整合教学内容?促进深度学习

吕琪

[摘要] 本文基于对深度学习的理解，以法拉第电磁感应定律为例优化教学设计，注重整合意义联结的教学内容，创设教学情境，融入物理学史素材，设计批判性的教学问题，旨在课堂实践中能促进学生深度学习。

[关键词] 深度学习;教学设计

深度学习是一种基于理解的学习，学习者能够广泛地建立各种知识间的联系，并批判性地思考和建构新知识，将它们融入原有的认知结构，并能够在类似情境中迁移运用、解决问题。法拉第电磁感应定律是对电磁感应现象的定量表述，其中感应电动势的概念比较抽象，学生较难形成明晰的物理图像，而且定量的研究要求学生对“磁通量的变化率”有深刻的理解。人教版高中《物理》3-2教材在这节内容中并没有设计定量实验，仅从上一节的实验中定性得出感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关，然后直接给出结论，学生学起来充满困惑。为了促进学生的深度学习，笔者以《法拉第電磁感应定律》教学设计为例，说明教学过程中要创设真实性和批判性的课堂情境，构建以问题解决为核心的学习情境系统。

一、整合意义联结的教学内容，帮助学生概念建构

【激疑引入】利用一根铜丝、一块磁铁，就能制作一把琴吗？

【演示实验1】将铜丝用导线连成闭合回路（如图1），接扩音器（扩音器可以将某种信号转化为声音信号），轻轻拨动铜丝，请学生倾听声音。将磁铁固定在铜丝下方，拨动铜丝，请学生倾听声音。

现象：没有磁铁，扩音器没有声音;有磁铁，拨动铜丝，扩音器发出琴声。

【演示实验2】以不同的力度拨动铜丝，可以演奏乐曲。

【问题1】请思考扩音器将什么信号转化为琴声？

解释：闭合回路中部分导体切割磁感线，产生了感应电流。不同音调的琴声说明回路产生的感应电流不同。

讲授：回路中有感应电流，一定有电动势。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势，产生感应电动势的部分导体相当于电源。

【问题2】请分析以下电路中（如图2），哪部分相当于电源？哪一端相当于电源的正极？

【问题3】若回路是断开的，回路中是否有感应电流？是否有感应电动势？

【设计意图】深度学习实质上是知识建构的过程，涉及复杂的信息加工过程，要求教师能够激活学生已有知识和概念，并对新知识进行有效和精细的深度整合。教师通过自制实验器材，调动学生的学习兴趣，通过灵活地整合教材内容，引导学生将感应电动势的定义以整合的、情境化的方式内化，有助于学生理解电磁感应现象的本质是产生了感应电动势，从而进行有意义的知识建构。

二、创设趣味真实的教学情境，引导学生积极体验

【活动1】“比一比”游戏（定性探究：感应电动势的大小与哪些因素有关？）

游戏规则：4人小组利用灵敏电流计、线圈2个（匝数不同）、2根条形磁铁、若干导线，探究如何使灵敏电流计的指针偏转最大？（即产生最大的感应电动势）

学生总结游戏结果，教师引导归纳影响因素。

【活动2】探究感应电动势E的大小与Δφ、Δt、n有怎样的定量关系？

思考：应该采用怎样的实验方法？——控制变量法

子活动1：定量探究感应电动势E与Δφ的关系

选取两个相同型号的线圈，设计实验。（记录方案于下表）

实验装置（如图3），实验现象记录（如图4）：

大量实验，可得结论：变化时间相同时，感应电动势E与Δφ成正比。

子活动2：定量探究感应电动势E与Δt的关系

实验装置中线圈匝数可变，本活动选定线圈匝数选定200匝，在实验过程中保持不变。

实验装置说明：笔者教学采用的是朗威公司的现成探究器材（如图5、图6），记录的是经过光电门的速度v。实验前让学生猜想：E与v是什么关系？如何处理数据，验证你的猜想？

实验数据画图记录如图（如图7）。

大量实验，可得结论：感应电动势E与经过光电门的速度成正比，即感应电动势E与Δt成反比。

子活动3：定量探究感应电动势E与匝数n的关系

实验设计：线圈匝数可以改变，分别选取线圈匝数为100匝、300匝，重复活动2的实验操作，在表格中记录E，v的数据，并绘制图象。

实验数据画图记录如图（如图8）。

分析图象，可得结论：Δφ一定时，感应电动势E与匝数n成正比。

【设计意图】根据情境认知理论，学习的最终目标是要将自己置于知识产生的特定情境中，通过积极参与具体情境中的社会实践获取知识，进行意义建构和解决问题。深度学习也是这样一种建构性学习，它要求学习者掌握一些非结构化的知识，例如复杂概念、情境问题、实验的设计和总结等，并最终融入自己的认知结构体系中去，能举一反三将方法迁移运用于新情境，解决新问题。本课教师设计的实验探究过程充分尊重学生的认知特点，通过趣味实验，增强学生的直接经验，问题设置有梯度，从定性分析到定量探究，层层递进，在实验过程中渗透了解决问题的方法。

三、融入物理学史的教学素材，锻炼学生信息整合

教学片段：法拉第电磁感应定律是怎样总结得到的？

教师：通过先进的装置，很快验证了我们的猜想，实际上历史上科学家的研究历程是艰辛而漫长的。1831年，法拉第发现电磁感应现象;1834年楞次发表《论电磁感应引起的电流的方向的决定》;1845年、1846年，物理学家纽曼、韦伯通过理论推导：闭合电路中的感应电动势，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。1851年，法拉第在《论磁力线》一文中给出了电磁感应定律的完整表述。

总结：引用法拉第的名言“希望你们年轻的一代，也能像蜡烛为人照明那样，有一分热，发一分光，忠诚而脚踏实地为人类伟大的事业贡献自己的力量”。

【设计意图】要能够深度学习，信息整合是重中之重。深度学习不仅建立新旧知识、结构性和非结构性知识的联系，还需要多学科知识和多渠道信息的整合，增强学生的情感体验和科学责任感也对学生的深度学习有积极影响。学生经过课堂体验所得的知识和规律需要及时总结，此时介绍物理学史上相关科学家的曲折研究历程，可以引起学生的情感共鸣，促进法拉第电磁感应定律的知识整合，加深学生的理解、保持和迁移运用。

四、設计具有批判性的教学问题，促进学生迁移运用

教师：圆线圈n匝，截面积一定，垂直于磁场放置，B随时间的变化规律（如图9），则线圈中的磁通量如何变化？产生的感应电动势如何变化？

【思考与讨论1】磁通量变化的原因可能是磁感应强度改变，也可能是回路中面积的改变，应用法拉第电磁感应定律，推导导体棒切割磁感线时（如图10），感应电动势的表达式。

【思考与讨论2】若导体运动的方向与磁场平行（如图11），导体中产生感应电动势吗？若导体运动的方向与导体本身垂直，但与磁感线不垂直，设v与B的夹角为θ（如图12），又如何计算感应电动势的大小呢？

【设计意图】深度学习重视批判和理解，要求学习者持有批判或怀疑的态度去对待新知识并深入思考遇到的问题，从而理解问题背后的深层知识和复杂概念。前面的探究实验情境中都是磁感应强度在发生变化，笔者首先设计一个问题让学生思考磁感应强度均匀变化时的感应电动势，加深学生对法拉第电磁感应定律的理解。当然，深度学习还强调迁移运用，这要求学习者深入了解学习情境，只有把握清楚情境的关键要素，才能明确情境的不同之处，遇到新情境才能“举一反三”，迁移运用学到的知识。磁感应强度的变化还可能是由于面积的变化引起的，点拨学生新问题与已知问题的区别和联系，有梯度的引导学生将知识迁移运用，促进知识的内化。

本节课的教学设计指向深度学习，主要体现在从教材情景、教师经验转变成真实情景、学生情感;从习题训练转变到基于任务的项目学习，给学生方向上的指引;从教学分离转变到教在学中，教学在学生的生活中，贴近学生的生活体验，在学生的思维深处，有助于学生的深度学习，教在学生的问题中，注重学生的表达，注重知识的生成。当然本课的设计内容丰满，素材较多，要求教师课前做好调试和准备工作;并且本课只是法拉第电磁感应定律第一课时，有关公式的深入理解和练习运用还有待后续教学。

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