促進(jìn)深度學(xué)習(xí) 提升思維品質(zhì)
——“互感和自感”展示課回眸

任虎虎

(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉(cāng) 215411)

1 深度學(xué)習(xí)和思維品質(zhì)的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)被視為落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的必然路徑,有學(xué)者指出,深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí),積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和思想,并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中,且能將已有的知識(shí)遷移到新的情境中的一種學(xué)習(xí)．還有學(xué)者認(rèn)為深度學(xué)習(xí)就是指在教師引領(lǐng)下,學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題,全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程．

思維品質(zhì)是人的思維能力的個(gè)性特征,思維品質(zhì)反映了每個(gè)個(gè)體智力或思維水平的差異,主要包括深刻性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性和批判性等方面.

發(fā)展高階思維能力,提升思維品質(zhì)是深度學(xué)習(xí)的核心任務(wù)和重要特征,深度學(xué)習(xí)就“深”在學(xué)生的思維層次和思維品質(zhì)上．促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)需要所學(xué)的知識(shí)具有充分的廣度、深度和關(guān)聯(lián)度.這有助于提升思維的廣闊性、深刻性、邏輯性和靈活性,深度學(xué)習(xí)倡導(dǎo)批判性地吸收和利用知識(shí),這有助于提升思維的批判性、獨(dú)立性和創(chuàng)造性．提升學(xué)生的思維品質(zhì)也是物理教學(xué)的核心價(jià)值導(dǎo)向．

2 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)提升思維品質(zhì)的有效策略

下面以人教版選修3-2“互感和自感”展示課為例,具體闡述如何在課堂教學(xué)中促進(jìn)深度學(xué)習(xí)提升思維品質(zhì)．

2.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情境，銜接新舊知識(shí)，提升思維的邏輯性

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基石,也是學(xué)物理的基石,創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)演示的方式一方面有助于增強(qiáng)具身體驗(yàn),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,另一方面有助于透過(guò)現(xiàn)象分析問(wèn)題的本質(zhì),建立新舊知識(shí)間的邏輯關(guān)聯(lián),提升學(xué)生思維的邏輯型．互感和自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)在通電線圈中的兩個(gè)應(yīng)用特例,前面學(xué)習(xí)的楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律是理解互感和自感現(xiàn)象的基礎(chǔ).

教學(xué)案例1.在本節(jié)課的引入環(huán)節(jié)筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)“小魔術(shù)”——隔空取電,幫助學(xué)生建立新舊知識(shí)間的邏輯關(guān)聯(lián)．具體做法如下.

用一個(gè)家庭通用大小的LED燈泡(為了安全,可以在淘寶上買額定電壓為12V的LED燈)和底座,將繞成半徑約為10cm的25匝線圈接在燈泡的底座上．向?qū)W生展示燈泡和線圈,著重說(shuō)明燈泡現(xiàn)在沒(méi)有接電源,然后將該裝置從上方靠近正在工作的電磁爐(電磁爐上面不放金屬時(shí)不持續(xù)工作),如圖1所示,線圈和燈泡在電磁爐上方?jīng)]有和任何物體接觸時(shí)竟然神奇地發(fā)光了．

圖1 隔空取電裝置

設(shè)置問(wèn)題:(1) 燈泡發(fā)光說(shuō)明了什么?(2) 燈泡中的電流(或兩端的電壓)是如何產(chǎn)生的?

圖2 模型建構(gòu)

為了幫助學(xué)生解釋現(xiàn)象,可以展示電磁爐內(nèi)部的核心部件——線圈盤(pán),建構(gòu)物理模型,如圖2所示．在線圈1中通入交變電流,在線圈2中兩端產(chǎn)生電壓,學(xué)生在思考討論后能用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行合理解釋,然后讓學(xué)生用自己的理解表述什么是互感現(xiàn)象．在這個(gè)過(guò)程中也學(xué)習(xí)到一種重要的物理思想方法:模型建構(gòu)．從生活情景或具體物理現(xiàn)象到抽象或研究的物理問(wèn)題,中間需要經(jīng)歷模型建構(gòu)的過(guò)程．

2.2 回歸生活背景，放寬研究視野，提升思維的廣闊性

促進(jìn)深度學(xué)習(xí)需要回歸學(xué)生的生活世界和生活背景,與時(shí)俱進(jìn),從學(xué)生豐富的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)路徑,放寬課堂教學(xué)研究的視野,充分展示知識(shí)的廣度,提升思維的廣闊性．

圖3 無(wú)線充電

教學(xué)案例2.在互感現(xiàn)象學(xué)習(xí)后,讓學(xué)生列舉互感現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用．學(xué)生列舉出手機(jī)無(wú)線充電的例子,筆者展示了手機(jī)無(wú)線充電器的貼片,如圖3所示,同時(shí)筆者向?qū)W生介紹了變壓器和互感器．

接下來(lái)教師提出問(wèn)題:互感現(xiàn)象中兩個(gè)非接觸的線圈中到底傳遞了什么?學(xué)生基本都能想到傳遞了能量,但說(shuō)不出其他答案．接下來(lái)筆者演示了如圖4所示實(shí)驗(yàn),將手機(jī)通過(guò)耳機(jī)和一個(gè)線圈相連,音箱和另外一個(gè)線圈連接,在手機(jī)播放一段美妙的音樂(lè),插上耳機(jī)后,將和手機(jī)相連的線圈放入與音箱相連的線圈中,音樂(lè)竟然從音箱中神奇地播放了出來(lái),接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)如圖5所示的物理模型,讓學(xué)生體會(huì)到互感現(xiàn)象中不僅能傳遞能量,還能傳遞信息,從而幫助學(xué)生了解互感現(xiàn)象在生活中的廣泛應(yīng)用．

圖4 互感傳遞信息

圖5 模型建構(gòu)

2.3 適度關(guān)聯(lián)拓展，從定性到定量，提升思維的深刻性

不同知識(shí)點(diǎn)間總有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,兩個(gè)不同知識(shí)點(diǎn)間的過(guò)渡可以通過(guò)關(guān)聯(lián)拓展實(shí)現(xiàn),同一知識(shí)的縱深學(xué)習(xí),也可以通過(guò)適度拓展實(shí)現(xiàn)．自感的教學(xué)中,通過(guò)“千人震”體驗(yàn),讓學(xué)生討論斷電自感的原因,進(jìn)行定性分析,再借助DIS傳感器定量研究,然后拓展遷移過(guò)渡到通電自感上．

圖6 千人震實(shí)驗(yàn)

教學(xué)案例3.“千人震”實(shí)驗(yàn)為了充分增強(qiáng)體驗(yàn)性,電源用兩節(jié)干電池讓全班學(xué)生手拉手一起參與,如圖6所示．然后設(shè)計(jì)討論問(wèn)題:開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),3V的電壓為什么會(huì)產(chǎn)生如此大的威力?為了設(shè)計(jì)臺(tái)階幫助學(xué)生理解，可以增加兩個(gè)提示問(wèn)題．

提示1:開(kāi)關(guān)斷開(kāi),電流如何變化?線圈的磁通量如何變化?

提示2:開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生怎樣的感應(yīng)磁場(chǎng)和感應(yīng)電流?

圖7

為了進(jìn)一步方便研究,可以用燈泡替換人,設(shè)計(jì)如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置,讓學(xué)生思考開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),燈泡閃亮了一下逐漸熄滅．讓學(xué)生進(jìn)一步思考:(1) L1“閃亮”說(shuō)明了什么?(2) 燈泡中流過(guò)的自感電流與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前電流方向相同還是相反?(3) 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間感應(yīng)電流大小和線圈中原來(lái)的電流大小什么關(guān)系?

由于斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)電流變化比較快,用電流表不好測(cè)量,所以在兩個(gè)支路中分別串接一個(gè)電流傳感器進(jìn)行測(cè)量,定量驗(yàn)證上面的定性分析．所得到的I-t圖像如圖8所示，然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)圖像進(jìn)行分析,斷開(kāi)瞬間流過(guò)燈泡的電流大小與原來(lái)流過(guò)線圈中的電流大小相等,然后逐漸減小,從而得出結(jié)論:在有回路時(shí),線圈中的電流是連續(xù)變化的．

圖8 I-t圖像

提出拓展問(wèn)題:在上述電路中與線圈串聯(lián)一相同燈泡L2,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)L1燈泡還會(huì)“閃亮”嗎?引導(dǎo)學(xué)生分析,同時(shí)優(yōu)化電路,得到如圖9所示電路,這就自然過(guò)渡到通電自感,然后借助通電自感實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示,驗(yàn)證對(duì)拓展問(wèn)題的分析．

圖9 拓展電路

2.4 借助問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)自主建構(gòu)，提升思維的獨(dú)立性

有效的思維進(jìn)階和思維品質(zhì)的提升離不開(kāi)有效問(wèn)題的引導(dǎo)和驅(qū)動(dòng),設(shè)置適合學(xué)生的問(wèn)題和問(wèn)題串,與學(xué)生互動(dòng)對(duì)話,有助于學(xué)生獨(dú)立思考,自主建構(gòu)知識(shí),提升思維的獨(dú)立性．

圖10

教學(xué)案例4.在圖9所示電路中,提出獨(dú)立思考問(wèn)題1:開(kāi)關(guān)閉合時(shí)將看到什么現(xiàn)象?請(qǐng)說(shuō)明現(xiàn)象并解釋原因．筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示,在驗(yàn)證學(xué)生的分析后,提出獨(dú)立思考問(wèn)題2:開(kāi)關(guān)閉合時(shí),試在所給的圖中(如圖10所示)作出兩電流傳感器的I-t圖像(由于兩燈泡是純電阻,這里也可以用電壓傳感器測(cè)量?jī)蔁襞莸碾妷?作U-t圖像)．

2.5 傾聽(tīng)學(xué)生心聲，捕捉生成資源，提升思維的靈活性

促進(jìn)深度學(xué)習(xí)需要對(duì)話觸及學(xué)生心靈深處,這就要求教師必須傾聽(tīng)學(xué)生的心聲,傾聽(tīng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的個(gè)性化理解,從而及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略．不同學(xué)生的心聲也是重要的生成性教學(xué)資源,充分利用可以提升學(xué)生思維的靈活性．

教學(xué)案例5.用兩電流傳感器得出通電自感現(xiàn)象中電流變化圖像,如圖11所示,與線圈相連的燈泡電流緩慢增加與學(xué)生的分析一致．

圖11 通電自感I-t圖像

在教學(xué)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)一小組學(xué)生對(duì)所測(cè)出來(lái)的圖像低聲交流,于是就讓交流的學(xué)生大聲說(shuō)出他們遇到的問(wèn)題,表述為:與滑動(dòng)變阻器相連的燈泡電流增加為什么也需要一段時(shí)間?不是立刻增加呢?

這個(gè)問(wèn)題筆者上課前也沒(méi)想到,但還是放慢教學(xué)節(jié)奏,讓學(xué)生對(duì)這個(gè)有趣的問(wèn)題展開(kāi)討論,借助集體的智慧,大家終于找到其中的緣由:滑動(dòng)變阻器是由導(dǎo)線繞制而成的,也是線圈,電流增加時(shí)也會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流增加．

2.6 通過(guò)自我反思，理解知識(shí)本質(zhì)，提升思維的批判性

在學(xué)習(xí)過(guò)程中適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)過(guò)程和方式進(jìn)行反思,有助于發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力和提升思維的批判性．這里的自我反思不等同于課堂上淺表的“課堂小結(jié)”和知識(shí)羅列,而是要理解知識(shí)的本質(zhì)．

教學(xué)案例6.在斷電自感和通電自感學(xué)習(xí)后,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自感現(xiàn)象的本質(zhì)和學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行批判性的反思,以達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的．反思過(guò)程如下.

線圈自身電流發(fā)生變化→自身磁場(chǎng)變化→自身產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)→阻礙自身磁場(chǎng)變化→產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)→阻礙自身電流變化．

自感現(xiàn)象的本質(zhì)還是體現(xiàn)在“阻礙”二字上,但“阻礙”不是“阻止”,只是延長(zhǎng)了變化所需要的時(shí)間．

2.7 解決實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)用知識(shí)方法，提升思維的創(chuàng)造性

能否靈活應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)和思想方法解決實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題是判斷深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要標(biāo)志,面對(duì)實(shí)際問(wèn)題,進(jìn)行綜合分析和提出解決方案的過(guò)程,本身就是一個(gè)創(chuàng)造性過(guò)程．所以,在教學(xué)中設(shè)置待解決的實(shí)際問(wèn)題,有助于提升思維的創(chuàng)造性．

教學(xué)案例7.借助課本問(wèn)題:小明去斷開(kāi)正在工作的大功率電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)時(shí),被突然產(chǎn)生的電火花擊中了,想一想,為什么?學(xué)生能很快給出解釋:大功率電動(dòng)機(jī)中的線圈自感系數(shù)比較大,斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)．

然后激勵(lì)學(xué)生提出在保證電動(dòng)機(jī)有效工作的前提下防止小明被電火花擊中的方案．

方案1:帶上橡膠手套．

方案2:借助靜電屏蔽原理,覺(jué)得小明應(yīng)該穿上防護(hù)服．

方案3:在開(kāi)關(guān)的兩個(gè)閘刀間放一塊陶瓷板．

……

雖然這些方案與筆者預(yù)期的“開(kāi)關(guān)油浸法”、“雙線繞制線圈”等方案有差距,但這些才是學(xué)生獨(dú)創(chuàng)性思考的結(jié)果,并能將靜電場(chǎng)的原理和方法遷移到這里解決問(wèn)題,非常有價(jià)值．

3 結(jié)束語(yǔ)

提升學(xué)生的思維品質(zhì)是物理教學(xué)的不懈追求,課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、發(fā)展深度學(xué)習(xí)能力是提升思維品質(zhì)的必然路徑,在這方面筆者還需要不斷探索、不斷實(shí)踐、不斷努力．