物理规律教学中如何开展深度学习

摘 要：在物理规律教学中，如何发展学生的物理学科核心素养一直是广大物理教师研究的课题之一。本文试通过实例阐述物理规律教学中开展深度学习的四个环节，以及如何让学生全身心地参与规律的探究过程，体验探究过程所采取的研究方法，以实现物理规律教学的深度学习。

關键词：物理素养；规律教学；深度学习

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）1-0012-5

规律是事物运动过程中固有的本质的必然联系，决定着事物发展的过程和基本趋势。不同学科的规律被认识和发现的途径是不同的。物理规律是观察实验、物理思维和数学推理相结合的产物[1]，反映了有关物理概念之间的必然联系。那么，如何在物理规律教学中发展学生的物理素养以实现物理规律教学的深度学习？笔者认为，物理规律的深度学习应在教师的引领下让学生全身心地参与、体验物理规律的探究过程以及探究过程所采用的研究方法，以此来发展物理学科核心素养。

1 高中物理规律教学中开展深度学习的四个环节

爱因斯坦曾说“对真理的探求比对真理的占有更可贵”。因此，物理规律的深度学习应突出“探求”二字。在高中物理规律教学中开展深度学习，有利于实现以下目标：①激发学生解决物理问题的欲望；②体会物理规律得出的思维加工方法；③提高解决综合（实际）问题的能力；④提升物理学科的核心素养（物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任）。其教学环节如图1所示。

1.1 创设问题情境

任何学习的愿望总是在一定的情景中发生的，只有具有问题性的情景才具有强大的吸引力，使学生进入探索者的角色，积极主动地参与到“真学习”活动中。因此，教师无论是在教学的整个过程，还是在教学过程中的某些微观环节，需充分利用各种资源（物理实验、生活事例等）创设教学所需的生活、社会和现实情境来增强感性认识、唤起学生的认知思维，激发学生的内心驱动力[2]，让学生全身心地投入到规律的探究活动中，在学习中不断体验成功、获得发展。

1.2 体会物理思维的基本方法

物理规律的建立除必要的知识之外，还需要抽象思维、形象思维和直觉思维的共同作用，利用归纳、演绎、类比、实验、假说等各种思维方法，对观察到的实验结果和原有的理论进行综合的、全面的、深入的考查，其建立的途径主要有三种：①实验归纳。即直接从观察实验结果中分析、归纳、概括，从而总结出物理规律的方法。②理论分析。它是利用已有的物理概念和物理规律，通过逻辑推理或数学推导得到新物理规律的方法，有理论归纳和理论演绎两种。③提出假说。许多物理规律最初都是以假说的形式出现，先提出假说，再用实验验证，最后建立物理规律。

学生科学思维能力的培养是物理教育的核心，在课堂上如何强化“思维型教学”从而来提升学生的物理学科素养是我们广大物理教师着重研究的课题。教学中要设法让学生通过积极思考、互动交流来揭示各要素的关系，逐步体会（学会）探究物理规律的思维方法，从而完善知识结构，发展自己的能力，形成自己的品格。

1.3 交流思辨

交流思辨贯穿于深度学习的整个过程，无论是提出问题、建立假说、实验探究还是规律应用等环节都离不开与他人的交流和思辨。经过思维加工，在学生头脑里初步建立了物理规律，但往往对其理解不够全面、深入，甚至会出现片面的认识。课堂中要尽量多地给予学生思考、讨论、分析的时间与机会，让学生展示自己的思维过程，在交流思辨中相互启发，不断纠错；同时，教师要适当点拨，对物理规律中的关键字、词、句及表达式作相应的探讨，让学生准确地理解物理规律。因此，在课堂教学中我们不仅要关注与学生的情感互动、行为互动，更应关注与学生的思维互动。

1.4 迁移应用

迁移是经验的拓展与提升，应用是将内化的知识外显化、操作化的过程[3]。只有通过运用，学生才能知道是否掌握了物理规律，能否利用物理规律来解决实际问题，才能暴露、诊断出对物理规律认识的不足或缺陷，以便后期的纠正和完善。通过迁移应用，理清相关物理量的关系，完善原有的知识结构。

2 高中物理规律教学中开展深度学习的案例

物理规律是观察、操作和思维互相影响的活动过程，尤其是创新性的科学探究活动，不仅是学生获得知识、方法的手段，也是培养其物理学科核心素养的有效途径。

【教学实例】 “楞次定律”是人教版教材高中物理选修3-2第四章《电磁感应》第3节的内容。通过本节内容的学习将达成以下学习目标：①知道楞次定律的内容；②理解感应电流的磁场与引起感应电流的磁场的关系；③体会楞次定律的探究过程以及思维方法；④会利用楞次定律来判断感应电流的方向。为了有效地实现上述目标，教学中创设了如下的学习任务。

【任务一】 问题情景的创设

教师：出示图2所示的“铝环实验”装置（装置中铝环A闭合、B断开，横梁可以绕支点转动）。

教师演示，学生观察实验现象：当条形磁铁的N极靠近铝环A时，环A排斥；当N极远离铝环A时，环A吸引。

问题1：铝环与磁体间为何会产生斥力与引力？

学生交流回答：条形磁铁靠近或远离环A时， 环A中的磁通量发生变化，从而产生感应电流……

问题2：在这两个过程中环A中的感应电流方向是否一致？

学生：不同，原因是环A受力方向相反。

问题3：环A受到的力是安培力吗？

问题4：环A中产生的感应电流是否要产生磁场？

问题5：环A受到的斥力与引力是谁的磁场引起的？

……

师生总结：为了研究上述问题，应从环A产生的感应电流方向入手。

点评：通过实验观察提出系列问题，不仅激发了学生学习物理的欲望，而且让相关物理量呈现在学生面前，很自然地促使学生思考“这些物理量之间有怎样的关系？”从而引出教学课题。

【任务二】 规律探究

1.电流方向与电表指针偏转实验的设计

教师：出示教材中的实验探究装置，如图3所示。

提问：图3中的电流从哪根接线柱流入？

教师：请设计相关实验，来确定电流方向与电表指针偏转方向。

学生：设计了图4所示的实验电路图，并阐述实验方案。

教师：按图4实验方案演示并记录实验结果。

2.实验操作与现象记录

（1）设计实验现象记录表，其教学环节为：①让学生设计探究感应电流方向的实验现象记录表。②小组交流设计的表格（如表1所示）。

（2）实验操作并分析现象，其教学环节为：①师生一起按照表格进行实验、观察和记录。②思考“根据上述实验能否得到感应电流方向、原磁场方向以及原磁通量的变化之间的关系？”

3.楞次定律得出的思维加工方法

（1）实验归纳

依据实验现象和记录表，试确定感应电流应具有怎样的方向？

（2）理论分析

当磁铁靠近或远离时，线圈中的磁通量增加或减小，从而产生感应电流。感应电流的方向由实验中电表的指针来确定，从而可得到感应电流的磁场方向。再对比两磁场方向，能得到怎样的结论？

（3）提出假说

现象分析：当磁铁插入时，线圈中磁通量增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁铁远离时，线圈中磁通量减小，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。

提出假说：磁通量增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；磁通量减小，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。

（4）实验验证

教师边演示边板画。记录实验中感应电流的方向及磁铁N极的运动情况。板画如图5所示，板画的顺序为：原磁场方向—感应电流方向—感应电流的磁场方向。

提问1：为何图5中两磁场方向相反？

提问2：请依据上述的分析过程，判断磁铁向上运动时，感应电流的方向如何？

学生交流结论：向上运动时，线圈中的感应电流从上往下看为顺时针。

教师：实验进一步验证。

教师：能否用一句话来描述感应电流的磁场应具有怎样的特征？

学生：感应电流的磁场“阻碍”引起感应电流磁通量的变化。

点评：基于实验开展规律探究活动是物理教学的基本方式，是物理观、教学观的全面体现。课堂教学中采用类科学探究的方式，还原了“楞次定律”得出的思维加工过程，突显了“思维型”课堂的特征，并以“任务”的形式促进学习的真正发生，实现教学方式的转变。这样的教学不仅传授了知识，而且还培养了学生的探究能力和科学素养的形成。

【任务三】 迁移应用

教师：出示评价任务1

如图6甲所示，单匝圆形线圈中心区域存在匀强磁场，磁感应强度B随时间的变化规律用图6乙描述，取磁场方向垂直纸面向外为正方向，则线圈中的感应电流I的方向随时间t如何變化？

解析：在0～1 s内，B均匀增大使线圈中的磁通量增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，再由安培定则得感应电流方向为顺时针方向；在1～2 s内，B不变，线圈中的磁通量不变，线圈中无感应电流；在2～3 s内，B均匀减小使线圈中的磁通量减小，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，再由安培定则得感应电流方向为逆时针方向；在3～4 s内，B反向均匀增大使线圈中的磁通量增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，再由安培定则得感应电流方向为逆时针方向。

教师：出示评价任务2

航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图7所示。当固定在光滑绝缘杆上的线圈突然有直流电流通过时，线圈一侧的金属环被弹射出去。试判断：①从左侧看环中感应电流方向；②电池正负极调换后，金属环是否仍向左弹射。

解析：线圈突然通图7所示的电流后，线圈左侧产生的磁场为N极，使环中磁通量增加，在环中产生的感应电流磁场向右（环右侧N极），所以从左侧看环中感应电流为顺时针方向。由于两磁极相互排斥，使金属环向左弹射，当电池正负极调换后，具有同样的作用效果，故金属环仍向左弹射。

点评：能否解决物理问题是检验学生物理规律掌握情况的重要标志，也是加深学生理解物理规律的重要环节。课堂教学中出示两个评价任务，旨在检测学生对本节内容的学习情况。任务1是楞次定律的基本应用，旨在让学生明确应用楞次定律解题的基本步骤；而任务2是对楞次定律应用的拓展，旨在让学生体会“阻碍”二字的效果，即金属环向左弹射的目的是阻碍磁通量的增加。在应用环节，教学中“以学习活动为依托，把评价任务自然地镶嵌于学习活动的全过程”是实施“教、学、评”一致性的关键。同时，在课堂教学中要让学生充分发表见解，尽可能了解学生的真实想法，以期获得意想不到的生成性的教学资源。

3 物理规律教学中开展深度学习的关注点

在高中物理规律教学中开展深度学习，旨在引导学生主动参与物理规律的探究过程，让学生在深度学习中体会规律得出的思维加工过程，从中认识客观事物的本质属性、内在规律以及相互关系。为了更有效地实施深度学习，须关注以下三个问题。

3.1 基于学科本真

物理是以实验为基础、以思维为中心的自然学科，“为思维而教”是物理教育的最终目的。因此，在教学中将物理规律探究与实验相结合，尽可能给学生创造更多的条件、时间和空间来创设实验情景，还物理学科的本来面目，让我们的物理课堂更具浓浓的“物理味”，以实现教学方式的转变。通过丰富的实验（生活）资源使我们的物理规律教学内容更充实、教学过程更精彩、思维训练更智慧。

3.2 研究学生的原有知识结构

奥苏贝尔指出：“如果我不得不将所有教育心理学原理还原为一句话的话，我将会说，影响学习的最重要因素是学生已经知道了什么，根据学生的原有知识状况进行教学。”因此，在教学设计时，要认真研究学情，明确学生的起点在哪里，对所用的课程资源的背景、起点进行评估，找准学生的“最近发展区”，依据学习目标和评价任务，补充必要的“先行组织者”材料，为学生提供合适的学习路径及脚手架，实现师生的共同发展。

3.3 倡导问题驱动学习

学生的学习是在教师的引领下，围绕具有挑战性的学习主题开展积极主动的建构过程。在这一过程中学生既是信息的接受者又是信息的加工者，只有经过信息的精致加工，学生才能学会。这就要求我们教师在课堂中要精心创设以“问题驱动”为特征的学习情境，从有利于学生学习的视角出发，让学生亲身经历“真学习”过程，按照学的逻辑来设计问题，促进认知和思维的发展。

在物理规律教学中开展深度学习，不仅有利于教学方式和学习方式的转变，且更能增强学生自主学习、信息收集、思维加工、交流合作、应用迁移的能力，从而提升物理学科素养。在物理规律教学中实施的深度学习还处于初级阶段，如何有效地实施还需广大教师不断地实践与探索。

参考文献：

[1]田世昆， 胡卫平.物理思维论[M].南宁：广西教育出版社， 1996.

[2]王建峰.物理概念教学中如何开展“深度学习”——“光的干涉”深度学习设计[J].物理教学， 2018（5）：24-26.

[3]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法， 2016（11）：25-32.（栏目编辑 赵保钢）