淺析“以學(xué)生為中心 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)”的新教材教學(xué)設(shè)計(jì)

田序海 張杰慕

摘 ? 要：新教材教學(xué)設(shè)計(jì)突出“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，是基于全面提高學(xué)生核心素養(yǎng)的課程目標(biāo)而確定的。圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)過程展開學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)重點(diǎn)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法的教學(xué)分析，促進(jìn)學(xué)習(xí)者“深度學(xué)習(xí)”，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的關(guān)鍵能力。本案例通過自制實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生感受向心力，定性探究影響向心力大小的因素，最后利用DISLab傳感器實(shí)驗(yàn)定量研究向心力的大小規(guī)律。三部分都是以任務(wù)清單的形式圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)過程展開學(xué)習(xí)活動(dòng)，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)”的教育理念。

關(guān)鍵詞：學(xué)生中心;深度學(xué)習(xí);科學(xué)探究;核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）6-0033-4

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出“高中物理課程通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂于探究、善于實(shí)驗(yàn)、勤于思考的學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力?！睒?gòu)建以學(xué)生為中心的課堂，就是在教學(xué)中把學(xué)生的學(xué)習(xí)和成長放在中心位置來考慮。課堂教學(xué)從學(xué)習(xí)目標(biāo)到學(xué)習(xí)過程都以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心來進(jìn)行組織，而不是以教師為中心來進(jìn)行組織?！吧疃葘W(xué)習(xí)”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)過程。“以學(xué)生為中心，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)策略有五個(gè)原則：一是學(xué)為主線，教為輔線;二是少教多學(xué)，以學(xué)為主;三是傾聽學(xué)生，捕捉靈感;四是問題導(dǎo)向，激發(fā)思維;五是立足高遠(yuǎn)，立德樹人。

1 ? ?教材分析

本節(jié)課出自魯科版新教材高中物理必修二第三章第二節(jié)《科學(xué)探究：向心力》（以下簡(jiǎn)稱向心力），這節(jié)課含有《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》新加入的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。

向心力是高中物理中理解難度和教學(xué)難度相對(duì)較大的一節(jié)課，是深刻理解圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，為后面解決生活中的圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例、萬有引力定律與天體運(yùn)動(dòng)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)打下了重要的基礎(chǔ)，起到啟下的作用。該部分內(nèi)容在教材中是以學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的日常經(jīng)驗(yàn)和觀察為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)探究為主，幫助學(xué)生建立向心力的概念，探究影響向心力大小的因素，并最終得出向心力的表達(dá)式。

新課標(biāo)中一個(gè)明顯的變化是“探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”成為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一，這一變化也體現(xiàn)了物理教學(xué)重視學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，讓學(xué)生獲得更多探索物理問題的機(jī)會(huì)。相應(yīng)的魯科版新教材在內(nèi)容編排方面也有很大的變化。比如，教材注重學(xué)生的體驗(yàn)，本節(jié)教材在理解向心力概念及來源方面共出現(xiàn)了五個(gè)可以在教學(xué)中實(shí)施的活動(dòng)，教材中用一個(gè)質(zhì)量很小的物體就可以拉起籃球，為筆者這節(jié)課的導(dǎo)入提供了思路與方向。另外，教材對(duì)本章內(nèi)容在四個(gè)維度下的核心素養(yǎng)提出了明確要求，教材中設(shè)置了“素養(yǎng)提升”一欄，為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)和教師的教學(xué)活動(dòng)應(yīng)達(dá)到的素養(yǎng)水平提供了明確、細(xì)致的指導(dǎo)。

2 ? ?教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)

根據(jù)物理學(xué)科核心素養(yǎng)，從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面制訂了本節(jié)課學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

①物理觀念：通過活動(dòng)體驗(yàn)和定性、定量探究，建立向心力的概念，知道向心力是效果力;知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，理解公式的含義。

②科學(xué)思維：通過從現(xiàn)象共性中提煉關(guān)鍵本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力;能將生活實(shí)例轉(zhuǎn)化為物理模型，提高建模能力。

③科學(xué)探究：通過實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)和感受做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體需要向心力，會(huì)分析向心力的來源;通過對(duì)向心力大小的探究，體驗(yàn)利用控制變量法研究問題的過程，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律的能力。

④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過體驗(yàn)，突出情境創(chuàng)設(shè)、體會(huì)生活中的物理;通過實(shí)驗(yàn)，突出科學(xué)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義觀點(diǎn)，提高科學(xué)素養(yǎng);利用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，加強(qiáng)學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于技術(shù)、社會(huì)領(lǐng)域的意識(shí)。

（2）學(xué)習(xí)重點(diǎn)

圓周運(yùn)動(dòng)中向心力的來源;向心力的確定方法與表達(dá)式。

（3）學(xué)習(xí)難點(diǎn)

圓周運(yùn)動(dòng)中向心力的來源;探究影響向心力大小的因素。

（4）學(xué)習(xí)方法

實(shí)驗(yàn)探究方法、歸納法、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法、物理建模法。

（5）實(shí)驗(yàn)器材

自制實(shí)驗(yàn)器材：感知向心力器材（重球、輕球、空心筆管、細(xì)繩等）;

分組實(shí)驗(yàn)器材：定性探究實(shí)驗(yàn)（向心力演示器）;

演示實(shí)驗(yàn)器材：定量探究向心力大?。◣в锌潭鹊膽冶邸⒉煌|(zhì)量的砝碼、力傳感器、光電門、數(shù)據(jù)采集器、電腦等）。

3 ? ?學(xué)習(xí)過程

任務(wù)一：創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)引入新課

教師活動(dòng)1：展示自制儀器（圖1），提出問題：如何讓輕球提起重球？

學(xué)生活動(dòng)1：認(rèn)真觀察，積極思考，小組內(nèi)操作實(shí)踐。

設(shè)計(jì)意圖1：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，導(dǎo)入新課。

教師活動(dòng)2：請(qǐng)部分小組分享、展示成果，并引導(dǎo)學(xué)生思考輕球運(yùn)動(dòng)情況對(duì)拉力大小的影響。

學(xué)生活動(dòng)2：小組展示，并從物理學(xué)的角度分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖2：初步讓學(xué)生感受向心力大小與哪些因素有關(guān)。

任務(wù)二：感知向心力，探究其來源

教師活動(dòng)1：展示兩組實(shí)驗(yàn)器材（圖2），引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)際操作，感受向心力的來源。

學(xué)生活動(dòng)1：

學(xué)生分組動(dòng)手體驗(yàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：手拉小球在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)、加速、減速、勻速、最后放手;用玻璃杯帶動(dòng)小球轉(zhuǎn)動(dòng)，完成加速、減速、勻速、最終提起玻璃杯。實(shí)驗(yàn)后組織語言描述實(shí)驗(yàn)感受。

設(shè)計(jì)意圖1：用身邊常見的物體動(dòng)手體驗(yàn)，豐富學(xué)生對(duì)向心力的感知，也更能啟發(fā)學(xué)生思考，從而使學(xué)生意識(shí)到物理來源于生活，生活處處是物理。

教師活動(dòng)2：請(qǐng)部分小組分享交流自己的體驗(yàn)感受，并分析實(shí)驗(yàn)中小球的受力情況。

學(xué)生活動(dòng)2：交流感受，并通過分析小球的受力情況，找出向心力的來源。

設(shè)計(jì)意圖2：通過動(dòng)手操作感知，并結(jié)合示意圖進(jìn)行理論分析，更能幫助學(xué)生理解向心力的來源，認(rèn)識(shí)到向心力是一種效果力。實(shí)驗(yàn)來源于生活的情景，讓學(xué)生倍感親切，和諧友好的課堂氛圍讓學(xué)生都能參與其中，產(chǎn)生自己的想法并敢于表達(dá)。

教師總結(jié)：向心力的定義并歸納向心力的來源。

任務(wù)三：定性研究圓周運(yùn)動(dòng)向心力的大小

教師活動(dòng)1：展示向心力演示器（圖3），讓學(xué)生閱讀使用說明書并實(shí)際操作向心力演示器。

學(xué)生活動(dòng)1：通過閱讀使用說明書了解儀器的構(gòu)造，并嘗試操作儀器。 ? ? ? ? ? ? ? ? ?

設(shè)計(jì)意圖1：利用說明書學(xué)會(huì)使用工具是現(xiàn)代社會(huì)要求的一項(xiàng)技能，將儀器的使用操作放手給學(xué)生，以學(xué)生的視角為中心，增強(qiáng)學(xué)生探索的求知欲。

教師活動(dòng)2：

在初步了解儀器構(gòu)造后，提出兩個(gè)問題：

問題1：小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由誰來提供？

問題2：結(jié)合實(shí)驗(yàn)感受，猜想影響向心力大小的因素。

學(xué)生活動(dòng)2：根據(jù)操作體驗(yàn)完成猜想。

設(shè)計(jì)意圖2：?jiǎn)栴}1的提出能讓學(xué)生在新的情境中找到向心力的來源，鞏固對(duì)向心力概念的理解;問題2則是讓學(xué)生在實(shí)際操作后再提出猜想，這樣的猜想更有依據(jù)和方向，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

教師活動(dòng)3：

提出新的問題并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論：

問題1：實(shí)驗(yàn)要采用什么科學(xué)方法。

問題2：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案控制變量。

學(xué)生活動(dòng)3：小組內(nèi)討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，交流成果。

設(shè)計(jì)意圖3：引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過程。

教師活動(dòng)4：巡視指導(dǎo)，協(xié)助學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案完成數(shù)據(jù)分析，并得到結(jié)論。

學(xué)生活動(dòng)4：自主實(shí)驗(yàn)探究、分工合作、記錄數(shù)據(jù)、分享數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖4：通過以學(xué)生為主導(dǎo)的形式完成分組實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟，體現(xiàn)了以學(xué)為主的教學(xué)策略;探究問題層層遞進(jìn)，激發(fā)思維。

教師活動(dòng)5：組織各小組交流成果，展示數(shù)據(jù)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析不同小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，思考實(shí)驗(yàn)的局限性。

學(xué)生活動(dòng)5：交流思考，對(duì)不同小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步探究，思考更好的解決方式。

設(shè)計(jì)意圖5：用向心力演示器直接得到向心力的表達(dá)式，從科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性上都存有一定問題，讓不同小組交流分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，目的就是讓學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題并敢于質(zhì)疑問題，從而自發(fā)地由定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)移到定量探究，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

教師總結(jié)：通過分組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)向心力大小確實(shí)與質(zhì)量、半徑、角速度的平方有關(guān)，并且通過實(shí)驗(yàn)初步判斷為正比關(guān)系，但是要得到最終的表達(dá)式還需要進(jìn)行定量探究。

任務(wù)四：定量探究圓周運(yùn)動(dòng)向心力的大小

教師活動(dòng)1：介紹實(shí)驗(yàn)器材（圖4），演示操作一組實(shí)驗(yàn)，得到F-ω圖像后引導(dǎo)學(xué)生觀察。

學(xué)生活動(dòng)1：觀察演示操作，分析F-ω圖像，并結(jié)合上個(gè)任務(wù)所學(xué)向教師提出完成F-ω2圖像的想法，最終得出正比關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖1：教師通過第一組演示，讓學(xué)生熟悉儀器及操作步驟，為下一步參與合作實(shí)驗(yàn)提供保障;學(xué)生在初步判斷F與ω2成正比的基礎(chǔ)上，通過該實(shí)驗(yàn)從而更有目的性地進(jìn)行驗(yàn)證，增強(qiáng)知識(shí)獲得感與成就感。

教師活動(dòng)2：引導(dǎo)學(xué)生共同合作，完成F-r、F-m關(guān)系的定量探究。

學(xué)生活動(dòng)2：在教師的協(xié)助下，完成F-r、F-m關(guān)系的定量探究，通過分析圖像得出正比關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖2：通過讓學(xué)生親身體驗(yàn)，讓他們感受數(shù)字科技的便捷，增強(qiáng)求知欲，培養(yǎng)探索精神。

學(xué)生總結(jié)：在經(jīng)歷了定性和定量探究的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以自主完成向心力表達(dá)式的推導(dǎo)，即向心力大小與質(zhì)量、半徑和角速度的平方成正比，寫成表達(dá)式為F=mω2r。

任務(wù)五：學(xué)以致用，課堂小結(jié)

教師活動(dòng)1：

引導(dǎo)學(xué)生思考上課之初的自制實(shí)驗(yàn)，提出問題：如果想要提起質(zhì)量更大的球，該如何做。

學(xué)生活動(dòng)1：小組討論積極思考，整理思路分享交流。

設(shè)計(jì)意圖1：

和本節(jié)課導(dǎo)入部分形成呼應(yīng)，解決上課之初的疑惑，使所學(xué)知識(shí)得到應(yīng)用，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

教師活動(dòng)2：

引導(dǎo)學(xué)生自主完成課堂小結(jié)，回顧、總結(jié)本節(jié)課的收獲和感悟。

布置作業(yè)：觀看神舟11號(hào)飛船發(fā)射視頻，上網(wǎng)查找資料，了解向心力在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。

設(shè)計(jì)意圖2：讓學(xué)生學(xué)會(huì)反思，學(xué)會(huì)總結(jié)，并通過我國日益強(qiáng)大的科技力量激發(fā)學(xué)生的愛國情懷。

4 ? ?教學(xué)反思

（1）課堂導(dǎo)入簡(jiǎn)單直接，源于生活。導(dǎo)入部分設(shè)計(jì)了一個(gè)分組小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生想辦法用輕球提起重球，目的是讓學(xué)生在操作和觀察的過程中，感知向心力，用直觀的現(xiàn)象建立向心力的概念。之后通過觀察圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，從而較好地理解向心力的來源。關(guān)于向心力的概念和來源本節(jié)課沒有過多地講解，因?yàn)閷W(xué)生對(duì)向心力概念、來源的理解需要過程和時(shí)間，應(yīng)遵從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，所以本節(jié)的重點(diǎn)放在了探究向心力大小方面。

（2）分組實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格遵循科學(xué)探究的步驟，滲透科學(xué)的探究方法。在分組實(shí)驗(yàn)探究向心力環(huán)節(jié)，學(xué)生第一次見到向心力演示器，筆者沒有按照傳統(tǒng)的方法介紹儀器的使用，而是給每位學(xué)生準(zhǔn)備了向心力演示器說明書。因?yàn)殚喿x說明書掌握器材的使用是現(xiàn)代社會(huì)的基本能力，通過這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)可以鍛煉學(xué)生認(rèn)真閱讀、提取有用信息的能力，在勇敢嘗試的過程中獲得成功的體驗(yàn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，提升學(xué)生的自我認(rèn)同和獲得感。分組實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照科學(xué)探究的基本步驟來設(shè)計(jì)，始終站在學(xué)生的角度思考問題，引導(dǎo)學(xué)生采用控制變量法設(shè)計(jì)方案，而后小組合作分工，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)表格，并在分析數(shù)據(jù)之后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。整個(gè)過程學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)充分，有利于提升科學(xué)探究素養(yǎng)。

（3）用DISLab傳感器進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)，拉近現(xiàn)代科技與物理課堂的距離。學(xué)生自主探究之后筆者又設(shè)計(jì)了DISLab定量探究實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)這個(gè)學(xué)習(xí)過程是因?yàn)樽鳛閭鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的向心力演示器實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，物理意義體現(xiàn)得比較充分，學(xué)生容易接受，但是它不能夠充分定量探究物理量之間的關(guān)系。DISLab實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠準(zhǔn)確地描述物理量之間的定量關(guān)系，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)準(zhǔn)確性高的特點(diǎn);缺點(diǎn)是所有的測(cè)量工作都是由傳感器完成，過程不夠直觀，學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)少。因此，筆者認(rèn)為有必要讓傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與DISLab有效結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生從對(duì)物理問題的初步了解上升到更加嚴(yán)密的定量研究，從對(duì)問題的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，對(duì)所研究的問題有更加深入的了解。

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（欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊）