指向深度學(xué)習(xí)的高中物理情境教學(xué)設(shè)計(jì)探討

摘 要：課堂教學(xué)離不開情境，創(chuàng)設(shè)有價(jià)值的情境是新課程改革的重要追求。深度學(xué)習(xí)與情境教學(xué)在一定程度上存在契合點(diǎn)，有價(jià)值的教學(xué)情境不僅能激發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，還能讓學(xué)生在知識探究的過程中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。以人教版高中物理選擇性必修二中的“左手定則”為例，探討指向深度學(xué)習(xí)的高中物理情境教學(xué)設(shè)計(jì)路徑，為全面提高教學(xué)質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；情境教學(xué)；左手定則

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0030-6

１ 問題提出

當(dāng)今時(shí)代對人才素養(yǎng)的要求已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，由關(guān)注外在知識層面逐漸轉(zhuǎn)向關(guān)注內(nèi)在的、縱深的學(xué)習(xí)過程層面，超越淺表化、形式化的淺層學(xué)習(xí)，達(dá)到“深度學(xué)習(xí)”［１］。２００５年，黎加厚教授在國內(nèi)率先進(jìn)行了深度學(xué)習(xí)的研究，認(rèn)為“深度學(xué)習(xí)是指學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌氲皆械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想之間建立聯(lián)系，從而將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題?！保郏玻荼睅煷蟮墓A教授提出，要在真實(shí)情境中讓深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生，將整合性、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)單元作為深度學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容［３］。

以上研究表明，深度學(xué)習(xí)與情境教學(xué)在一定程度上存在契合點(diǎn)。深度學(xué)習(xí)要依托情境來實(shí)現(xiàn)，學(xué)生在真實(shí)情境中解決有挑戰(zhàn)性的任務(wù)并展開深度學(xué)習(xí)，全面把握知識間的關(guān)聯(lián)，才能更有力地建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)體系，最終實(shí)現(xiàn)對知識的遷移與應(yīng)用。

在高中物理教學(xué)中，“左手定則”較為抽象，因?yàn)榘才嗔Ψ较蚺c電流方向、磁場方向緊密聯(lián)系且呈現(xiàn)出立體空間關(guān)系，學(xué)生難以理解。教師可以通過創(chuàng)設(shè)多樣化的教學(xué)情境［４］，讓學(xué)生主動(dòng)參與、深度體驗(yàn)“左手定則”的探究過程，從而突破這一教學(xué)難點(diǎn)。人教版高中物理教材（２０１９版）通過演示實(shí)驗(yàn)觀察影響安培力方向的因素，然后直接給出“左手定則”。這樣的安排缺少對“左手定則”建構(gòu)過程的思維演繹，不利于學(xué)生科學(xué)思維的形成。學(xué)生在抽象思維、空間想象等方面的能力還較為薄弱，對安培力方向的影響因素及空間關(guān)系缺少感性認(rèn)識，對“左手定則”的建立過程存在著思維障礙［５］。

２ 教學(xué)設(shè)計(jì)路徑

基于深度學(xué)習(xí)理論，以“左手定則”為例，提出了高中物理情境教學(xué)設(shè)計(jì)，通過創(chuàng)設(shè)包含懸疑魔術(shù)情境、多元探究情境、在新異情境中遷移應(yīng)用、及時(shí)反饋與持續(xù)評價(jià)、課程思政情境五個(gè)環(huán)節(jié)的情境教學(xué)路徑來開展教學(xué)（圖１）。深度學(xué)習(xí)需要深度的專注思維和發(fā)散思維，教師應(yīng)在教學(xué)中給予學(xué)生“自由發(fā)揮”的空間，以情境為明線，以深度學(xué)習(xí)要素為暗線，在情境教學(xué)過程中讓學(xué)生對知識有全面而深刻的理解，將學(xué)習(xí)心智發(fā)揮到極致，促進(jìn)高階思維的發(fā)展［６］。

３ 教學(xué)設(shè)計(jì)案例分析

３．１ 環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)懸疑魔術(shù)情境，激發(fā)深度學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

教師活動(dòng)：手機(jī)播放音樂，通過提問“手機(jī)通常是通過揚(yáng)聲器播放音樂，那手機(jī)里面的音樂能否通過‘卡紙’播放出來呢”，來吸引學(xué)生的注意力。

學(xué)生活動(dòng)：思考揚(yáng)聲器播放音樂的原理，對音樂通過“卡紙”播放產(chǎn)生質(zhì)疑。

教師活動(dòng)：如圖2所示，將功率放大器信號pn98DlBvAqsgm1/u7Zu/iA==輸入端與手機(jī)接口端相接，信號輸出端與“卡紙”（在卡紙一側(cè)緊貼紙面纏繞多圈漆包線）相接，此時(shí)手機(jī)揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音消失。教師對“卡紙”施加魔法，將手中的“魔法石”靠近“卡紙”，手機(jī)中的音樂通過“卡紙”播放出來。

學(xué)生活動(dòng)：仔細(xì)觀察老師的魔術(shù)表演，結(jié)合所學(xué)知識，嘗試思考“卡紙”發(fā)聲所隱藏的物理原理。

教師活動(dòng)（揭秘魔術(shù)）：“卡紙”的背面纏繞了多圈漆包線，其發(fā)聲原理是通電漆包線圈在磁場中的振動(dòng)，引出“通電導(dǎo)線在磁場中會受到力的作用”這一主題。

［設(shè)計(jì)意圖］ 通過“魔術(shù)”引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)深度學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，引入新課主題。

３．２ 環(huán)節(jié)二：創(chuàng)設(shè)多元探究情境，促進(jìn)學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)

探究是深度學(xué)習(xí)的核心要素，教師要有目的地創(chuàng)設(shè)多元探究活動(dòng)情境，設(shè)置探究環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地開展多種探究活動(dòng)，在探究情境中發(fā)現(xiàn)問題、進(jìn)行猜想、分析推理、建構(gòu)模型，進(jìn)而獲得結(jié)構(gòu)化的物理核心知識。

３．２．１ 創(chuàng)設(shè)學(xué)生游戲情境，在深度體驗(yàn)中猜想

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生在游戲情境中尋找影響安培力方向的因素。介紹“旋轉(zhuǎn)愛心”實(shí)驗(yàn)裝置（如圖3所示，裝置由彎曲的銅絲、紐扣磁鐵以及干電池組成），并告知學(xué)生元件組裝的基本思路，將裝置豎直放置于水平桌面上。

學(xué)生活動(dòng)：將器材進(jìn)行組裝、檢查，使其轉(zhuǎn)動(dòng)起來。小組間互相討論、觀察各自“愛心”的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。通過對比觀察，發(fā)現(xiàn)各小組“愛心”的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不同。

教師活動(dòng)：讓學(xué)生相互討論，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)裝置，找出影響“愛心”轉(zhuǎn)動(dòng)方向的因素。

學(xué)生活動(dòng)：小組間橫向?qū)Ρ绕鞑慕M成的異同。通過改變干電池的正負(fù)極，發(fā)現(xiàn)“愛心”的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不同，從而猜想電流的方向可能影響轉(zhuǎn)動(dòng)的方向（圖４）。

學(xué)生活動(dòng)：通過改變磁鐵的南北極，發(fā)現(xiàn)“愛心”的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也不同，從而猜想磁場的方向可能影響轉(zhuǎn)動(dòng)的方向（圖５）。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)現(xiàn)象合理猜想，“愛心”轉(zhuǎn)動(dòng)的方向可能與電流方向、磁場方向有關(guān)。

［設(shè)計(jì)意圖］ 讓學(xué)生在“愛心”轉(zhuǎn)動(dòng)游戲中親身體驗(yàn)，對比分析，發(fā)現(xiàn)影響安培力方向的相關(guān)因素。

３．２．２ 在實(shí)驗(yàn)探究情境中，完成深度學(xué)習(xí)任務(wù)

實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)生獲得認(rèn)識的重要來源。在實(shí)驗(yàn)探究情境中，教師要指導(dǎo)學(xué)生完成深度學(xué)習(xí)任務(wù)，傳授學(xué)生知識與方法，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作、分析處理信息等能力。

教師活動(dòng)：介紹自制實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造及原理（圖６）。將電路按照圖６（a）所示方式進(jìn)行連接，通過電路中的單刀雙擲開關(guān)來改變電流方向；將一個(gè)漆包線框接入電路并豎直懸吊，其下部置于豎直方向的磁場中且與磁場方向垂直，如圖６（ｂ）所示。

教師活動(dòng)：結(jié)合教具，提出問題“通電線圈是否受到安培力的作用以及安培力的方向如何”“安培力的方向受到電流方向、磁場方向兩個(gè)因素影響，應(yīng)采用何種方法對該猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究呢”。

學(xué)生活動(dòng)：思考、回答問題。通電線圈左、右偏轉(zhuǎn)說明受到了安培力的作用。在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采用控制變量法分別探究電流方向和磁場方向?qū)τ诎才嗔Ψ较虻挠绊憽?/p>

學(xué)生活動(dòng)：在教師引導(dǎo)下小組合作進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

步驟１：保持電流方向不變，改變磁場方向，觀察并記錄安培力方向。

步驟２：保持磁場方向不變，改變電流方向，觀察并記錄安培力方向。

在實(shí)驗(yàn)完成后，將各物理量的方向統(tǒng)一填寫進(jìn)實(shí)驗(yàn)表格（表１）。（注意：磁場方向?yàn)樨Q直向上或豎直向下；電流方向?yàn)榇怪庇诎迕嫦蛲饣蛳騼?nèi)；安培力方向?yàn)樗较蜃蠡蛩较蛴遥?/p>

［設(shè)計(jì)意圖］ 通過教師主導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)完成深度學(xué)習(xí)任務(wù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力及相互協(xié)作、實(shí)事求是的科學(xué)精神。

３．２．３ 創(chuàng)設(shè)分析推理情境，優(yōu)化深度學(xué)習(xí)思維

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生觀察表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析安培力方向、電流方向、磁場方向之間的空間關(guān)系。

學(xué)生活動(dòng)：觀察數(shù)據(jù)，小組討論，嘗試找到安培力方向、電流方向、磁場方向間的空間關(guān)系。但表格中的數(shù)據(jù)較抽象，學(xué)生很難找到三者間的空間關(guān)系。

教師活動(dòng)：引導(dǎo)并提示學(xué)生化抽象為形象，畫出儀器空間示意圖（圖7）。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)畫出示意圖，直觀地發(fā)現(xiàn)，安培力方向既垂直于電流方向，又垂直于磁場方向。

教師活動(dòng)：進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析，電流方向和磁場方向相交共面，由此推理出安培力方向總是與電流方向和磁場方向所在平面垂直。

［設(shè)計(jì)意圖］ 化抽象為形象，將抽象的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為形象的示意圖，優(yōu)化學(xué)生的深度學(xué)習(xí)思維，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。

３．２．４ 創(chuàng)設(shè)物理模型情境，開展深度學(xué)習(xí)互動(dòng)

在高中物理教學(xué)中，模型建構(gòu)是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維能力的重要方式。教師要鼓勵(lì)學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)互動(dòng)，尋找和利用生活中易制、易得的物品來構(gòu)建物理模型，實(shí)現(xiàn)安培力、電流、磁場三者空間關(guān)系的可視化，突破左手定則建立過程中的思維障礙。

教師活動(dòng)：提供三通閥和三色箭頭，約定好每種顏色箭頭和安培力、電流、磁場三者方向的對應(yīng)關(guān)系（圖8）。

學(xué)生活動(dòng)：按照示意圖，將彩棒插入三通閥中，首先模擬第一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建第一個(gè)模型，如圖９（ａ）所示。

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生保持模型的磁場方向（圖中豎直的紫色彩棒）不變，旋轉(zhuǎn)模型使電流方向（圖中水平的綠色彩棒）反向，如圖９（ｂ）所示。同時(shí)提醒學(xué)生觀察第二個(gè)示意圖與模型的關(guān)系。

學(xué)生活動(dòng)：旋轉(zhuǎn)模型后發(fā)現(xiàn)，由第一個(gè)示意圖建構(gòu)起來的模型也可以表示第二個(gè)示意圖。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)模型，發(fā)現(xiàn)該模型也可以表示第三個(gè)示意圖，如圖9（c）所示。

教師活動(dòng)：提醒學(xué)生觀察模型，思考模型的特點(diǎn)。

學(xué)生活動(dòng)：討論、交流后發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)模型，旋轉(zhuǎn)后可以表示不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

教師活動(dòng)（提問）：同一個(gè)模型通過旋轉(zhuǎn)，可以表示三種不同情況下安培力、電流和磁場的方向關(guān)系（圖１０），這說明了什么？

學(xué)生活動(dòng)：思考、討論得出安培力方向、電流方向和磁場方向之間的空間關(guān)系是固定的。

［設(shè)計(jì)意圖］ 通過師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，在深度學(xué)習(xí)互動(dòng)中構(gòu)建物理模型，引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)象之下的深層次物理規(guī)律，幫助學(xué)生抓住知識關(guān)鍵點(diǎn)，挖掘現(xiàn)象背后的規(guī)律，形成系統(tǒng)化的科學(xué)思維。

３．２．５ 總結(jié)與深化，得出左手定則

在分析推理和模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出左手定則。

教師活動(dòng)（提問）：當(dāng)確定了電流方向與磁場方向后，可以通過模型判斷出安培力的方向。但如果每次都借助模型來判斷方向?qū)懿环奖?，有沒有更簡潔的方法來判斷安培力的方向呢？

學(xué)生活動(dòng)：小組討論、思考，尋找判斷安培力方向的方法。（可能嘗試伸出手指或者通過墻角等來判斷）

教師活動(dòng)：介紹英國電機(jī)工程師弗萊明總結(jié)出的安培力方向判斷方法，即用左手來判斷安培力的方向，“左手定則”由此誕生，并結(jié)合示意圖講解“左手定則”的具體內(nèi)容（圖１１）。

學(xué)生活動(dòng)：思考“左手定則”內(nèi)容，伸出左手判斷實(shí)驗(yàn)表格中的數(shù)據(jù)是否符合左手定則，以此來論證“左手定則”。

［設(shè)計(jì)意圖］ 學(xué)生通過自主探索得到左手定則，得到發(fā)現(xiàn)知識的成就感，并體會到探究的價(jià)值，拉近與物理知識的距離，激發(fā)后續(xù)主動(dòng)參與探究、構(gòu)建認(rèn)知的內(nèi)驅(qū)力［７］。

３．３ 環(huán)節(jié)三：在新異情境中遷移應(yīng)用知識，有力落實(shí)深度學(xué)習(xí)

能否遷移應(yīng)用知識是落實(shí)深度學(xué)習(xí)的重要標(biāo)志。只有將知識遷移到陌生情境中并加以應(yīng)用，學(xué)生才能清楚是否真正掌握知識；只有應(yīng)用物理知識來解釋實(shí)際現(xiàn)象或解決真實(shí)問題，才能暴露、診斷出對物理知識認(rèn)識的不足或缺陷，以便后期的糾正和完善［８］。

教師活動(dòng)：變式訓(xùn)練。應(yīng)用左手定則判斷圖１２中的電流方向、磁場方向或安培力方向。

學(xué)生活動(dòng)：判斷未標(biāo)出的物理量方向，討論交流各物理量之間的關(guān)系。

［設(shè)計(jì)意圖］ 通過變式訓(xùn)練讓學(xué)生加深對左手定則的理解，明白在左手定則中電流方向并不一定垂直于磁場方向。

３．４ 環(huán)節(jié)四：及時(shí)反饋與持續(xù)評價(jià)，收獲深度學(xué)習(xí)意義

及時(shí)反饋與持續(xù)評價(jià)是引導(dǎo)學(xué)生深度反思學(xué)習(xí)過程并及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略、實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的有效途徑［９］。深度學(xué)習(xí)要求教師采用恰當(dāng)、有效的方式，多角度、多手段地對學(xué)生實(shí)施評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生積極開展自我評價(jià)、互相評價(jià)，重視形成性評價(jià)在教學(xué)中的價(jià)值，實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況并及時(shí)給予反饋，幫助學(xué)生厘清知識脈絡(luò)，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)人格的全面發(fā)展，最終收獲深度學(xué)習(xí)意義。

３．５ 環(huán)節(jié)五：創(chuàng)設(shè)課程思政情境，深度理解科技發(fā)展

深度學(xué)習(xí)有利于學(xué)生的全面發(fā)展，核心素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的必備品格，情境的創(chuàng)設(shè)還應(yīng)具有教育意義，傳遞正能量?；诖?，教師需要充分挖掘課程思政素材，創(chuàng)設(shè)課程思政情境，促進(jìn)學(xué)生深度理解科技發(fā)展，體現(xiàn)育人價(jià)值。

教師活動(dòng)：通過多媒體或者實(shí)物展示安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，比如，電風(fēng)扇、新能源汽車、揚(yáng)聲器以及磁電式電流表等。

教師活動(dòng)：我國第三艘國產(chǎn)航母福建艦（圖１３），其搭載的電磁彈射器能夠彈射更重的艦載機(jī)，使其起飛效率大大提高。福建艦上的電磁彈射器，正是利用了磁場對通電導(dǎo)線的作用力。講述電磁彈射器的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)和我國馬偉明院士團(tuán)隊(duì)對該技術(shù)的貢獻(xiàn)。

學(xué)生活動(dòng)：觀察、思考生活中哪些物品利用了安培力的原理，并結(jié)合左手定則思考電磁彈射器的原理。感受祖國的發(fā)展變化，認(rèn)識馬偉明院士，并學(xué)習(xí)馬偉明院士為國家鞠躬盡瘁、無悔奉獻(xiàn)的高尚精神。

［設(shè)計(jì)意圖］ 體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念，讓學(xué)生深度體會物理學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，感受我國航母電磁彈射技術(shù)的跨越式突破，堅(jiān)定民族自信和愛國情懷。

４ 總結(jié)與反思

情境教學(xué)應(yīng)遵循中學(xué)生的邏輯思維，符合中學(xué)生認(rèn)知的進(jìn)階發(fā)展。教師為促使深度學(xué)習(xí)在教學(xué)中有效發(fā)生，應(yīng)當(dāng)充分挖掘和設(shè)計(jì)能促進(jìn)思維深度發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容，營造以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，注重學(xué)生的深度參與、深度體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

［１］郭慶，文兵前，舒冬．基于真實(shí)情境的科學(xué)探究對學(xué)生深度學(xué)習(xí)促進(jìn)的研究——以“凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)改革實(shí)踐為例［Ｊ］．物理教學(xué)探討，２０２３，４１（１０）：９－１３．

［２］何玲，黎加厚．促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)［Ｊ］．現(xiàn)代教學(xué)，２００５（５）：２９-30．

［３］郭華．如何理解“深度學(xué)習(xí)”［Ｊ］．四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），２０２０，４７（１）：８９－９５．

［４］姚壘．指向深度學(xué)習(xí)的初中物理概念情境教學(xué)探討——以“比熱容”教學(xué)為例［Ｊ］．物理之友，２０２１，３７（４）：１２－１４．

［５］顏少芬，付麗萍．基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)——以“安培力的方向”教學(xué)片斷為例［Ｊ］．物理教師，２０１９，４０（５）：６－９．

［６］朱依鳳，王健．深度學(xué)習(xí)視域下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)［Ｊ］．物理教學(xué)探討，２０２４，４２（３）：７７－８１，８６．

［７］鄧志文．基于深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)活動(dòng)重構(gòu)的課例研究——以“磁場對電流的作用左手定則”教學(xué)為例［Ｊ］．物理通報(bào)，２０２２（７）：６３－７１．

［８］王建峰．物理規(guī)律教學(xué)中如何開展深度學(xué)習(xí)——“楞次定律”深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)［Ｊ］．物理教學(xué)探討，２０１９，３７（１）：１２－１５，１９．

［９］安富海．促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略研究［Ｊ］．課程·教材·教法，２０１４，３４（１１）：５７－６２．

（欄目編輯 鄧 磊）