摘 要:課堂教學(xué)離不開情境,創(chuàng)設(shè)有價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,有價值的教學(xué)情境不僅能激發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)動機,還能讓學(xué)生在知識探究的過程中實現(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 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2024)11-0030-6
1 問題提出
當今時代對人才素養(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),達到“深度學(xué)習(xí)”[1]。2005年,黎加厚教授在國內(nèi)率先進行了深度學(xué)習(xí)的研究,認為“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,并將它們?nèi)谌氲皆械恼J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。”[2]北師大的郭華教授提出,要在真實情境中讓深度學(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。深度學(xué)習(xí)要依托情境來實現(xiàn),學(xué)生在真實情境中解決有挑戰(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,因為安培力方向與電流方向、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)生主動參與、深度體驗“左手定則”的探究過程,從而突破這一教學(xué)難點。人教版高中物理教材(2019版)通過演示實驗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,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、及時反饋與持續(xù)評價、課程思政情境五個環(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,促進高階思維的發(fā)展[6]。
3 教學(xué)設(shè)計案例分析
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)動機
教師活動:手機播放音樂,通過提問“手機通常是通過揚聲器播放音樂,那手機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:思考揚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:如圖2所示,將功率放大器信號pn98DlBvAqsgm1/u7Zu/iA==輸入端與手機接口端相接,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,此時手機揚聲器發(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”,手機中的音樂通過“卡紙”播放出來。
學(xué)生活動:仔細觀察老師的魔術(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(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,引出“通電導(dǎo)線在磁場中會受到力的作用”這一主題。
[設(shè)計意圖] 通過“魔術(shù)”引起學(xué)生的認知沖突,激發(fā)深度學(xué)習(xí)動機,引入新課主題。
3.2 環(huán)節(jié)二:創(chuàng)設(shè)多元探究情境,促進學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)活動
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)多元探究活動情境,設(shè)置探究環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生主動地開展多種探究活動,在探究情境中發(fā)現(xiàn)問題、進行猜想、分析推理、建構(gòu)模型,進而獲得結(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,在深度體驗中猜想
教師活動: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”實驗裝置(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:將器材進行組裝、檢查,使其轉(zhuǎn)動起來。小組間互相討論、觀察各自“愛心”的轉(zhuǎn)動情況。通過對比觀察,發(fā)現(xiàn)各小組“愛心”的轉(zhuǎn)動方向不同。
教師活動:讓學(xué)生相互討論,仔細觀察實驗裝置,找出影響“愛心”轉(zhuǎn)動方向的因素。
學(xué)生活動: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極,發(fā)現(xiàn)“愛心”的轉(zhuǎn)動方向不同,從而猜想電流的方向可能影響轉(zhuǎn)動的方向(圖4)。
學(xué)生活動:通過改變磁鐵的南北極,發(fā)現(xiàn)“愛心”的轉(zhuǎn)動方向也不同,從而猜想磁場的方向可能影響轉(zhuǎn)動的方向(圖5)。
學(xué)生活動:根據(jù)現(xiàn)象合理猜想,“愛心”轉(zhuǎn)動的方向可能與電流方向、磁場方向有關(guān)。
[設(shè)計意圖] 讓學(xué)生在“愛心”轉(zhuǎn)動游戲中親身體驗,對比分析,發(fā)現(xiàn)影響安培力方向的相關(guān)因素。
3.2.2 在實驗探究情境中,完成深度學(xué)習(xí)任務(wù)
實驗探究是學(xué)生獲得認識的重要來源。在實驗探究情境中,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)生動手操作、分析處理信息等能力。
教師活動:介紹自制實驗儀器的構(gòu)造及原理(圖6)。將電路按照圖6(a)所示方式進行連接,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: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、磁場方向兩個因素影響,應(yīng)采用何種方法對該猜想進行實驗探究呢”。
學(xué)生活動: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。在實驗中應(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:在教師引導(dǎo)下小組合作進行探究實驗。
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。
在實驗完成后,將各物理量的方向統(tǒng)一填寫進實驗表格(表1)。(注意:磁場方向為豎直向上或豎直向下;電流方向為垂直于板面向外或向內(nèi);安培力方向為水平向左或水平向右)
[設(shè)計意圖] 通過教師主導(dǎo),學(xué)生主動完成深度學(xué)習(xí)任務(wù),有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力及相互協(xié)作、實事求是的科學(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:引導(dǎo)學(xué)生觀察表格中的實驗數(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: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: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: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:進一步引導(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)計意圖] 化抽象為形象,將抽象的實驗數(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
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。教師要鼓勵學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)互動,尋找和利用生活中易制、易得的物品來構(gòu)建物理模型,實現(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: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:按照示意圖,將彩棒插入三通閥中,首先模擬第一組實驗結(jié)果,構(gòu)建第一個模型,如圖9(a)所示。
教師活動: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。同時提醒學(xué)生觀察第二個示意圖與模型的關(guān)系。
學(xué)生活動:旋轉(zhuǎn)模型后發(fā)現(xiàn),由第一個示意圖建構(gòu)起來的模型也可以表示第二個示意圖。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)模型,發(fā)現(xiàn)該模型也可以表示第三個示意圖,如圖9(c)所示。
教師活動:提醒學(xué)生觀察模型,思考模型的特點。
學(xué)生活動:討論、交流后發(fā)現(xiàn),同一個模型,旋轉(zhuǎn)后可以表示不同的實驗結(jié)果。
教師活動(提問):同一個模型通過旋轉(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: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)計意圖] 通過師生互動、生生互動,在深度學(xué)習(xí)互動中構(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,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,進一步引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)實驗現(xiàn)象,得出左手定則。
教師活動(提問):當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: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:介紹英國電機工程師弗萊明總結(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:思考“左手定則”內(nèi)容,伸出左手判斷實驗表格中的數(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,并體會到探究的價值,拉近與物理知識的距離,激發(fā)后續(xù)主動參與探究、構(gòu)建認知的內(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,有力落實深度學(xué)習(xí)
能否遷移應(yīng)用知識是落實深度學(xué)習(xí)的重要標志。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際現(xiàn)象或解決真實問題,才能暴露、診斷出對物理知識認識的不足或缺陷,以便后期的糾正和完善[8]。
教師活動: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:判斷未標出的物理量方向,討論交流各物理量之間的關(guān)系。
[設(shè)計意圖] 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:及時反饋與持續(xù)評價,收獲深度學(xué)習(xí)意義
及時反饋與持續(xù)評價是引導(dǎo)學(xué)生深度反思學(xué)習(xí)過程并及時調(diào)整學(xué)習(xí)策略、實現(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、有效的方式,多角度、多手段地對學(xué)生實施評價,引導(dǎo)學(xué)生積極開展自我評價、互相評價,重視形成性評價在教學(xué)中的價值,實時關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況并及時給予反饋,幫助學(xué)生厘清知識脈絡(luò),及時調(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,促進學(xué)生深度理解科技發(fā)展,體現(xiàn)育人價值。
教師活動:通過多媒體或者實物展示安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用,比如,電風扇、新能源汽車、揚聲器以及磁電式電流表等。
教師活動: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,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)難點和我國馬偉明院士團隊對該技術(shù)的貢獻。
學(xué)生活動: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、無悔奉獻的高尚精神。
[設(shè)計意圖] 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)度與責任,感受我國航母電磁彈射技術(shù)的跨越式突破,堅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)生認知的進階發(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)當充分挖掘和設(shè)計能促進思維深度發(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。
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(欄目編輯 鄧 磊)