基于深度學(xué)習(xí)的高中物理習(xí)題教學(xué)探索

摘 要：深度學(xué)習(xí)理念與物理學(xué)科核心素養(yǎng)存在必然的聯(lián)系，習(xí)題教學(xué)是學(xué)生核心素養(yǎng)形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基于深度學(xué)習(xí)的習(xí)題教學(xué)是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。從高中物理習(xí)題教學(xué)的現(xiàn)狀出發(fā)，以真實(shí)案例為基礎(chǔ)，以深度學(xué)習(xí)理念為引領(lǐng)，旨在探索高效、實(shí)用、清晰可行的習(xí)題教學(xué)路徑。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；習(xí)題教學(xué)；遷移拓展

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2024）12-0011-4

高中物理習(xí)題教學(xué)是學(xué)生鞏固知識(shí)、形成技能、形成學(xué)科核心素養(yǎng)的重要教學(xué)形式，但在實(shí)際操作中會(huì)出現(xiàn)教師費(fèi)力不討好，學(xué)生感覺枯燥無味，教學(xué)效果大打折扣。據(jù)筆者觀察，高中物理習(xí)題教學(xué)中存在著以下共性問題。

（1）課堂以教師為主體，學(xué)生自主性低

為了完成諸多教學(xué)內(nèi)容，提高時(shí)間的利用率，課堂上教師往往沉浸在自導(dǎo)自演的“獨(dú)角戲”之中，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，整堂課下來，學(xué)生自主參與度低。

（2）慣于模仿，新情境中問題依舊

習(xí)題課后往往有很多學(xué)生對(duì)新情境中出現(xiàn)的類似問題仍然不懂，這就說明習(xí)題課中學(xué)生沒有真正領(lǐng)會(huì)問題解決的技能和方法，更重要的是沒有培養(yǎng)起學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、自主思考、自主解決問題的思維習(xí)慣，導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)“教一會(huì)一”，面對(duì)新情況就會(huì)束手無策。

（3）變式拓展效用不顯著

變式拓展訓(xùn)練是對(duì)例題中沒有涉及到的要點(diǎn)的補(bǔ)充，對(duì)核心知識(shí)的再鞏固。教學(xué)中，教師們往往“照本宣科”，一味地依賴參考資料，沒有精挑細(xì)選或二次加工，致使變式拓展深一腳淺一腳，層次感、漸進(jìn)性和拓展功能沒有完全體現(xiàn)，自然無法讓學(xué)生產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)。

針對(duì)以上問題，筆者以深度學(xué)習(xí)理念為基礎(chǔ)，通過對(duì)高中物理典型案例的剖析，試圖在習(xí)題教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的高階思維能力。

1 深度學(xué)習(xí)理念

深度學(xué)習(xí)倡導(dǎo)在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(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，在眾多思想間建立聯(lián)系，并將已有的知識(shí)遷移到新情境中，作出決策和解決問題［１］。郭元祥教授認(rèn)為，深度教學(xué)不是無限增加知識(shí)難度和知識(shí)量，而是克服對(duì)知識(shí)的表層學(xué)習(xí)以及對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)單占有，基于知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，通過對(duì)知識(shí)的完整處理，引導(dǎo)學(xué)生從符號(hào)學(xué)習(xí)走向?qū)W科思想和意義系統(tǒng)的理解和掌握，并導(dǎo)向?qū)W科素養(yǎng)的教學(xué)［2］。彭紅超認(rèn)為，“深度學(xué)習(xí)是一種基于理解、追求遷移應(yīng)用的有意義的學(xué)習(xí)，它通過促使學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)，采用高級(jí)學(xué)習(xí)方略來促進(jìn)高階知能的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)這些知能在全新情境中的應(yīng)用或新高階知能的生成”［3］，相關(guān)研究表明深度學(xué)習(xí)能發(fā)展學(xué)生的高階思維，培養(yǎng)學(xué)生的深層次認(rèn)知能力，提升其問題解決和創(chuàng)新能力。

通過對(duì)深度學(xué)習(xí)理論的梳理，可以歸納深度學(xué)習(xí)具有以下特征：（1）深度學(xué)習(xí)是建立在知識(shí)理解基礎(chǔ)上的有意義的學(xué)習(xí)，而非機(jī)械化記憶性的學(xué)習(xí)；（2）深度學(xué)習(xí)是在一定的方法策略導(dǎo)引下重視知識(shí)的遷移融通并適應(yīng)新情境；（3）深度學(xué)習(xí)促使學(xué)生認(rèn)知、創(chuàng)新、解決問題等高階能力的形成；（4）深度學(xué)習(xí)理念與近年提出的科學(xué)核心素養(yǎng)有異曲同工之妙。

本文的深度學(xué)習(xí)是指在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生深度參與并調(diào)動(dòng)其主觀能動(dòng)性，以問題鏈等形式評(píng)判性地建構(gòu)綜合能力，實(shí)現(xiàn)在各種變式下對(duì)問題的通透理解，對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通，對(duì)方法和技能的合理掌握，并能將所學(xué)應(yīng)用到新的情境中解決問題，最終使學(xué)生獲得高階思維能力。

2 深度學(xué)習(xí)的習(xí)題教學(xué)

2.1 案例呈現(xiàn)

如圖1所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)與水平面夾角為60°，斜向左上方，絕緣直桿上套著一個(gè)重為G的帶負(fù)電荷的滑環(huán)，滑環(huán)受到的電場(chǎng)力大小等于重力的一半，當(dāng)直桿與水平面夾角為30°時(shí)滑環(huán)受到的摩擦力和直桿與水平面夾角為60°時(shí)滑環(huán)受到的摩擦力大小相等。求：

（1）摩擦力的大小；

（2）滑環(huán)與直桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)。

圖1 案例示意圖

該題重在檢測(cè)學(xué)生對(duì)電場(chǎng)中帶電體動(dòng)力學(xué)問題的理解，核心知識(shí)點(diǎn)考查受力分析和摩擦力的深入理解，模型雖常規(guī)，但是條件的給定和問題的設(shè)置角度獨(dú)特、新穎，學(xué)生剛接觸題目時(shí)覺得似曾相識(shí)，但是隨著思考的進(jìn)一步深入，發(fā)現(xiàn)每一步的進(jìn)展都需要充分挖掘條件。學(xué)生錯(cuò)誤率較高，甚至將解析分發(fā)給學(xué)生，也有一部分學(xué)生仍是云里霧里。

2.2 概要解析

（1）當(dāng)直桿與水平面夾角為30°時(shí)，在垂直于斜面方向上有

FN1=Gcos30°+qE=（+）G（1）

當(dāng)直桿與水平面夾角為60°時(shí)，在垂直于斜面方向上有

FN2=Gcos60°+qEcos30°=（+）G（2）

比較（1）（2）式知FN1>FN2，學(xué)生往往就會(huì)很容易得出，在動(dòng)摩擦因數(shù)相等的情況下，直桿傾角為30°時(shí)滑環(huán)所受的是靜摩擦力，直桿傾角為60°時(shí)滑環(huán)所受的是滑動(dòng)摩擦力，于是就會(huì)有以下過程。

直桿傾角為30°時(shí)滑環(huán)受力平衡

Ff=Gsin30°=G（3）

（2）直桿傾角為60°時(shí)滑環(huán)受摩擦力為

Ff=μFN2=μ（G+G）（4）

由（3）（4）式可得μ==4-2

2.3 問題與沖突

學(xué)生在解決問題過程中可能遇到如下困難：

問題1：審題過程中只提到“勻強(qiáng)電場(chǎng)與水平面夾角為60°”，據(jù)此畫出直桿與水平面夾角成30°和60°時(shí)（兩種情況）滑環(huán)的各自受力分析圖。

問題2：學(xué)生誤認(rèn)為兩種情況下的摩擦力要么都為靜摩擦力，要么都為滑動(dòng)摩擦力。

問題3：無法理性地思考、討論兩種情況下摩擦力的動(dòng)靜情況。

在解答過程中遇到各種問題和認(rèn)知的沖突是很正常的，只要學(xué)生在碰到問題時(shí)主動(dòng)思考、深度參與，真正弄清楚自己的問題所在，是知識(shí)融會(huì)貫通的問題，是方法技巧上的問題，還是思維能力方面的問題，接下來有的放矢，對(duì)薄弱之處加以補(bǔ)充完善，甚至在自己的努力下就可以將問題迎刃而解。對(duì)學(xué)生而言，在解題過程中發(fā)現(xiàn)問題并把脈自己的問題，其實(shí)有很大的難度，如果教師能長(zhǎng)此以往地引領(lǐng)強(qiáng)化這種思維習(xí)慣，相信學(xué)生的自主思維能力將有大幅度提升。

2.4 思維與方法

本題中所涉及的物理模型、規(guī)律及思維方法如下。

斜面是力學(xué)部分的經(jīng)典模型，物體在斜面上的受力通常有重力、彈力、摩擦力及其他力。在這里學(xué)生最容易犯錯(cuò)的地方有兩處，一是畫受力分析示意圖，二是判斷摩擦力的動(dòng)靜及方向；所用到的規(guī)律有Ff=μFN、正交分解和靜態(tài)平衡，學(xué)生的弱項(xiàng)在于正交分解中角度的確定；本題的思維方法為層層推進(jìn)，對(duì)可能的情況逐一排查，很考驗(yàn)學(xué)生的綜合分析能力。

仔細(xì)分析題目，首先需要突破的是據(jù)題畫出直桿與水平面夾角成30°和60°兩種情況下滑環(huán)的受力分析圖（圖2、圖3）。

圖2 受力分析圖 圖3 受力分析圖

由于題目條件有限，通過受力分析只能列出兩種情況下滑環(huán)所受支持力方程。

當(dāng)直桿與水平面夾角為30°時(shí)

FN1=Gcos30°+G=（+）G

當(dāng)直桿與水平面夾角為60°時(shí)

FN2=Gcos60°+Gcos30°=（+）G

接下來，根據(jù)題目條件“當(dāng)直桿與水平面夾角為30°時(shí)滑環(huán)受到的摩擦力和直桿與水平面夾角為60°時(shí)滑環(huán)受到的摩擦力大小相等”，學(xué)生自然而然想到兩種情況下的摩擦力是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力，在同一斜面模型中滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力不能相等，由此產(chǎn)生了思維的誤區(qū)——要么同靜、要么同動(dòng)。其實(shí)，教師需要簡(jiǎn)單提一句“30°和60°是同一個(gè)模型嗎”，相信能一語(yǔ)點(diǎn)醒夢(mèng)中人。此時(shí)，再追問兩個(gè)問題：（1）兩種情況為什么不同是靜摩擦力或滑動(dòng)摩擦力？（2）兩種情況究竟哪種是靜摩擦力？哪種是滑動(dòng)摩擦力？讓學(xué)生進(jìn)一步對(duì)問題進(jìn)行深入思考和探索。

探索1：如果兩種情況下都是滑動(dòng)摩擦力。

由公式Ff = μFN，易知μFN1≠μFN2，假設(shè)不成立，兩種情況下不都是滑動(dòng)摩擦力。

探索2：如果兩種情況下都是靜摩擦力。

圖2所示靜摩擦力：Ff1 =G

圖3所示靜摩擦力：

Ff2 =G+Gsin30°=（+）G

顯然Ff1≠Ff2，假設(shè)不成立，兩種情況下不都是靜摩擦力。

探索3：如果圖2所示是滑動(dòng)摩擦力，圖3所示是靜摩擦力。

μFN1=G+Gsin30°

代入得

μ（Gcos30°+G）=G+Gsin30°

可計(jì)算出μ=，可見圖2所示是滑動(dòng)摩擦力、圖3所示是靜摩擦力的假設(shè)成立。

經(jīng)過細(xì)致的探索并結(jié)合前面的“概要解析”，能清晰地明確，圖2所示是靜摩擦力、圖3所示是滑動(dòng)摩擦力，或者圖2所示是滑動(dòng)摩擦力、圖3所示是靜摩擦力，這樣就存在兩種可能，即摩擦力的大小為Ff=G時(shí)， μ=4-2；Ff =（+）G時(shí)， μ=。

通過以上層層遞進(jìn)和深入的過程，能讓學(xué)生的思維始終處于深度參與之中，習(xí)題教學(xué)的目標(biāo)不是就題講題，而是通過題目訓(xùn)練讓學(xué)生更加深刻地理解物理核心概念的內(nèi)涵和外延，物理模型的適用條件和界限。更重要的是通過對(duì)習(xí)題過程的總結(jié)和提煉，建構(gòu)出科學(xué)的思維方法，提升科學(xué)思維能力，鼓勵(lì)勇于探究的精神。這個(gè)過程實(shí)際上就是在培養(yǎng)學(xué)生的自主、創(chuàng)造、創(chuàng)新等高階思維能力。

2.5 拓展與遷移

筆者在以上案例的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了如下拓展訓(xùn)練。

拓展訓(xùn)練：未加外電場(chǎng)時(shí)，電荷量為-q、質(zhì)量為m的滑塊能在傾角為θ的絕緣斜面上以0.25g的加速度沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，如圖4甲所示?，F(xiàn)加一場(chǎng)強(qiáng)為E、豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖4乙所示，求：

甲   乙

圖4 拓展訓(xùn)練示意圖

（1）滑塊的加速度？

（2）斜面傾斜角變?yōu)槎嗌贂r(shí)能使滑塊靜止在斜面上？

（已知物體重力加速度為g，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力）

解析如下：

（1）未加電場(chǎng)時(shí)，滑塊在斜面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，mgsinθ-μmgcosθ=ma，μ=tanθ-。

加電場(chǎng)后，滑塊受到的等效重力為

G'=mg+qE

沿斜面方向滿足

G'sinθ-μG'cosθ=ma'

a'==+

（2）由（1）知，未加電場(chǎng)時(shí)滑塊在斜面上的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=tanθ-

加電場(chǎng)后，滑塊受到的等效重力為G'?；瑝K能靜止時(shí)，設(shè)斜面的傾斜角為α，G'sinα≤μG'cosα，即tanα≤μ。

所以，當(dāng)tanα≤tanθ-時(shí)，滑塊能靜止在斜面上。

案例所涉及的是力學(xué)中的平衡問題，考查重點(diǎn)在于受力分析和摩擦力種類的判斷，拓展訓(xùn)練中的情境與典例相似，不同之處在于電場(chǎng)方向發(fā)生了改變，第（1）問將案例中的平衡問題變成動(dòng)力學(xué)問題，考查學(xué)生在外加電場(chǎng)情況下對(duì)牛頓第二定律的遷移運(yùn)用能力，同時(shí)對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力提出了更高要求；第（2）問在第（1）問的基礎(chǔ)上物體運(yùn)動(dòng)由動(dòng)態(tài)變成靜態(tài)，需要學(xué)生深入理解并運(yùn)用臨界條件，更重要的是問題設(shè)置中滲透了等效重力思想，只有具備深度學(xué)習(xí)能力的學(xué)生才能深刻領(lǐng)悟到應(yīng)用等效重力思想實(shí)現(xiàn)臨界條件方程的簡(jiǎn)潔化。對(duì)照典例和拓展訓(xùn)練，二者從不同角度直擊學(xué)生學(xué)習(xí)的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，拓展訓(xùn)練補(bǔ)充延續(xù)了典例即將涉及的檢測(cè)點(diǎn)，涵蓋了高中物理核心知識(shí)，這樣的變式拓展才能真正讓學(xué)生產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)，引發(fā)深度思考，掌握知識(shí)方法，將學(xué)生思維能力提到更高維度。

3 結(jié) 語(yǔ)

總結(jié)以上的習(xí)題教學(xué)探索過程，審題時(shí)充分挖掘條件是基礎(chǔ)，自主地發(fā)現(xiàn)問題破解其中的障礙點(diǎn)是關(guān)鍵，提煉總結(jié)過程中的方法與技能是要點(diǎn)，融會(huì)貫通遷移應(yīng)用是目的。多角度引導(dǎo)學(xué)生自主思考、發(fā)現(xiàn)問題，才能激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。此外，引導(dǎo)學(xué)生以問題鏈的形式不斷地深挖探討試題的條件和問題的設(shè)置，有助于培養(yǎng)學(xué)生批判思維的形成，同時(shí)在此過程中學(xué)生逐漸將腦中的知識(shí)系統(tǒng)化，其應(yīng)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力得到了潛移默化的提升。從以上總結(jié)分析不難看出，基于深度學(xué)習(xí)的習(xí)題教學(xué)就是在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，真正落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。

參考文獻(xiàn)：

［１］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．

［２］郭元祥．論深度教學(xué)：源起、基礎(chǔ)與理念［Ｊ］．教育研究與實(shí)驗(yàn)，２０１７（３）：１－１１．

［３］彭紅超．智慧課堂環(huán)境中的深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)研究［Ｄ］．上海：華東師范大學(xué)，２０１９．

［４］盧敏翔．指向深度學(xué)習(xí)的習(xí)題教學(xué)探索［Ｊ］．物理教師，２０２３，44（４）：１１－１4．

［５］徐富鋒．深度學(xué)習(xí)視域下一道電磁感應(yīng)高考題的探討［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０２３，52（９）：３5－３８．

［６］叢榮華，尹晨，王冰．面向深度學(xué)習(xí)的智慧課堂學(xué)習(xí)支架的構(gòu)建［Ｊ］．長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，２０２３（１２）：１７３－１７7．

（欄目編輯 趙保鋼）

收稿日期：2024-07-04

基金項(xiàng)目：重慶市新領(lǐng)雁工程—麗澤物理卓越課堂建設(shè)基地研究成果之一；重慶市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2024年度教學(xué)改革研究專項(xiàng)課題“指向核心素養(yǎng)的新卓越課堂建設(shè)背景下中學(xué)物理課堂效能提升研究”（K24ZG1080291）；重慶市九龍坡區(qū)教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年年度重點(diǎn)課題“新課標(biāo)背景下初中物理課堂教學(xué)效能提升研究”（JL2022—06）。

作者簡(jiǎn)介：申立麗（1980-），女，中學(xué)高級(jí)教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)工作。