基于問題驅(qū)動型深度學(xué)習(xí)的設(shè)計及改進(jìn)

摘要：“探究杠桿的平衡條件”實驗是學(xué)生認(rèn)識杠桿、應(yīng)用杠桿的基礎(chǔ)。教師在設(shè)計和組織教學(xué)活動時，應(yīng)根據(jù)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的要求，對教材進(jìn)行二次處理，并對實驗進(jìn)行改進(jìn)，以確保達(dá)到教學(xué)目標(biāo)?；趩栴}驅(qū)動型深度學(xué)習(xí)活動的設(shè)計，契合學(xué)生思維發(fā)展的實際，讓學(xué)生帶著問題去設(shè)計和實施實驗探究活動，通過解決問題來糾正思維中的誤區(qū)和錯誤認(rèn)知，在自主活動中獲取知識并解決實際問題，這符合新課標(biāo)中學(xué)生核心素養(yǎng)養(yǎng)成的要求，同時也發(fā)揮了實驗育人的作用。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；實驗探究；教學(xué)設(shè)計；改進(jìn)

初中物理的深度學(xué)習(xí)以單元主題為依托，通過改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，借助科學(xué)探究和情境互動，讓學(xué)生積極參與挑戰(zhàn)性任務(wù)，從而掌握核心物理知識、形成物理觀念、領(lǐng)悟科學(xué)思維，并能夠自主遷移和運用所學(xué)知識，培養(yǎng)積極的科學(xué)態(tài)度和正確的價值觀。［1］結(jié)合《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）對課程目標(biāo)中核心素養(yǎng)內(nèi)涵的解釋，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教育觀念，采用科學(xué)合理的教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

1教材分析及學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計

“杠桿”是初中物理人教版八年級下冊第十二章的第1節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是《課程標(biāo)準(zhǔn)》中課程內(nèi)容一級主題“運動和相互作用”下二級主題“機械運動和力”中第六個三級主題“知道簡單機械”的重要組成部分。本節(jié)中“探究杠桿的平衡條件”是《課程標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定學(xué)生必做的探究類實驗。

根據(jù)單元主題“簡單機械”教學(xué)要求，“杠桿”這節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)為在教師主導(dǎo)下，幫助學(xué)生形成杠桿的概念，認(rèn)識杠桿，建立杠桿模型；探究杠桿平衡條件，多維度體驗杠桿平衡；應(yīng)用杠桿平衡條件，對杠桿進(jìn)行科學(xué)分類；遷移杠桿平衡知識，為研究滑輪和輪軸奠定基礎(chǔ)。

結(jié)合以上學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)杠桿的平衡條件是學(xué)習(xí)杠桿分類、研究滑輪和學(xué)習(xí)其他簡單機械的基礎(chǔ)。但學(xué)生對于什么是杠桿平衡和杠桿在什么條件下平衡、杠桿平衡在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用存在一些誤區(qū)。例如學(xué)生可能會產(chǎn)生杠桿在傾斜狀態(tài)下靜止時沒有處于平衡狀態(tài)、力臂是支點到力的作用點的距離和杠桿的平衡條件為動力＋動力臂＝阻力＋阻力臂等錯誤認(rèn)知。

為解決以上問題，教師可結(jié)合深度學(xué)習(xí)的理論，采用問題驅(qū)動型教學(xué)模式，設(shè)置層層遞進(jìn)的主問題和子問題，引導(dǎo)學(xué)生通過實驗探究去解決問題，進(jìn)而達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師可在教學(xué)中通過對教材內(nèi)容進(jìn)行二次處理并對實驗加以改進(jìn)，并結(jié)合教—學(xué)—評持續(xù)性實施，引導(dǎo)學(xué)生展開有一定梯度的學(xué)習(xí)，讓教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動有效結(jié)合。

2學(xué)習(xí)活動及教學(xué)策略的設(shè)計

結(jié)合知識內(nèi)容（問題主線）、學(xué)生活動設(shè)計和深度學(xué)習(xí)特征，“探究杠桿的平衡條件”實驗教學(xué)過程設(shè)計如表1所示。

3教學(xué)技術(shù)和手段的設(shè)計

本教學(xué)內(nèi)容重點為“探究杠桿的平衡條件”的實驗探究及遷移、應(yīng)用，而實驗探究是知識遷移和應(yīng)用的基礎(chǔ)，因此設(shè)計和組織“探究杠桿的平衡條件”的實驗十分重要?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》對于該實驗教學(xué)要求用杠桿、鐵架臺、鉤碼和彈簧測力計這些器材，探究杠桿平衡時動力、動力臂與阻力、阻力臂之間的定量關(guān)系。［2］

結(jié)合實際教學(xué)的情況及學(xué)生深度學(xué)習(xí)的要求，在人教版初中物理八年級下冊“探究杠桿的平衡條件”實驗基礎(chǔ)上［3］，本文認(rèn)為有以下幾方面需要改進(jìn)。

第一，學(xué)生通過調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在不掛鉤碼時，保持水平并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)。而這個水平位置沒有具體的參照標(biāo)準(zhǔn)，全憑學(xué)生估計。

第二，杠桿兩端懸掛鉤碼，只能探究杠桿受到豎直向下拉力時的平衡條件。

第三，只探究了杠桿水平位置平衡的條件，無法探究其他位置的平衡條件。

3.1實驗裝置的改進(jìn)

針對實驗需要改進(jìn)的地方，我們自制了一套實驗裝置。

實驗器材：帶支架1m×1.5m規(guī)格的PVC板一個，5cm×60cm規(guī)格的刻度貼紙兩張，長50cm的鋼尺一把（一側(cè)貼好刻度紙，中心位置打好直徑8mm的孔），8cm帶螺帽的長腳螺桿一個，30cm細(xì)棉線三根，重垂線一根，實驗室常用杠桿一個。

改進(jìn)后的實驗裝置如圖1所示。該裝置有如下優(yōu)點。

第一，加裝了重垂線，較好地解決了學(xué)生憑感覺判斷杠桿水平平衡的問題。

第二，使用較長的細(xì)棉線便于學(xué)生確定力的作用線，方便測量力臂。

第三，使用帶細(xì)棉線的彈簧測力計，可以靈活改變力的方向。

第四，使用三把刻度尺（上下為固定刻度貼紙，中間為可自由轉(zhuǎn)動刻度尺）相互配合，方便測出杠桿在不同情況下的力臂。

3.2實驗手段的改進(jìn)

對于實驗中記錄的數(shù)據(jù)，學(xué)生需要對動力、動力臂及阻力、阻力臂的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行分析，從而得出杠桿的平衡條件。很多八年級學(xué)生已經(jīng)掌握了Excel表格的簡單操作，教師可以讓學(xué)生利用電子表格對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，通過分析定量關(guān)系總結(jié)出杠桿的平衡條件。

4教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計

基于問題驅(qū)動型的教學(xué)設(shè)計應(yīng)圍繞問題展開，根據(jù)主問題的目標(biāo)設(shè)置多個子問題，從而將學(xué)習(xí)任務(wù)細(xì)化，便于學(xué)生從認(rèn)知沖突中形成物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)思維，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

4.1學(xué)習(xí)任務(wù)一：什么是杠桿平衡？

導(dǎo)入性問題：什么叫物體處于平衡狀態(tài)？

設(shè)計意圖：利用學(xué)生知識最近發(fā)展區(qū)，喚起學(xué)生記憶，建構(gòu)杠桿平衡的定義。

聯(lián)想性問題：杠桿作為一種簡單機械，它的平衡狀態(tài)指什么？

設(shè)計意圖：讓學(xué)生借助類比思想得出杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速直線運動狀態(tài)叫杠桿平衡這一不準(zhǔn)確定義，為下面追問提供鋪墊。

追問：杠桿可以做勻速直線運動嗎？結(jié)合杠桿定義，同學(xué)們可以歸納一下，什么叫杠桿平衡？

應(yīng)用性問題：如圖2所示，你認(rèn)為杠桿這種狀態(tài)下平衡嗎？為什么？

設(shè)計意圖：糾正學(xué)生大腦中杠桿在水平位置靜止才是平衡的錯誤認(rèn)知，來加強和鞏固杠桿平衡的定義。

4.2學(xué)習(xí)任務(wù)二：杠桿在什么條件下平衡？

問題驅(qū)動下“杠桿在什么條件下平衡”教學(xué)過程如表2所示。

4.3學(xué)習(xí)任務(wù)三：杠桿平衡的條件有哪些應(yīng)用？

4.3.1常見杠桿

問題導(dǎo)入：我們身邊有很多杠桿，請你仔細(xì)觀察它們的動力臂和阻力臂有什么關(guān)系？

教師通過課件展示生活中的常見杠桿及這些杠桿模型圖，讓學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單要求畫出這些杠桿模型圖的動力臂和阻力臂，并比較其大小。

活動體驗：教師出示食品夾子、羊角錘，請學(xué)生上臺進(jìn)行用食品夾子夾取書本和用羊角錘拔釘子實驗，并按照學(xué)習(xí)任務(wù)單要求匯報。

活動步驟如下：

步驟一，用手直接拿起書本及拔釘子。

步驟二，用食品夾子夾取書本和用羊角錘拔釘子，注意體會兩次手用力大小。

步驟三，想辦法測出手移動的距離（動力移動的距離）、物體移動的距離（阻力移動的距離）并比較。

子問題：根據(jù)杠桿的平衡條件及剛才的活動，能不能試著對杠桿進(jìn)行分類？

學(xué)生討論后匯報，教師進(jìn)行總結(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)任務(wù)單上填寫杠桿分類表。

追問：能不能再列舉一些生活中的杠桿，并說出它的分類？

設(shè)計意圖：落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。

4.3.2最小動力

問題導(dǎo)入：生活中我們借助杠桿工作時，希望對杠桿施加的力越小而作用效果越好，達(dá)到四兩撥千斤的目的。如何在保證作用效果的前提下施加最小的動力？

教師出示如下例題。

例：在圖中作出拔釘子時在A點施加的最小力F1，并畫出它的力臂。

學(xué)生結(jié)合杠桿的平衡條件討論得出結(jié)論：動力最小時動力臂最大。

追問：本題中怎么作圖使動力臂最大？為什么？并讓學(xué)生討論后上臺演示。

設(shè)計意圖：本題除了考查學(xué)生運用杠桿的平衡條件的情況，還考查了學(xué)生是否具備一定的數(shù)學(xué)知識。

5結(jié)語

在初中物理實驗教學(xué)中，應(yīng)基于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的需要，確定學(xué)生的主體地位并充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，解決學(xué)生“知道什么”“需要學(xué)什么”“想怎么學(xué)”“學(xué)了怎么用”等實際問題。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實際情況，要巧妙設(shè)計驅(qū)動型問題，由淺入深引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷暴露問題－判斷問題－活動體驗－歸納知識－應(yīng)用知識的過程，合理指導(dǎo)學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)。同時可以對教材進(jìn)行二次處理，設(shè)計并自制實驗器材，通過實驗探究活動，讓學(xué)生初步體驗“研究者”學(xué)習(xí)的過程，培養(yǎng)實驗探究能力和態(tài)度。

參考文獻(xiàn)

［1］李春密.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（學(xué)科教學(xué)指南·初中物理）［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2020：3．

［2］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：30．

［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.義務(wù)教育教科書物理八年級下冊［M］.北京：人民教育出版社，2012：77-78．

［4］魏曉東.國外科學(xué)態(tài)度測評研究進(jìn)展與啟示［J］.外國中小學(xué)教育，2019（11）：20-28.