創(chuàng)設(shè)探究式實(shí)驗(yàn)情境 構(gòu)建深度學(xué)習(xí)型課堂*

王馳明

(西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué) 江蘇 蘇州 215000)

1 深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)是一種自主性、理解性學(xué)習(xí),強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和思維的挑戰(zhàn)性.是以真實(shí)情境為背景,以核心問(wèn)題為驅(qū)導(dǎo),以高階思維培養(yǎng)為指向,以科學(xué)探究為手段,通過(guò)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)過(guò)程.教學(xué)中需要教師把知識(shí)轉(zhuǎn)化為問(wèn)題,將問(wèn)題融合于情境之中,學(xué)生在情境中思考問(wèn)題,在問(wèn)題解決中掌握知識(shí).因此,探索新的教學(xué)方法,科學(xué)運(yùn)用符合學(xué)生心理特征和認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)策略,通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境,把知識(shí)問(wèn)題化、問(wèn)題情境化,情境可視化,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí),助推學(xué)生提升學(xué)科素養(yǎng),是有益的教學(xué)實(shí)踐探索.

2 “曲線運(yùn)動(dòng)”的深度學(xué)習(xí)案例

一般認(rèn)為,深度學(xué)習(xí)有以下3個(gè)特征,一是基于真實(shí)情境的任務(wù)驅(qū)動(dòng)型學(xué)習(xí),二是基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)生深度參與型學(xué)習(xí),三是基于合作交流探究的自主構(gòu)建型學(xué)習(xí)[1].本文以人教版必修二第五章第1節(jié)“曲線運(yùn)動(dòng)”新課中知識(shí)構(gòu)建為例,探討如何借助知識(shí)、問(wèn)題、情境的設(shè)計(jì)活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境 激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力

情境1：教師將籃球帶進(jìn)課堂,邀請(qǐng)學(xué)生參與一場(chǎng)籃球“挑戰(zhàn)賽”,挑戰(zhàn)者如果能用3種以上的方法使籃球在空中做直線運(yùn)動(dòng),挑戰(zhàn)就算成功,班級(jí)其他學(xué)生可以作為挑戰(zhàn)者的智囊團(tuán),為挑戰(zhàn)者出謀劃策.

設(shè)計(jì)意圖：情境的創(chuàng)設(shè)不只是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還能為學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題提供真實(shí)的場(chǎng)景,幫助學(xué)生形成高質(zhì)量的問(wèn)題,激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力.挑戰(zhàn)者通常會(huì)使籃球在空中做豎直上拋、自由落體、加速豎直向下運(yùn)動(dòng),在嘗試第四種方法時(shí)遇到困難,大多采用兩人配合使籃球在空中做短距離的拋體運(yùn)動(dòng),此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考以上幾種方法中籃球在空中是否都做直線運(yùn)動(dòng)?

2.2 提出探究問(wèn)題 促進(jìn)學(xué)生深度參與的思維力

2.2.1 探究曲線運(yùn)動(dòng)的方向

情境2：如圖1所示,運(yùn)動(dòng)員順時(shí)針進(jìn)行短道速滑運(yùn)動(dòng),若不小心在如圖1所示O位置摔倒后會(huì)從O點(diǎn)沿1、2、3、4哪個(gè)軌道滑出?如何判斷此刻運(yùn)動(dòng)員的速度方向?

圖1 短道速滑運(yùn)動(dòng)示意圖

生甲:3號(hào)軌道.

師:如何判斷?

生乙:忽略摩擦,由于慣性運(yùn)動(dòng)員保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變,沿3號(hào)軌道做勻速直線運(yùn)動(dòng).

師:追問(wèn)生乙,原有的狀態(tài)指哪個(gè)位置的狀態(tài)?

生乙:離開(kāi)軌道瞬間在O位置的狀態(tài).

師:如圖2所示,我們通過(guò)一些技術(shù)手段可以保留運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)的軌跡,研究運(yùn)動(dòng)員從3號(hào)軌道滑出,對(duì)我們研究O點(diǎn)速度有什么幫助?

圖2 運(yùn)動(dòng)員沿3號(hào)軌道運(yùn)動(dòng)的軌跡

生丙:如果我們能夠保留運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)滑出的運(yùn)動(dòng)軌跡,就能夠確定O點(diǎn)的速度方向,所以,要想得到軌道上不同位置瞬時(shí)速度方向,需要保留運(yùn)動(dòng)員在不同位置滑出軌道的運(yùn)動(dòng)軌跡.

情境3：為了描繪物體運(yùn)動(dòng)軌跡,設(shè)計(jì)如圖3實(shí)驗(yàn),器材A1、A2、B1、B2、C1、C2為6塊可拆卸的擋板放置在水平凹槽里按如圖3所示順序放置,6塊擋板拼接后形成一條曲線軌道.用鋼球替代運(yùn)動(dòng)員,鋼球沿斜面下滑后沿C1C2中間區(qū)域進(jìn)入軌道.運(yùn)動(dòng)的鋼球蘸有墨水,用墨跡保留鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡,可以分析鋼球離開(kāi)軌道的瞬時(shí)速度方向.利用拆卸軌道的方式,使鋼球在圖4所示的A、B、C這3處不同位置脫離曲線軌道,模擬運(yùn)動(dòng)員在賽道不同位置摔倒后滑出軌道的情形.

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖4 鋼球模擬實(shí)驗(yàn)

如圖4所示紅色墨水記錄的是鋼球從斜面下滑進(jìn)入軌道后在A、B、C這3處離開(kāi)軌道時(shí)的軌跡,從而確定鋼球在A、B、C位置瞬時(shí)速度的方向.

設(shè)計(jì)意圖：忽略摩擦,由于慣性鋼球會(huì)保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變,而原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即為鋼球離開(kāi)軌道瞬間在A、B、C這3點(diǎn)的狀態(tài),我們通過(guò)這種方法保留鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡就能確定鋼球在A、B、C這3點(diǎn)的速度方向.

2.2.2 探究曲線運(yùn)動(dòng)的條件

師:曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向沿切線方向,時(shí)刻發(fā)生改變,曲線運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)?

生丁:變速運(yùn)動(dòng).

師:是什么原因使物體的速度發(fā)生改變呢?

生戊:做曲線運(yùn)動(dòng)的物體合外力不為零.

師:施加什么樣的力能夠使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變從而做曲線運(yùn)動(dòng)?如果施加的合力方向與速度方向在同一條直線上,物體就可能做曲線運(yùn)動(dòng)嗎?

情境4：探究曲線運(yùn)動(dòng)條件實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示,通過(guò)出水口水流軌跡,判斷物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件,為了顯示出清晰的水流軌跡,在水中添加一些顏料,讓出水口豎直向下,打開(kāi)出水閥門(mén),觀察水流的軌跡.

圖5 曲線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置圖

師:有什么辦法讓水流呈曲線?出水口朝什么方向噴水,可以使水流做曲線運(yùn)動(dòng)?

生己:出水口與豎直方向呈一定角度.

師:調(diào)整出水口方向,使出水口分別斜向上、水平向右、斜向下,打開(kāi)出水閥門(mén),觀察水流方向.我們?cè)诿總€(gè)水柱上取一作用點(diǎn),請(qǐng)同學(xué)們分析該點(diǎn)的速度方向和受力方向.

生庚:分別在3種情況下選擇一個(gè)“小水柱”畫(huà)出水柱的瞬時(shí)速度方向和受力方向如圖6所示.合力方向與速度方向不共線時(shí)物體做曲線運(yùn)動(dòng).

圖6 畫(huà)出水柱速度和受力

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)還原純粹物理情境就顯得非常重要,它能基于任務(wù)驅(qū)動(dòng),使學(xué)生深度參與學(xué)習(xí),幫助學(xué)生思維進(jìn)階,從初始形象思維到抽象具體思維再上升到創(chuàng)造性思維,促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)思維的有效進(jìn)階[2].

2.3 啟發(fā)形成概念 提升學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)力

師:當(dāng)出水口保持靜止且豎直向下噴水,如何能使水流做曲線運(yùn)動(dòng)?

生辛:用電吹風(fēng)沿著水平方向吹氣.

師:嘗試在水柱上取一個(gè)作用點(diǎn)畫(huà)出該點(diǎn)受力方向,總結(jié)合力與曲線運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系.

生壬:畫(huà)出受力示意圖如圖7所示,曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡夾在合力與速度之間,與速度相切,向合力方向彎曲,但不平行.

圖7 畫(huà)出受力示意圖

設(shè)計(jì)意圖：只注重探究結(jié)果的活動(dòng),往往就是一個(gè)“假探究”.真探究往往從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)始,幫助學(xué)生建立基于合作探究的自主構(gòu)建型學(xué)習(xí)情境,把握知識(shí)背后的思想方法、邏輯、意義和價(jià)值.

2.4 解決實(shí)際問(wèn)題 應(yīng)用知識(shí)方法 提升思維的創(chuàng)造性

師:通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)我們是不是可以對(duì)課前的籃球“挑戰(zhàn)賽”做一個(gè)評(píng)判呢?思考并回答以下問(wèn)題:

(1)僅拆除B1,看鋼球能否保持原來(lái)的曲線運(yùn)動(dòng)?

(2)僅拆除B2,看鋼球能否保持原來(lái)的曲線運(yùn)動(dòng)?

(3)請(qǐng)學(xué)生們注意觀察器材兩側(cè)的軌道壁,有什么發(fā)現(xiàn)嗎?

(4)請(qǐng)思考要保持原來(lái)的曲線運(yùn)動(dòng),最多能同時(shí)拆除幾塊板?

生:回顧籃球的4種運(yùn)動(dòng)形式,用本節(jié)所學(xué)知識(shí)對(duì)4種運(yùn)動(dòng)形式是否都為直線運(yùn)動(dòng)做出判斷.

設(shè)計(jì)意圖：能否靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和思想方法解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題是判斷深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要標(biāo)志,面對(duì)實(shí)際問(wèn)題,進(jìn)行綜合分析和提出解決方案的過(guò)程,本身就是一個(gè)創(chuàng)造性過(guò)程,所以,教學(xué)中設(shè)置待解決的實(shí)際問(wèn)題,有助于提升思維的創(chuàng)造性[3].對(duì)課堂開(kāi)始進(jìn)行的籃球“挑戰(zhàn)賽”成功與否的評(píng)判,彰顯了本節(jié)設(shè)計(jì)首位呼應(yīng)的整體性和嚴(yán)密性.

3 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐的意義

3.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生思維進(jìn)階發(fā)展

物理學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以高階思維能力發(fā)展為中心,深度學(xué)習(xí)就“深”在思維層次上.通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)還原純粹物理情境,把知識(shí)問(wèn)題化、問(wèn)題情境化、情境可視化,使學(xué)生深度參與學(xué)習(xí).物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和現(xiàn)象的可視化表達(dá),有效精煉出知識(shí)的核心內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)隱性知識(shí)的顯性化,使學(xué)生將模糊不清的思想轉(zhuǎn)化成為清晰的外在形態(tài),降低了學(xué)習(xí)的復(fù)雜度和認(rèn)知難度[4],學(xué)生思維經(jīng)歷了從初始形象思維到抽象具體思維再上升到創(chuàng)造性思維,促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)思維的有效進(jìn)階.

3.2 有利于促進(jìn)教師的專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)

教師的課堂設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是把知識(shí)轉(zhuǎn)化為問(wèn)題,將問(wèn)題融合于真實(shí)的情境之中,把抽象的情境通過(guò)實(shí)驗(yàn)可視化.這對(duì)教師的課程執(zhí)行力、領(lǐng)導(dǎo)力和開(kāi)發(fā)力提出十分高的要求.在促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)實(shí)踐研究中,教師必須認(rèn)真專(zhuān)研課標(biāo)、教材和高考評(píng)價(jià)體系,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案,不斷地利用或開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教具,在實(shí)踐中不斷反思總結(jié),形成教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)風(fēng)格促進(jìn)教師專(zhuān)業(yè)快速成長(zhǎng).

3.3 有利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂中落地

落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng),需要學(xué)生從真實(shí)的、復(fù)雜的探究情境出發(fā)運(yùn)用已有的科學(xué)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),通過(guò)常規(guī)思維和高階思維,自主探究與交流合作,在情境中思考,在問(wèn)題解決中掌握知識(shí),變淺層學(xué)習(xí)為深度學(xué)習(xí).核心素養(yǎng)理念和新高考評(píng)價(jià)體系是基礎(chǔ)教育的航向標(biāo),教師必須遵循教育發(fā)展規(guī)律,尊重學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn),構(gòu)建指向培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)、重視學(xué)生物理觀念的形成、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力,實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂落地.