指向深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)研究與實(shí)踐

陳小琴

摘? ?要：為了落實(shí)物理學(xué)科的核心素養(yǎng)目標(biāo)，立足于“深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)研究理論，結(jié)合“深度學(xué)習(xí)”的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，提出“深度學(xué)習(xí)”物理課堂教學(xué)模式，并以“探究安培力的方向”這一教學(xué)案例來(lái)展示分析如何引用“深度學(xué)習(xí)”物理課堂教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)物理課堂的“深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)，使物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)得到有效落實(shí)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);深度學(xué)習(xí);安培力;活動(dòng)探究

引言

為了落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的適應(yīng)新時(shí)代需求的社會(huì)主義接班人和建設(shè)者[ 1 ]，高中物理課程基于學(xué)科特征提出了四個(gè)維度目標(biāo)：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)責(zé)任和態(tài)度。受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，目前大多數(shù)的課堂教學(xué)依然只是實(shí)現(xiàn)了“知識(shí)”目標(biāo)或者加上“技能”目標(biāo)，如何在物理課堂教學(xué)過程中真正落實(shí)核心素養(yǎng)四維目標(biāo)，成為教學(xué)研究的熱點(diǎn)。“深度學(xué)習(xí)”就是為了讓核心素養(yǎng)目標(biāo)能夠根植于課堂教學(xué)、深化新課程改革，避免課改只停留于概念的改變的一種創(chuàng)新教學(xué)模式?！吧疃葘W(xué)習(xí)”不同于死記硬背的“淺層學(xué)習(xí)”，它是一種建立在理解的基石上的學(xué)習(xí)機(jī)制，要求學(xué)習(xí)者能夠?qū)λ鶎W(xué)習(xí)的新知識(shí)、新思想做出批判性地吸收，并將所學(xué)的新知識(shí)融入到原有的認(rèn)知體系中，進(jìn)行知識(shí)整合并重新構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，進(jìn)而將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用，解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)“學(xué)以致用”的功能?！吧疃葘W(xué)習(xí)”理念與物理學(xué)科新課改的“培養(yǎng)學(xué)生終身發(fā)展能力以及應(yīng)對(duì)社會(huì)日新月異的發(fā)展的能力”的理念高度契合。因此，基于“深度學(xué)習(xí)”進(jìn)行高中物理教學(xué)研究與實(shí)踐，是達(dá)成物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的有效途徑。

1? 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理課堂教學(xué)模式

教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心副主任劉月霞對(duì)“深度學(xué)習(xí)”做出更具有實(shí)踐指導(dǎo)意義的詮釋：所謂的“深度學(xué)習(xí)”是指在教學(xué)過程中學(xué)生積極參與、全身心投入、獲得健康發(fā)展的、有意義的學(xué)習(xí)過程[ 2 ]。由此可見，“深度學(xué)習(xí)”是通過學(xué)習(xí)者基于飽滿的學(xué)習(xí)熱情、由強(qiáng)烈的求知欲望的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力而引發(fā)的高投入的主動(dòng)性學(xué)習(xí)，屬于高階思維認(rèn)知，是一種高級(jí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)。要激發(fā)學(xué)生的高階思維認(rèn)知，讓“深度學(xué)習(xí)”在物理課堂上真實(shí)發(fā)生，需要把握“深度學(xué)習(xí)”的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果，結(jié)合物理學(xué)科的特點(diǎn)，把實(shí)現(xiàn)物理課堂的“深度學(xué)習(xí)”機(jī)制總結(jié)如下：①創(chuàng)設(shè)物理情境，設(shè)置問題驅(qū)動(dòng)，誘發(fā)“深度學(xué)習(xí)”機(jī)制。②創(chuàng)設(shè)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生切身感知、體驗(yàn)物理概念的生成，物理規(guī)律的得出，促發(fā)學(xué)生的高階思維認(rèn)知，保持“深度學(xué)習(xí)”機(jī)制。③應(yīng)用物理知識(shí)，解釋生活現(xiàn)象、解決實(shí)際問題，推進(jìn)“深度學(xué)習(xí)”機(jī)制。④利用信息技術(shù)整合手段，布置線上、線下學(xué)習(xí)任務(wù)，延續(xù)“深度學(xué)習(xí)”機(jī)制。

基于上述“深度學(xué)習(xí)”理論分析，高中物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)流程可以抽提為如圖1所示的模型。

首先，基于學(xué)生在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的發(fā)展要求和核心知識(shí)確定教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。其次，教師先通過創(chuàng)設(shè)各種具體的物理情境（如：生活場(chǎng)景的圖片、具有一定深度和挑戰(zhàn)性的問題或?qū)嶒?yàn)活動(dòng)等），誘發(fā)深度學(xué)習(xí)機(jī)制，生成學(xué)生活動(dòng);再通過問題驅(qū)動(dòng)或者實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生在主動(dòng)參與課堂活動(dòng)的過程中，切身體驗(yàn)物理概念的生成過程、物理規(guī)律探究過程并自主歸納得出物理規(guī)律，在這一系列的實(shí)踐活動(dòng)過程中，不斷地促發(fā)學(xué)生對(duì)原知識(shí)進(jìn)行再認(rèn)知、整合、構(gòu)建，使學(xué)生的深度學(xué)習(xí)機(jī)制得以保持和促進(jìn);再次將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用，解決實(shí)際問題，進(jìn)一步推進(jìn)了深度學(xué)習(xí)機(jī)制。最后，教師依據(jù)物理學(xué)科核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)要求，在信息技術(shù)的支持下，布置了課后線上、線下作業(yè)，使深度學(xué)習(xí)得以延伸到課外，并綜合學(xué)生課堂活動(dòng)表現(xiàn)和課后作業(yè)完成情況，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況實(shí)施評(píng)價(jià)，最終促使核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

2? 指向“深度學(xué)習(xí)”的高中物理教學(xué)實(shí)踐案例

2.1? 教學(xué)內(nèi)容和教材分析

“安培力”既承接了前面的磁場(chǎng)部分的內(nèi)容，又為開啟洛倫茲力的學(xué)習(xí)提供知識(shí)鋪墊，同時(shí)也是“電磁感應(yīng)”動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)，所以掌握好安培力是學(xué)好電磁學(xué)的基礎(chǔ)。本節(jié)課的主要任務(wù)是運(yùn)用控制變量法探究安培力方向的規(guī)律，并能夠?qū)Π才嗔Φ膽?yīng)用實(shí)例進(jìn)行解釋，對(duì)學(xué)生的知識(shí)理解應(yīng)用能力以及三維空間感等學(xué)科綜合能力要求比較高。魯課版新教材在“安培力的方向”這部分內(nèi)容的介紹方式是：先通過對(duì)“會(huì)動(dòng)的鋁箔天橋”迷你實(shí)驗(yàn)觀察分析并歸納出安培力方向的規(guī)律，接著直接給出安培的左手定則。教材介紹的方式在實(shí)際教學(xué)中會(huì)出現(xiàn)以下問題：①用鋁箔天橋來(lái)演示探究安培力方向的規(guī)律，在改變鋁箔電流方向時(shí)，操作略顯麻煩，且鋁箔紙的凸起和凹陷幅度比較小，而作為演示實(shí)驗(yàn)，要把現(xiàn)象展示給全體學(xué)生，這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯得不是特別明顯，削減了學(xué)生探究的積極性;②通過演示實(shí)驗(yàn)定性探究，緊接著直接給出左手定則的結(jié)論，顯然這個(gè)過程缺乏學(xué)生參與實(shí)踐活動(dòng)的切身體驗(yàn)以及對(duì)左手定則規(guī)律得出的思維過程建構(gòu)。上述情況與“深度學(xué)習(xí)”的發(fā)生機(jī)制相悖，不利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

2.2? 學(xué)情分析

在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了常見的磁場(chǎng)，知道通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)特征，以及通電導(dǎo)線對(duì)小磁針的作用情況。此外，學(xué)生已經(jīng)應(yīng)用控制變量法探究過“加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”“影響向心力的因素”等實(shí)驗(yàn)，對(duì)本節(jié)課應(yīng)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究提供了知識(shí)基礎(chǔ)。

2.3? 教學(xué)目標(biāo)以及評(píng)價(jià)目標(biāo)

基于以上分析，“探究安培力的方向”的教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)目標(biāo)確定如表1所示。

2.4? 教學(xué)流程

基于深度學(xué)習(xí)理念，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，遵循“誘發(fā)深度學(xué)習(xí)-保持深度學(xué)習(xí)-推進(jìn)深度學(xué)習(xí)-延續(xù)深度學(xué)習(xí)”的設(shè)計(jì)思路，將本節(jié)課設(shè)計(jì)為四個(gè)環(huán)節(jié)，具體教學(xué)流程如圖2所示。

2.5? 教學(xué)實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置懸念，誘發(fā)“深度學(xué)習(xí)”

教師通過多媒體播放常見家用電器圖片，如：電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電吹風(fēng)、電洞鉆等。

師：請(qǐng)大家看屏幕上的電器，這些是我們平時(shí)經(jīng)常見到或者用到的電器，把它們拆開，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們都有一個(gè)共同的東西—電動(dòng)機(jī)（多媒體播放電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的圖片），正是電動(dòng)機(jī)讓它們轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，能夠?yàn)槿祟惙?wù)。把電動(dòng)機(jī)打開，發(fā)現(xiàn)都會(huì)有一個(gè)如圖3所示的線圈，那這個(gè)線圈到底有什么作用呢？老師現(xiàn)場(chǎng)先給大家表演一個(gè)有關(guān)線圈的魔術(shù)。

教師演示實(shí)驗(yàn)1——轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈：如圖4所示，在一節(jié)南孚電池下方放三個(gè)圓形的鋼材質(zhì)的磁鐵，將小線圈下端與磁鐵接觸，上端架在電池的正極，線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

師：這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈藏著什么秘密呢？學(xué)習(xí)了今天的知識(shí)，就可以揭曉謎底了。

設(shè)計(jì)意圖：先通過展示大家熟悉的家用電器圖片，創(chuàng)設(shè)生活情境，讓學(xué)生意識(shí)到物理來(lái)源于生活，再創(chuàng)設(shè)“魔術(shù)”表演情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力，為深度學(xué)習(xí)提供情感基石，誘發(fā)深度學(xué)習(xí)機(jī)制，發(fā)展學(xué)生的物理觀念。

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)驅(qū)動(dòng)，保持“深度學(xué)習(xí)”

師：奧斯特的電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，看到通電導(dǎo)線能夠讓小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說(shuō)明了電流對(duì)磁體有力的作用，而磁體間的作用力是通過磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，我們不禁會(huì)想，那反過來(lái)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)不會(huì)也有力的作用呢？請(qǐng)同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)桌上的白熾燈泡、導(dǎo)線、條形磁體，自主設(shè)計(jì)出能驗(yàn)證“磁場(chǎng)對(duì)電流是否有力的作用”實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生交流后，分享實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果：讓磁體分別靠近不通電和通電后的燈絲，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁體靠近不通電的燈絲時(shí)，燈絲沒有動(dòng)靜，而當(dāng)燈泡通電時(shí)，磁體靠近燈絲，燈絲會(huì)不停地顫抖，說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)通電的燈絲有力的作用，即磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用。

師總結(jié)歸納：通過剛才的實(shí)驗(yàn)證實(shí)我們的猜想是正確的，磁場(chǎng)對(duì)電流確實(shí)有力的作用，為了紀(jì)念物理學(xué)家安培在電磁學(xué)中的貢獻(xiàn)，我們把磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力稱為安培力。

師：力是矢量，有方向，那安培力的方向可能與哪些因素有關(guān)系？

生：安培力的方向可能與電流的方向、磁場(chǎng)的方向等因素有關(guān)。

師：研究一個(gè)物理量與多個(gè)變量的關(guān)系用什么方法 ？

生：控制變量法。

師： 力看不見摸不著，實(shí)驗(yàn)中如何才能直觀判斷安培力的方向？（提問學(xué)生）

生： 通過觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況。

師：實(shí)驗(yàn)時(shí)如何實(shí)現(xiàn)改變電流和磁場(chǎng)的方向？（提問學(xué)生）

生： 改變電源的方向，對(duì)調(diào)N、S極。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究

a.學(xué)生分組探討制定實(shí)驗(yàn)方案，并繪制收集數(shù)據(jù)的表格。

b.匯總各組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案，師生一起完善并確定實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)的電路圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格分別如圖5和圖6所示。

師生共同歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并介紹左手定則。

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生已有的“電流對(duì)小磁針作用力的本質(zhì)是通過磁場(chǎng)作用”的認(rèn)知基礎(chǔ)上，基于對(duì)稱思想，提出“磁體對(duì)電流是否有力的作用”的猜想，再通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生觀察磁鐵對(duì)未通電燈絲和通電燈絲的作用情況，驗(yàn)證猜想，在真實(shí)的情境中感知“安培力”概念的生成，感受安培力的存在，促使學(xué)生對(duì)原認(rèn)知的再認(rèn)識(shí)，發(fā)展學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維。同時(shí)進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探究安培力規(guī)律的欲望，保持深度學(xué)習(xí)機(jī)制。接著在學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲的驅(qū)動(dòng)下，分組探究安培力方向的規(guī)律，并對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律進(jìn)行批判性地反思、吸收，繼續(xù)保持深度學(xué)習(xí)機(jī)制，發(fā)展了學(xué)生科學(xué)探究能力素養(yǎng)。

該實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：.該實(shí)驗(yàn)方案是將銅質(zhì)導(dǎo)體棒放在鐵質(zhì)軌道上，通過觀察通電時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)方向來(lái)間接確定導(dǎo)體棒所受安培力的方向，而在實(shí)際操作過程中，由于導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌接觸點(diǎn)在通電時(shí)產(chǎn)生電火花很容易將導(dǎo)體棒和軌道氧化，使回路沒有電流，所以實(shí)驗(yàn)過程會(huì)出現(xiàn)第一次接通電路時(shí)，導(dǎo)體棒會(huì)運(yùn)動(dòng)，后面再接通時(shí)，導(dǎo)體棒就靜止不動(dòng)的現(xiàn)象。為了更加直觀的看出實(shí)驗(yàn)過程中電路可能存在的問題，可以加串一個(gè)電流表，同時(shí)要準(zhǔn)備一塊磨砂紙用于擦拭銅棒和軌道。利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)“小插曲”讓學(xué)生意識(shí)到科學(xué)探究并非一帆風(fēng)順，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用已有知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力。

環(huán)節(jié)三：知識(shí)遷移應(yīng)用，解決實(shí)際問題，推進(jìn)“深度學(xué)習(xí)”

師：課前老師表演了一個(gè)“神奇線圈”的小魔術(shù)，現(xiàn)在就來(lái)揭秘吧。大家請(qǐng)看，在電池下方放了三片鋼質(zhì)磁力片，銅線圈上端和下端分別接觸電池的正負(fù)極，通電銅線圈在磁力片所分布的磁場(chǎng)中受到安培力矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。同樣的，很多家用電器之所以能夠?yàn)槿祟惙?wù)，都離不開電動(dòng)機(jī)，而能夠讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的神奇力量就是安培力。

教師演示實(shí)驗(yàn)2——演示轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈如圖7所示，并提出問題：電動(dòng)機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的原理是什么呢？

生：自學(xué)課本“物理聊吧”的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理，如圖8所示，并闡述其工作原理。

師：請(qǐng)大家利用手上的ipad上網(wǎng)查閱安培力在國(guó)防科技中有哪些應(yīng)用，并將查閱到的內(nèi)容整理后，截屏發(fā)送到教師端。

生：利用ipad上網(wǎng)查閱相關(guān)資料并整理后截屏發(fā)送到教師端。

師：從大家推送的資料信息可以看出，安培力在國(guó)防科技中很重要的應(yīng)用之一是電磁炮，我國(guó)在這方面的技術(shù)如何呢？請(qǐng)大家觀看老師推送的視頻。

生：觀看視頻《了不起我的國(guó)--電磁炮》

師：現(xiàn)在國(guó)際局勢(shì)復(fù)雜，唯有科技才能強(qiáng)國(guó)，你們是祖國(guó)的未來(lái)，肩負(fù)著歷史賦予的重任，希望大家努力學(xué)習(xí)，為祖國(guó)的富強(qiáng)做出貢獻(xiàn)。

設(shè)計(jì)意圖：先通過揭曉課前設(shè)置的懸念，使整節(jié)課的知識(shí)呈現(xiàn)首尾呼應(yīng)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生用物理觀念解釋自然現(xiàn)象的科學(xué)態(tài)度;再通過演示轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，并結(jié)合教材中“物理聊吧”的資源，學(xué)生自主學(xué)習(xí)并分享，培養(yǎng)學(xué)生閱讀、提煉信息的能力;再次通過了解安培力在國(guó)防科技中的應(yīng)用，使STSE教育滲透于課堂教學(xué)，并讓學(xué)生了解我國(guó)電磁炮技術(shù)位于世界領(lǐng)先水平，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。這一環(huán)節(jié)，通過多元的學(xué)習(xí)手段，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的“學(xué)以致用”，在推進(jìn)深度學(xué)習(xí)機(jī)制中促成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)目標(biāo)。

環(huán)節(jié)四：交互式的作業(yè)，將課堂教學(xué)延伸到課后，延續(xù)“深度學(xué)習(xí)”

（1）觀看推送的樂樂課堂視頻《電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理》鞏固認(rèn)知。

（2）利用教材和老師推送的樂樂課堂《磁電式電流計(jì)》，完成磁電式電流計(jì)的工作原理的自主學(xué)習(xí)。

（3）利用網(wǎng)絡(luò)資源，了解物理學(xué)家安培的貢獻(xiàn)。

（4）完成校本書面作業(yè)。

設(shè)計(jì)意圖：利用信息技術(shù)整合手段，布置線上、線下交互式的課后學(xué)習(xí)任務(wù)，讓深度學(xué)習(xí)從課內(nèi)延續(xù)到課外，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力。

2.6? 教學(xué)反思

基于指向“深度學(xué)習(xí)”物理課堂教學(xué)模式，本節(jié)課按四個(gè)環(huán)節(jié)逐步深入展開教學(xué)，每一個(gè)環(huán)節(jié)的展開都通過創(chuàng)設(shè)各種具體情境，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力，讓學(xué)生在參與各種預(yù)設(shè)的活動(dòng)情境過程中感知物理概念的生成、物理規(guī)律的得出，使學(xué)生的物理觀念得到發(fā)展，物理思維和探究能力得到培養(yǎng)，繼而在老師引導(dǎo)下學(xué)會(huì)用物理觀念認(rèn)識(shí)自然、解釋生活現(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感?？梢?，指向“深度學(xué)習(xí)”的物理課堂教學(xué)，能夠使物理學(xué)科的育人價(jià)值得到最大化的實(shí)現(xiàn)。

3? 結(jié)語(yǔ)

總之，核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的“深度學(xué)習(xí)”的物理課堂教學(xué)，要求教師們要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成要建立在學(xué)生主動(dòng)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從知識(shí)信息被動(dòng)的獲得者向問題解決主動(dòng)的思想者轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)在物理課堂上的落地生根。

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