形式的視頻。

完成視頻播放后向學生提問：手推車和起重機的做功方式有什么區(qū)別？有什么相同之處？

學生1：手推車做功方向上有平行的過程。

學生2：起重機的做功方向全過程都是垂直的。

待學生表述完畢后，教師基于學生表達的基礎再次進行提問：在起重機做功的過程中，運行速度是否產生了變化？是什么原因導致了這種變化？如何計算起重機的瞬時功率？如何計算起重機的平均功率？

為學生構筑以上問題之后，由教師引導學生學習功率的相關內容，包括概念、計算方法及影響因素等等。在學生建立初步了解后給出學生具體數(shù)值，要求學生結合這些數(shù)值嘗試運算。

學生獲得計算結果后由教師進行評價，并在評價完成后總結學生計算中出現(xiàn)的紕漏和誤區(qū)，鼓勵學生小組內討論各種誤區(qū)、紕漏出現(xiàn)的原因，進一步深化學生對功率的了解和認知。

之后進行拓展延伸，由教師為學生構筑以下情境：一臺機械的功率是由什么決定的？功率是否能夠達到無限大？如果機械的功率超過一定限度，會造成什么樣的情況？

在學生試圖構思、推理并獲得結果之后，由教師加以辨析總結。

再之后引入拓展討論內容：汽車在恒定功率下行駛時，會出現(xiàn)上坡速度小于平面行駛的速度，原因是什么？通過該拓展延伸幫助學生認識到重力對功率的影響。

最后回歸分解任務1 并將之作為課后作業(yè)，由教師引導學生針對如下內容嘗試進行計算：蹦極運動中彈力繩未達到原有長度的情況下重力做功及功率，并描述蹦極運動過程中彈力做功的具體情況。

分解任務2：

開始時仍由教師進行情景引入——為學生播放汽車行駛、江河流動及蹦極的視頻。

視頻播放完成后向學生提問：什么樣的物體具有動能？動能的大小和哪些因素有關？

學生1：運動的物體。

學生2：受某種力影響的物體。

學生3：與力的大小有關。

接著由教師引入下一個問題：物體的動能應該怎樣計算？

由此引入動能與動能定理相關知識的教學，由教師幫助學生了解動能及其定理的概念，并詢問學生這些概念是怎樣體現(xiàn)在生活中的。在學生嘗試進行描述之后，教師再與學生共同探討動能的利用方式，以及動能可能造成的危害及影響。

完成相關知識的學習及討論后，教師引導學生交流動能的變化會受到哪些力做功的影響，從而引入動能變化與做功的定量關系。

之后引入實例拓展分析：籃球運動員以跳投動作投入具有一定質量的籃球，籃球在空中的飛行情況是什么樣的？最高點達到什么位置？在不考慮空氣阻力的情況下，籃球運動員對籃球做了多少功？

最后回歸分解任務2 并將之作為課后作業(yè)：要求學生定性描述蹦極運動過程中，質點在不同狀況下的動能是如何變化的，以及影響質點動能變化的主要原因。

教學反思：本次教學設計及應用為學生呈現(xiàn)了具體的生活情境，在主要案例上則選擇了感官刺激較為強烈、更容易引起學生探索欲望的蹦極運動，并結合互聯(lián)網呈現(xiàn)了該運動的全過程，之后加入各種輔助性研究內容深化了學生對所學內容的理解，最終達到了較為理想的教學效果。

不足之處是針對案例的研究難以為學生創(chuàng)造親身實踐的機會，學生的研究學習大量集中在理論層面，因此在后續(xù)教學中應深入考量教學設計案例的實踐性，幫助學生有效完成從知識到應用的轉化，促進學生個人綜合能力的全面提升。

3 實施單元整體教學設計評價

評價原則：要評價指向深度學習的單元整體教學設計，需要充分了解教學設計本身在部分具體指標上是否達到了幫助學生實現(xiàn)深度學習的要求，而為了保障其評價的科學性及可靠性，通常需要整合過程性評價與結果性評價兩部分內容。

具體評價執(zhí)行方式：在具體的評價內容上則需要重點考量單元教學活動的執(zhí)行情況，以及學生單元作業(yè)/任務的完成情況。

在單元活動中需要教師詳細記錄學生的具體表現(xiàn)，以過程性評價的形式評估學生的積極性、思維邏輯及表現(xiàn)形式，使之能夠作用于學生單元學習活動優(yōu)化的參考性內容；針對單元作業(yè)/任務的評價則應重點考查學生任務完成情況、準確度及完成任務的狀態(tài)，若學生在實踐過程或作業(yè)準確度上表現(xiàn)優(yōu)秀，則需要為學生予以充分的肯定與鼓勵。

就“機械能守恒定律”這一單元的教學目標來看，針對單元教學活動的評價在很大程度上可以以強調實踐性的分解任務5 為基準，評估學生在實踐教學中的具體表現(xiàn)；而結果性評價則通過綜合考量學生物理概念、科學推理及抽象思維的表現(xiàn)形成單元測試，通過考察學生單元測試完成情況，對現(xiàn)有教學設計進行優(yōu)化及調整，進而實現(xiàn)初中物理的深度學習。

4 結語

深度學習是學生能夠達到的一種學習狀態(tài)，同時也是整個教育系統(tǒng)追求的一種教育理念，其最終目標意在推動學生的全面發(fā)展。此次研究以“機械能守恒定律”這一物理學科的單元知識為例，探討了指向深度學習的單元整體教學設計策略，從而為學生物理學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成探索出一條具有可行性的途徑，為后續(xù)學生全面發(fā)展奠定了可靠基礎。