指向深度學習的高中物理學歷案設計研究
——以“向心加速度”教學設計為例

卞望來

(江蘇省南菁高級中學,江蘇 江陰 214437)

1 問題的提出

1.1 何為深度學習

1976 年由馬頓和塞利約一起發(fā)表的《學習的本質區(qū)別-1:成果和過程》中最初提到了深度學習．他們認為淺層學習處于較低的認知水準,是一種低級認知技能的取得,涉及低階思維活動;而深度學習則處于高級的認知水準,面向高級認知技能的取得,涉及高階思維活動．韋格爾認為,深度學習有賴于條件化知識、元認知和探究共同體．詹森等人認為,深度學習是新內容或技能的取得,其務必經過一步以上的學習和多步的剖析或加工．我國學者何玲、黎加厚認為深度學習是經過理解學習的基礎上,學習者能夠批判性地學習新的思維和事實,并將它們融入原來的認知結構中,能將已有的知識遷移到新的情境中,并得出解決學習問題的決策．

深度學習有以下4方面特征．(1) 理解學習．深度學習強調的是對知識、觀念的理解,學生通過學習能深刻了解知識的本質,加深對深層知識和復雜觀念的理解．(2) 內容整合．學生通過學習將新信息與已知的觀念和原理聯(lián)系起來,整合到原有的認知結構中,從而引起對新的知識信息的理解及遷移應用．(3) 自主建構．在教學過程中,教師要想方設法為學生學習構建平臺,激發(fā)學生學習的潛能,讓學生主動學習．只有這樣學生才能對知識進行內化,積極建構形成穩(wěn)固的知識體系．(4) 遷移運用．深度學習要求學生對學習情境深刻理解,在新情境中分析判斷差異并將規(guī)定思路遷移運用．

1.2 什么是學歷案

“學歷案”是由華東師大課程與教學研究所所長崔允漷教授最初提出的,它是教師設計的指導學生學習用的文本,它是一種學習的認知地圖、可多次使用的學習檔案．學歷案是在班級教學情景下,基于學生立場,圍繞某一詳細的學習單元(主題或單位),從希望學生“學會什么”出發(fā),設計并開展“學生何以學會”的過程,方便學生自主建構或共同建構經驗的專業(yè)方案．詳細的說:學歷案是教師預設的、學生學習用的方案,主要幫助學生更好地進行學習,經歷“真學習”,以達成意義與價值(經驗增加),展示某一學習片段的完整歷程．一份學歷案有6個方面內容:學習主題,學習目標,評估任務,學習過程,檢測與作業(yè),學后反思．這樣以學生為課堂主人,以教師為指導者,師生一起完成教學任務,顯示了集體智慧的學歷案教學使用,給教師“教”和學生“學”的方式均帶來了巨大變化．

1.3 指向深度學習的高中物理學歷案設計

指向深度學習的高中物理學歷案設計就是要考慮學生認知心理特征和知識水平,從知識的整體性和學生的思維入手,圍繞學生作為“學習者”的主體責任,為學生提供專業(yè)化的深度學習機會,設計多層次學習內容,追求課堂上每位學生的“真學習”,把培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的目標落到實處．在設計中要注重提高學生的思維品質、科學探究能力,培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)．本研究的著力點是:特別注重學生學習“體驗”的設計,強調個性化問題的設計,體現(xiàn)活動設計,突出學習方式(合作學習、實踐過程、借助工具等)設計,實現(xiàn)“做”中學和“教”中學．促進了學生主動地學習,從而實現(xiàn)了學生成為課堂的主體．應用學歷案進行教學,真正體現(xiàn)了以學生為中心,是進入深度學習的必由之路．

2 學歷案的呈現(xiàn)與評估

2.1 學習主題

向心加速度．人教版高中《物理》(必修2)第5章第5節(jié)．

2.2 課標要求

理解向心加速度,掌握向心加速度二類表達式,會推導向心加速度公式．

2.3 學習目標

(1) 通過復習回顧,對比勻速直線運動與圓周運動,由力的作用效果可知,學生能確定作圓周運動的物體是變速運動,必定受力．

(2) 通過幾個實例讓學生分析作勻速圓周運動的物體,要受到什么方向的力．

(3) 由牛頓第二定律和理論推導二個方面得到勻速圓周運動的向心加速度方向必定指向圓心．

(4) 引導學生學會推導勻速圓周運動的向心加速度的大小表達式,并比較二類表達式的差別．

(5) 分析平拋運動的加速度與勻速圓周運動的加速度的相同點與不同點．

2.4 評估任務

(1) 通過對比剖析勻速圓周運動是變速運動及理解向心加速度方向．(檢測目標1、2)

(2) 由理論和定律二方面確定勻速圓周運動的向心加速度方向．(檢測目標3)

(3) 通過三角形相似計算和實例分析向心加速度大小情況．(檢測目標4、5)

2.5學法建議

(1) 勻速圓周運動是一種重要的曲線運動,通過實例讓學生深刻理解它是一種變速運動．

(2) 勻速圓周運動的向心加速度方向是本節(jié)教學的一個難點,教學中要讓學生自己去領悟,運用探究和牛頓第二定律二個方法得到,而且還要讓學生掌握其方向時刻在變化．

(3) 在實際應用中,讓學生去掌握向心加速度的大小二個表達式的不同點．

(4) 學歷案中的A組作業(yè)練習為合格要求,B組為較高要求．

2.6 學習過程

2.6.1 課前準備

復習:勻速圓周運動的概念和描述勻速圓周運動的物理量及其公式?物體不受力或所受合力為零時,物體處于什么樣的狀態(tài)?物體受力或所受合力不為0時,物體又處于什么樣的狀態(tài)?

2.6.2 課中學習

探究1： 勻速圓周運動性質.

(1) 比較勻速直線運動與圓周運動速度有什么不同點?受力上有什么不同點?(檢測目標1)

圓周運動速度方向時刻改變,所以圓周運動是一種變速運動,有加速度,物體受力作用．那么,做勻速圓周運動的物體的加速度又有什么特征,受什么方向的力呢?

(2) 如圖1所示，地球繞太陽做(近似地)勻速圓周運動,地球受到什么力的作用?這個力沿什么方向?

圖1

(3) 光滑桌面上一個小球由于細線的牽引,繞桌面的釘子做勻速圓周運動,小球受到幾個力的作用?這幾個力的合力沿什么方向?(檢測目標2)

學生活動,得出結論:物體所受合力指向圓周運動軌跡的圓心,所以根據(jù)牛頓第二定律,加速度也指向圓周運動軌跡的圓心．

追問:能否就此得出所有做勻速圓周運動的物體的加速度都如此?

答:不能,因為只是幾個特殊實例．我們應從加速度的定義出發(fā),對勻速圓周運動的加速度方向定性分析．

環(huán)節(jié)評估:通過分析,讓學生初步掌握勻速圓周運動是一種變速運動,因而有加速度,說明物體受到力的作用．通過2個勻速圓周運動實例分析,做勻速圓周運動物體受力且指向圓心,由牛頓第二定律可得,加速度方向指向圓心．

探究2： 勻速圓周運動的加速度方向.

(1) 直線運動中的速度變化量:(圖2向右,圖3向左)

圖2 圖3

(2) 曲線運動中的速度變化量(如圖4).

圖4

(3) 勻速圓周運動中的速度變化量.

圖5

結論:任何做勻速圓周運動加速度方向均指向圓心,這個加速度叫向心加速度．向心加速度方向時刻改變,向心加速度是變的．(檢測目標3)

環(huán)節(jié)評估:這部分學習要求很高,由加速度的定義式出發(fā),由矢量關系可知,要知道加速度方向,只要知道速度變化方向,由直線運動,到一般曲線運動,再到勻速圓周運動,逐步深入,加深了學生對向心加速度方向理解,夯實向心加速度概念,鞏固矢量運算方法．教學中,我們遵循由特殊到一般,再到特殊,也有利于培養(yǎng)學生的探究精神．

探究3：向心加速度大小.

又因為Δt→0,AB弦長與AB弧長近似相等,即有s=rΔθ.所以加速度

課本第22頁,思考與討論．(檢測目標4)

案例：平拋運動和勻速圓周運動都是特殊的曲線運動,它們的加速度有何不同?(檢測目標5)

答:平拋運動加速度為重力加速度,大小方向均不變,因而平拋運動是勻變速曲線運動．

勻速圓周運動加速度為向心加速度,大小不變,方向不斷變化,因而勻速圓周運動是非勻變速曲線運動．(可引導學生作圖分析)

環(huán)節(jié)評估:通過相似三角形推導得到向心加速度公式,通過學習書上實例分析什么情況下|a|與r成反比,|a|與r成正比．這樣的學習能使學生完整掌握向心加速度．后面通過一道例題的分析,鞏固了勻速圓周運動的向心加速度．

2.6.3 課后檢測

A組(鞏固練習)：課本第22頁問題與練習:1-4.

B組(拓展練習)：歸納勻速圓周運動的向心加速度的大小、方向特點,總結勻速圓周運動是一種什么性質的運動?探究向心加速度的產生原因是什么?你能否推斷一般圓周運動的加速度嗎?

2.7 學后反思

(1) 通過本節(jié)課學習,請你回顧本課中3個探究課題:勻速圓周運動性質,勻速圓周運動的加速度方向,向心加速度大?。愀鶕?jù)這樣逐步深入學習物理的安排對于今后的學習有什么啟發(fā),寫下你的感受．

(2) 關于本課學習勻速圓周運動的向心加速度,你有什么心得要與同學、老師交流?你能進一步說說向心加速度的作用．

3 研究的意義

指向深度學習的高中物理學歷案設計,要對學習問題進行較為詳細描述,引導學生去探究問題,要讓學生在學習過程中能將高中物理知識建成一個整體性的物理學習系統(tǒng)．實現(xiàn)以下兩個目標．

3.1 關注學生的發(fā)展?jié)摿?/h3>

本研究倡導“自主、探究、合作”的學習方式,將學歷案設計放在更為廣闊的時間和空間的背景下,關注每位學生學習的過程和結果,關注每位學生達成學習目標的途徑,讓設計的問題著眼于學生的“最近發(fā)展區(qū)”,培養(yǎng)學生的問題意識,提高思維品質,提升學生的學習能力,讓每位學生從學會到會學,充分挖掘學生的潛能．

3.2 回歸課堂教學的出發(fā)點．

本設計按“教-學-評一致性”的學習活動來編制的,從自然科學的自身規(guī)律、學生的學習心理、認知規(guī)律和教育基本規(guī)律出發(fā),積極考慮培養(yǎng)學生核心素養(yǎng),提高教師的專業(yè)水平,改善教學流程,優(yōu)化學生的學習過程,引導學生走向深度學習,讓每位學生成為課堂的主角、學習的主體,讓課堂教學更科學、更有效．