在高中物理課堂教學中促進學生深度學習策略探究

本文格式為Word版，下載可任意編輯——在高中物理課堂教學中促進學生深度學習策略探究黃藝雯宋善炎張瑜

本文依托“勻變速直線運動位移與時間的關系〞教學設計，提出在高中物理教學中促進深度學習的策略：突出學生主體地位，升級課堂流程;借助虛擬試驗，創(chuàng)設物理情意;勉勵學生參與活動，收獲課堂體驗;抓住知識的本質(zhì)，提升能力高度。

深度學習高中物理核心素養(yǎng)教學設計

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0450-9889（2021）02-0143-03

如何在高中物理課堂教學中提升學生的物理學科核心素養(yǎng)，“好的教學設計〞是關鍵。何謂“好的教學設計〞？筆者認為，能夠促進學生深度學習，指向?qū)W科核心素養(yǎng)的教學設計，可稱之為“好的教學設計〞。縱觀現(xiàn)實狀況，有好多物理教師在進行教學設計，特別是針對物理概念的設計時，都會傾向于直接向?qū)W生傳授知識點，這可能會導致學生碎片化地接受知識。學生沒有經(jīng)歷自主探究獲得知識的過程，便會缺少學習物理概念的體驗，進而阻礙學生物理核心素養(yǎng)的形成。深度學習的提出應當引發(fā)教師思考，深度學習不是把知識“平移〞“灌輸〞給學生，而是由教師帶領學生進入知識發(fā)現(xiàn)的過程中，引導、幫助學生成為知識發(fā)現(xiàn)的“參與者〞，而不是“旁觀者。〞

物理概念是物理知識的重要組成部分，在物理教學中，幫助學生正確建立物理概念對學生學習物理有重大意義。學生對物理概念的學習具有高起點性，即學生無須經(jīng)歷漫長曲折的摸索，就能直接面對人類由感性認識上升成理論的成果，這也意味著，在物理概念的學習當中，學生不需要在試驗學習中從頭開始摸索，也不用從實踐中積累經(jīng)驗。這往往會導致物理概念教學走上一條“捷徑〞：將知識的傳遞當成目的，將教學定位為知識的“輸入〞與“輸出〞，直接將知識“灌輸〞“平移〞給學生。但是，指向核心素養(yǎng)的深度學習是對表層與機械學習的挑戰(zhàn)，“活動與體驗〞正是深度學習的核心。所以物理概念教學一定要讓學生親身經(jīng)歷知識結構的形成過程。

一、突出學生主體，升級課堂流程

下面筆者以人教版物理教材必修一其次章第三節(jié)《勻變速直線運動的位移與時間的關系》一課為例，闡述教師如何將教學設計從“教師之教〞轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W生之學〞，進而對接學生的學習需求。教師進行教學設計時，應以促進深度學習的發(fā)生、提升學生學科核心素養(yǎng)為原則，精心設計具有教學意圖的結構化材料;遵循學生的認知發(fā)展規(guī)律，循序漸進地實現(xiàn)教學目的;營造和諧、平等、合作、寬松的教學互動氣氛，及時根據(jù)教學反饋調(diào)整教學活動。

（一）一般教學流程設計

教材在本節(jié)的內(nèi)容安排是先介紹質(zhì)點勻速直線運動的位移，在v-t圖象中，用圖象與t軸圍成的面積表示，再用“思考與探討〞欄目中提供的一份研究勻變速直線運動的真實測量記錄，引導學生探討“怎樣根據(jù)測量記錄中的數(shù)據(jù)求出該物體運動的位移〞，再滲透一種科學思路——“一個變化過程在極短時間內(nèi)可以認為是不變的〞，利用“分割—替代—等效〞的過程，將勻變速直線運動的位移表示成一系列矩形面積之和，最終總結得出速度對時間的積累效果（位移）是用v-t圖像與t軸圍成的面積來表示的。遵循此思路設計的教學流程如圖1所示：

（二）落實深度學習的教學過程設計

此過程遵循學生的認知規(guī)律，一步步化解難點，概念確切且線索清楚。不難發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)課堂教學中，學生的主體性凸顯不明，在思考與探討環(huán)節(jié)，學生的參與度雖高，但在其他環(huán)節(jié)，教師的引導仍舊占主體地位。最關鍵的是，學生的“活動與體驗〞不夠，學生在依照教師預設好的路線走，這導致知識傳遞雖高效，但缺少了知識創(chuàng)生的情境，進而阻礙知識的吸收。為了讓學生更加積極地參與教學活動，勇于實踐，筆者在教學勻變速直線運動的位移與時間的關系這一內(nèi)容時，從試驗探究入手，通過建立真實情境，激發(fā)學生探究的興趣，促使學生思考與探討，借此培養(yǎng)學生的科學探究能力。這一教學思路從“知識為本〞轉(zhuǎn)向“以人為本〞，落實了深度學習的目標，提升了學生的物理核心素養(yǎng)，表達了物理學科的育人價值。筆者以深度學習是否發(fā)生的五個判據(jù)為抓手，設計如圖2所示的教學流程圖。

二、借助虛擬試驗，創(chuàng)設物理情境

教師可利用虛擬試驗軟件Algodoo創(chuàng)立一個物體做勻加速直線運動的物理情境，記錄物體做勻加速直線運動的v-t圖，從v-t圖中可直接讀出任意時刻物體運動的速度和位移大小。筆者利用Algodoo創(chuàng)立了一個小鋼球從固定傾角的斜面滑下的情境，給小球初速度，關閉空氣阻力和摩擦力對小球的作用，小鋼球從斜面滑下的過程做勻加速直線運動，生成v-t圖并記錄數(shù)據(jù)（運動場景如圖3所示），得到的v-t圖為在原點之上的傾斜線段，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)即可讀數(shù)。（記錄的速度時間數(shù)據(jù)如表1所示）

三、學生參與活動，收獲課堂體驗

（一）嚴謹處理數(shù)據(jù)圖象，培養(yǎng)科學態(tài)度與責任感

小球做初速度不為0的勻變速直線運動，記錄0s—1.6s的速度和位移，每間隔0.05s記錄下瞬時速度從圖中得到真實位移為4.05m，對應的速度—時間數(shù)據(jù)如表1所示（分析數(shù)據(jù)，取時間間隔0.05s，0.15s—0.2s，0.45s—0.5s，0.7s—0.75s，1.0s—1.05s，1.3s—1.35s這五個時間間隔下△v=0.076m/s，其余間隔下均為0.075m/s，相對誤差為1.3%，在試驗誤差允許的范圍內(nèi)，故可視為勻變速直線運動）。

（1）分析教材“思考與探討〞部分給出的案例，將1.6s均分成兩等份，即△t=0.8s，利用表1中0s，0.8s，1.6s對應的速度估算位移△x。

（2）讓學生在方格紙中將自己估算的位移在v-t圖用圖象浮現(xiàn)出來。

采用同樣的估算法計算△t=0.4s，0.2s，0.1s，0.05s時的位移，并將估算的結果在同樣的v-t圖中浮現(xiàn)出來。教師可將學生分成5組，每組分發(fā)不同的導學案。展示導學案成果，橫向?qū)Ρ?，小組探討對比結果。（比較結果如表2所示）

比較估算位移和估算面積的圖象得出如下結論：①時間間隔越短，估算所得到的位移越趨近于真實位移;②時間間隔越短，在v-t圖中浮現(xiàn)的圖形面積越趨近于v-t圖與t軸圍成的梯形的面積。

（二）提升科學探究能力，培養(yǎng)學生科學思維

本環(huán)節(jié)圍繞學生的活動與體驗展開，是深度學習的核心特征，學生要成為學習的主體就要有“活動〞，并且學生的主動活動依靠教師的精心設計和隨堂引導。學生通過自主探究，對教材思考與探討中的估算法形成理性認識：每段時間內(nèi)的位移與圖象中的面積一一對應相等，表達了數(shù)形結合的思想;為了使估算的位移更接近真實位移，需要把時間進行無限分割，然后用每一段時間初始時刻的速率代替整個時間間隔的速率，即分割—替代—積累，這就是微積分思想的滲透;無數(shù)個矩形面積的和趨近于梯形面積，這是極限思想的表達。

（三）指向核心素養(yǎng)，建構物理觀念

通過學生探究和教師引導，不難將學習方法遷移到把整個過程時間間隔劃分更小，無數(shù)個小矩形的面積之和就能十分確切地代表物體的位移，即v-t圖與t軸圍成的面積代表位移的大小。由梯形面積計算公式和v=v0+at，得出位移公式：x=v0t+at2。

物理觀念的建構要經(jīng)歷從未知到已知的發(fā)展過程，教師要將每一步教學的起點建立在學生的已有認知上，讓學生經(jīng)歷有意義的學習過程，幫助學生建立新舊知識之間的聯(lián)系。學生的學習結果與教師對教學內(nèi)容的把握有很大的關系，教師在此環(huán)節(jié)中不斷搭建腳手架，即抓住主要矛盾，化解難點，旨在讓學生從已知向未知不斷遷移。對教師而言，利用虛擬試驗軟件Algodoo進行教學，不僅表達了教育信息化時代背景下，教師主動提升信息化教學水平的能力，也能極大激起學生的學習興趣，起到事半功倍的效果。此外，物理情境的創(chuàng)設以信息技術為載體，以教材中的案例為切入點，使本節(jié)課的設計更加科學合理。

四、把握知識本質(zhì)，提升能力高度

（一）本質(zhì)與變式

估算不同時間間隔下整段運動過程的位移與面積圖象，不僅表達了對勻速直線運動特征的遷移能力，更表達了深度學習的“本質(zhì)與變式〞。學生對微積分思想的體驗不是直接由教師傳遞得到，而是他們真實、主動地“進入〞知識發(fā)現(xiàn)的，學生親身經(jīng)歷知識的“再發(fā)展〞過程，進而對學習的對象進行深度加工，從而把握知識的本質(zhì)，最終實現(xiàn)遷移（從勻速直線運動遷移到一般勻變速直線運動）。學生結合所畫圖象和微積分思想自然得到x=S梯，繼而推得勻變速直線運動位移與時間的公式。為了提升學生學習能力，教師還可以進行變式提問：“對勻變速直線運動，一段時間內(nèi)，v-t圖象與t軸圍成的面積可以代表這段時間內(nèi)的位移，對非勻變速直線運動是否也有這樣的結論？〞學生回復：“根據(jù)微元法，同樣可以把非勻變速直線運動分成無數(shù)個很小的時間間隔，每一段時間間隔內(nèi)可看成勻速直線運動，通過再累加可證明對于非勻變速直線運動v-t圖象與t軸圍成的面積仍可以表示這段時間內(nèi)的位移。〞

（二）遷移與應用

教師繼續(xù)追問：“在微元法中，我們是通過估算法求不同時間間隔下的位移，時間間隔越小，求得的位移越趨近于真實位移。有沒有其他方法既能夠把誤差降到最小又能夠推導出位移公式呢？〞對這個問題，教師可安排學生探討，引導學生發(fā)現(xiàn)問題的關鍵——勻變速直線運動中也可以用整段時間的平均速率替代整段時間的速率。學生通過小組合作計算出不同時間間隔下的位移。（如表3所示）

從表3中明顯可看出，在不同時間間隔下計算出的位移幾乎都等于真實位移。學生可在速度—時間圖象中，進一步中畫出用平均速度大小替代整個過程中的速度大小，通過分析圖象感受“割補法〞，利用也可求得位移公式。

教師之后可安排課本例題練習，讓學生體會x=v0t+at2在解題中的應用，適當補充勻減速直線運動方面的問題，培養(yǎng)學生一題多解的能力。

本節(jié)內(nèi)容的關鍵就在于微元法的滲透，從勻速直線運動到勻變速直線運動，再到非勻變速直線運動，不斷產(chǎn)生知識的關聯(lián)性，學生的知識體系就不再是孤立的、零散的，而是在教師的引導下