指向深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)
——以“滑動摩擦力”為例

李冬花

(桐鄉(xiāng)市高級中學(xué) 浙江 嘉興 314500)

學(xué)生的認(rèn)知過程包括“識記、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造”等,在舊式的講授式課堂模式中,學(xué)生主要以聽講的形式參與學(xué)習(xí),缺乏應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造等高層次的認(rèn)知活動,導(dǎo)致科學(xué)思維、科學(xué)探究等素養(yǎng)的培養(yǎng)都不太可能達(dá)成[1].核心素養(yǎng)的達(dá)成需要學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí).深度學(xué)習(xí)是學(xué)生全身心投入的過程式學(xué)習(xí).這種過程包含:主動思考過程、有目的地探究過程、小組成員的配合以及交流過程等,能極大限度地開發(fā)學(xué)生思考、分析、觀察、總結(jié)、評價、合作等多方面的綜合能力.深度學(xué)習(xí)并不能自然發(fā)生,它需要教師對課堂的精準(zhǔn)設(shè)計(jì),例如設(shè)計(jì)進(jìn)階式問題鏈引導(dǎo)學(xué)生主動思考,利用小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究等多種途徑保證學(xué)生能真實(shí)地參與課堂,全身心地投入學(xué)習(xí)活動,因此深度學(xué)習(xí)能有效落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo).如何引發(fā)并保持學(xué)生的深度學(xué)習(xí)成為課堂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.

1 設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)課堂的必要準(zhǔn)備

深度學(xué)習(xí)特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)對新知識的理解,對已有知識或經(jīng)驗(yàn)的遷移與重構(gòu),對生活實(shí)際問題的解決以及對自然現(xiàn)象的理解和應(yīng)用.因此,設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)課堂應(yīng)以學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn)為前題,聚焦新知識的學(xué)習(xí)主題,展開有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)與探究活動,讓學(xué)生在參與活動的過程中完成新舊知識的整合與同化,同時發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維,提高學(xué)生的探究能力.

1.1 分析教材內(nèi)容

物理教材承載了《課程標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容,是教師進(jìn)行教學(xué)的主要依據(jù),也是學(xué)生獲取知識、發(fā)展能力、培養(yǎng)品德的重要來源[2].教師設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)課堂的第一步就是認(rèn)真研讀教材,分析教材內(nèi)容在章節(jié)中的作用,在整個高中物理知識體系中的地位,所涉及知識在學(xué)生的生活、社會的生產(chǎn)中所起的作用,以及代表著人類對自然界有怎樣的認(rèn)知.例如:“滑動摩擦力”是《普通高中物理必修一》第三章第2節(jié)第一課時內(nèi)容.從章節(jié)上分析,在本節(jié)內(nèi)容之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)了重力、彈力,本節(jié)內(nèi)容的第二課時是“靜摩擦力”,之后的內(nèi)容是對3種常見作用力的合成與分解.從內(nèi)容的實(shí)踐性和重要性分析,摩擦力是生活中常見的一種基本作用力,與社會生產(chǎn)和生活有密不可分的關(guān)系,它和重力、彈力合在一起,形成受力分析的框架,奠定了整個力學(xué)知識的基礎(chǔ),摩擦力的學(xué)習(xí)效果還會影響學(xué)生對必修二第七章“機(jī)械能”的學(xué)習(xí).

1.2 制定教學(xué)目標(biāo)

研究學(xué)科指導(dǎo)意見,結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn),從知識層面和素養(yǎng)層面制定教學(xué)內(nèi)容的雙重目標(biāo).“滑動摩擦力”的教學(xué)目標(biāo)分析如表1所示.

1.3 分析學(xué)情 確定教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)

“學(xué)情分析”主要是分析學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和知識儲備.建立在具體學(xué)情的基礎(chǔ)上,結(jié)合教學(xué)目標(biāo),分析教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn).表2展示了“滑動摩擦力”學(xué)情分析.

表2 “滑動摩擦力”學(xué)情分析

根據(jù)以上分析確定本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn):探究滑動摩擦力的規(guī)律以及利用公式解決實(shí)際問題;教學(xué)難點(diǎn):確定滑動摩擦力的方向.

2 設(shè)計(jì)問題導(dǎo)引的探究任務(wù)作為課堂載體

學(xué)習(xí)理論指出學(xué)生各種能力的發(fā)展是和他們在學(xué)習(xí)中的相關(guān)行為聯(lián)系在一起的.使學(xué)生經(jīng)歷物理概念、規(guī)律的形成過程是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑.學(xué)生對于新知識的科學(xué)探究過程并不是盲目的試錯過程,而是在教師的引導(dǎo)下有目的、有計(jì)劃地運(yùn)用科學(xué)器材、設(shè)備,在人為控制條件下,使物理現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn),從而進(jìn)行認(rèn)真觀測、獲取大量資料的一種研究方法[3].通過實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生在有限的時間內(nèi)經(jīng)歷科學(xué)規(guī)律的探究過程,有效培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新、交流反思、敏銳觀察等能力,促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念,發(fā)展科學(xué)思維,培養(yǎng)實(shí)事求是、持之以恒的科學(xué)態(tài)度[4].

課堂探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要以學(xué)生的學(xué)情為基石,圍繞教學(xué)目標(biāo)中心,從教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)兩個維度設(shè)計(jì)有遞進(jìn)關(guān)系的問題鏈和具有挑戰(zhàn)性的探究任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生思考、分析給定的問題,進(jìn)一步完成探究任務(wù).在層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的學(xué)習(xí)活動中逐漸掌握教學(xué)重點(diǎn)、理解教學(xué)難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)思維上由淺入深,保證深度學(xué)習(xí)順利發(fā)生并持續(xù)進(jìn)行.“滑動摩擦力”一節(jié)中學(xué)生的主要學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)如下.

2.1 實(shí)驗(yàn)引入活動——抓泥鰍

主要活動設(shè)計(jì):請一位學(xué)生嘗試徒手抓泥鰍.

師:泥鰍好不好抓?

生:不好抓.

師:不好抓的原因是什么?

生:它很滑.

設(shè)計(jì)意圖：通過觸覺感受生活中滑動摩擦力的存在以及它所帶來的影響,引導(dǎo)學(xué)生回憶初中所學(xué)的摩擦力知識,結(jié)合抓泥鰍的感受總結(jié)產(chǎn)生滑動摩擦力所需要的條件.

2.2 探究滑動摩擦力的方向

探究任務(wù)1：探究滑動摩擦力的方向.

器材：鼠標(biāo)墊,毛刷.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表3所示.

表3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

問題：(1)刷毛的傾斜方向和毛刷底部所受摩擦力的方向之間的關(guān)系?

(2)毛刷所受摩擦力方向與毛刷或者接觸面的運(yùn)動情況有沒有必然聯(lián)系?

(3)分析以上3種情況中,毛刷相對接觸面的運(yùn)動方向如何?

(4)觀察毛刷所受摩擦力方向與它相對接觸面的運(yùn)動方向之間的關(guān)系?

得出結(jié)論：毛刷所受滑動摩擦力的方向與相對運(yùn)動的方向相反.

設(shè)計(jì)意圖：觀察是最基本、最古老、最直接的科學(xué)探究方法,在科學(xué)探究中要有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)新,就必須掌握觀察方法,具有一定的觀察總結(jié)能力[5].課堂設(shè)計(jì)以小組合作探究的形式,通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題,經(jīng)過邏輯分析總結(jié)出實(shí)驗(yàn)規(guī)律,有效發(fā)展學(xué)生的批判性思維,提高學(xué)生觀察總結(jié)、質(zhì)疑創(chuàng)新的能力.

2.3 探究滑動摩擦力的大小

探究任務(wù)2：在同一接觸面上,探究滑動摩擦力的大小與壓力大小的定量關(guān)系.

器材：鼠標(biāo)墊,滑塊,鉤碼,彈簧測力計(jì).

問題：(1)如何測量壓力大小?

(2)如何改變壓力大小?

(3)如何測量滑動摩擦力大小?

兩種測量滑動摩擦力大小的參考案例,如圖1所示.

圖1 兩種可供參考的案例

(4)分析兩種參考案例的優(yōu)缺點(diǎn),并選擇其中一種進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表4中.

表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

(5)表格中已經(jīng)給出了第一行數(shù)據(jù),分析原因.

在圖2中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.

圖2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)數(shù)據(jù)分析,得出結(jié)論:滑動摩擦力大小與壓力大小成正比.

設(shè)計(jì)意圖：通過層層遞進(jìn)式的問題,引導(dǎo)學(xué)生的思維逐漸深入,幫助學(xué)生透徹理解實(shí)驗(yàn)的原理.通過小組成員的相互配合,發(fā)展學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力,提升學(xué)生對常規(guī)基礎(chǔ)器材(彈簧測力計(jì))的正確使用能力,對數(shù)據(jù)的讀取、記錄以及處理、分析等多種實(shí)驗(yàn)探究能力.

探究任務(wù)3：探究μ的物理意義.

器材：鼠標(biāo)墊,滑塊,鉤碼,彈簧測力計(jì).

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表5中.

表5 數(shù)據(jù)記錄

結(jié)論：μ和接觸面的材料以及粗糙程度有關(guān),叫做動摩擦因數(shù).

思考：對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和教材所列舉的動摩擦因數(shù),是否說明動摩擦因數(shù)不能大于1?

生:不能,鼠標(biāo)墊粗糙面和滑塊之間的動摩擦因數(shù)大于1.

師:還有一些材料之間的動摩擦因數(shù)大于1,例如橡皮和金屬之間,銦與銦之間等.

設(shè)計(jì)意圖：利用控制變量法探究相同壓力條件下,改變接觸面的粗糙程度,對比滑動摩擦力的大小變化,體會動摩擦因數(shù)μ的物理意義.組織學(xué)生閱讀教材,重視教材信息,同時對相關(guān)內(nèi)容適當(dāng)外延,拓寬學(xué)生的認(rèn)知面.

2.4 實(shí)踐應(yīng)用

2.4.1 列舉生活中常見的滑動摩擦力

生:拖地,擦黑板(玻璃),衣袖和桌面的摩擦,漂移時輪胎和地面的摩擦等.

師:初中已經(jīng)學(xué)過有益摩擦和有害摩擦,根據(jù)本節(jié)內(nèi)容,思考如何增加生活中的有益摩擦,減少有害摩擦?

生:增加有益摩擦可以增加壓力、增加接觸面的粗糙程度;減少有害摩擦可以減少壓力或者減少接觸面的粗糙程度.

教師活動:展示生活中利用以上方法改變摩擦力的實(shí)例,增加壓力(拔河比賽選擇身強(qiáng)體壯的運(yùn)動員),增加接觸面粗糙程度(地下車庫入口處的防滑地面);減少壓力(磁懸浮列車),減小動摩擦因數(shù)(冰壺運(yùn)動)……

師:思考,抓泥鰍的活動中怎樣才能快速抓住泥鰍?

生:增大壓力,增加粗糙程度.

教師活動:在泥鰍上撒一些面粉,再次讓學(xué)生體驗(yàn)“抓泥鰍”.

師:這次的泥鰍好不好抓?

生:好抓.

師:泥鰍撒上面粉,改變了什么?

生:改變了接觸面的粗糙程度.

設(shè)計(jì)意圖：觀察物理知識在生活中的應(yīng)用,并與課堂引入相呼應(yīng),利用所學(xué)知識解決真實(shí)問題,讓學(xué)生充分感受物理知識的實(shí)用性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力.

2.4.2 學(xué)生練習(xí)

【練習(xí)題】(改編教材習(xí)題第二章復(fù)習(xí)與提高,B組第2題)自2022年3月份上海疫情爆發(fā)以來,全國各地人民心系上海,紛紛往上海輸送抗疫物資,助力上?？挂咧畱?zhàn).

小王為某輛物資運(yùn)輸車的司機(jī),他的反應(yīng)時間和汽車系統(tǒng)的反應(yīng)時間之和為1 s,當(dāng)他駕駛該貨車在干燥的路面上以108 km/h的速度行駛時,測得的安全距離為120 m.已知剎車時的加速度大小為a=μg(μ為動摩擦因數(shù),g=10 m/s2).

求:(1)晴天時輪胎和干燥路面的動摩擦因數(shù)μ1=?

(2)為使抗疫物資早日送達(dá)上海,小王風(fēng)雨兼程,要使雨天行車的安全距離仍然保持120 m,小王行車的最大速度不超過86.4 km/h,則雨天輪胎和地面之間的動摩擦因數(shù)μ2=?

設(shè)計(jì)意圖：依托社會焦點(diǎn)事件,讓學(xué)生從真實(shí)的情景中提取物理信息,并綜合所學(xué)知識解決實(shí)際問題.該情景的選擇充分體現(xiàn)了“一方有難,八方支援”的革命情懷,也讓學(xué)生在真實(shí)的事件中感受我國各地民眾之間互幫互助的團(tuán)結(jié)精神,幫助學(xué)生樹立起社會責(zé)任感.通過對比雨天和晴天的動摩擦因數(shù)變化,使學(xué)生理解雨天減速慢行的交通安全原理,增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)的崇尚、對生命的敬畏.同時題干中給了汽車剎車時加速度和動摩擦因數(shù)之間的關(guān)系,幫助學(xué)生建立淺顯的力和運(yùn)動的聯(lián)系.

3 對課堂效果的思考

教師的“教”是為了學(xué)生的“學(xué)”,怎樣才能促進(jìn)學(xué)生高效的“學(xué)”是圍繞一線教師一生的討論話題.實(shí)踐證明探究式教學(xué)是一種行之有效的課程教學(xué)方式.

在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中,教師通過深入研究教材相關(guān)內(nèi)容及其對應(yīng)的知識目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo),設(shè)計(jì)逐層深入的問題引導(dǎo),創(chuàng)設(shè)具體的探究任務(wù),使學(xué)生在實(shí)踐探究的過程中能夠真實(shí)地參與課堂.課堂設(shè)計(jì)了多個相互銜接遞進(jìn)的探究任務(wù),有效保證學(xué)生長時間處于深度學(xué)習(xí)狀態(tài),高效完成雙重教學(xué)目標(biāo).