基于深度学习的物理教学情境重构

摘   要

知识源于生活，理论源于实践，通过合适的情境，可以拉近学生与物理学科内容之间的距离，促进学生的深度学习。以比热容一节为例，分析了教科书中各环节情境的不足之处，对当前教学情境进行了重构，促进学生对比热容这一抽象概念形象化、具体化、立体化的理解，帮助学生从浅表学习跨越到深度学习，从而有效培育学生物理学科核心素养。

关键词

深度学习  教学情境  情境重构  比热容

深度学习最早于1976年由美国学者提出[1]，以后陆续有各国学者在此基础上对深度学习进行不同角度的分析和研究，国内也有不少学习者对深度学习进行了广泛研究。郭华教授认为深度学习强调学生的学习投入状态和内容的挑战性以及教师的引导作用[2]。安富海教授认为，深度学习强调内容整合，着意建构反思，注重批判理解，重视迁移运用[3]。结合目前国内外关于深度学习的研究，笔者比较认同：深度学习是一种基于理解的学习，涉及学习的投入程度、认知体验和思维程度等方面，是提升物理学科核心素养的高效途径。笔者认为：深度学习是基于兴趣的投入式学习，是深入学科本质的理解性学习，是跨越学科界限的融合性学习，是基于学科核心素养的发展性学习。

教学情境，是指在教学过程中教师有目的地创设以形象为主体的生动具体的场景。通过教学情境可以引起学生的某些情绪体验，从而帮助学生理解知识，获取技能，并使学生心理机能得到发展[4]。笔者认为，情境是学生和知识间的媒介和桥梁，合理的教学情境可以使学生通过这个媒介感受知识和规律的真谛，通过“桥梁”一步步到达知识的彼岸。

比热容是初中阶段较抽象的概念，因为没有具体实物依托，学生通常理解困难。为了帮助学生形象化地理解比热容，有必要创设更加合理的情境，让学生在具体情境中破除错误的前概念，显化深刻的理解概念、升华概念。

一、重构课堂导入情境，彰显概念本源

实验和经验事实是物理概念的基本来源，物理概念反映的是这些实验和事实的本质特征[5]，教师所创设的情境，仅仅只与概念有关是不够的，还应具有直观性、诱发性和针对性，使学生能够根据情境直观感受概念的特點，积极思考概念的内涵，直达概念的本质。因此，新概念的引出需创设合理情境，结合经验事实，诱发学生思考，只有学生明白了引入这个概念的缘由，才能真正理解概念的内涵。

教科书（人教版[6]）中比热容一节利用“同样日照，为什么海水和沙子温度不同”这一情境问题导入，然后猜想可能是“物质的吸热能力不一样”。然而这一情境并不利于学生感受和理解新概念。首先，此情境距离学生生活遥远。中西部地区，去过海边的同学毕竟是少数，即使去过的同学，留意到这个现象的亦是少数。其次，此情境有“站在终点看起点”之嫌。沙子和海水存在的目的本就不是为了吸热，学生又怎么会根据其“温度不同”联想到“吸热能力不同”？学生被老师和课本“牵”着走，强行“灌输”有可能是物质的吸热能力不同，自然不能很好地理解比热容的内涵。最后，这一情境既不严谨也不符合学生的知识结构！教学实践中发现，由于之前学过物态变化的相关知识，有相当一部分学生认为海水的温度比沙子低是因为水蒸发会吸热！事实上，蒸发吸热确实会导致液体温度降低，根据实验，热平衡状态下液体的温度通常要比环境温度低2℃，此时液体因为温差从环境中吸收的热量刚好用于蒸发！所以，教科书中的导入情境，既不严谨也不利于学生从本质上感受和体验概念。

为了让学生直观感受物质的吸热能力，从本源上理解概念引入的缘由，有必要对当前教学情境进行重构，创设更加合理的吸热情境。现实生活中，拖拉机和汽车都要加冷却液，而冷却液存在的目的就是为了吸热，因此可以精心创设冷却液的情境，引导学生感受吸热能力。

给学生展示拖拉机加水（图1）、汽车水温报警灯（图2）的照片。然后让学生思考加水的目的是什么，通过思考，学生可以得出是“为了降温”，那么为什么冷却液用水而不用其他液体，比如煤油？可能有学生会猜想水比较便宜，可以继续追问：对于一辆汽车而言，选用冷却液，仅仅只考虑价格问题？经过讨论与学生一起得出，还必须要考虑“降温效果”，继而进一步拓展到吸热能力。

用此情境导入，贯彻了从生活走向物理的新课程理念。冷却液的目的，就是为了吸热，通过水和其他液体对比，自然而然地引出“吸热能力”概念，有效彰显了概念本源，促进学生对概念的深度理解。

二、重构探究实验情境，赋予实验意义

教科书中设计的“比较水和食用油的吸热情况”这一实验，由于缺乏生活中的具体情境和问题作为支撑，学生并不知道探究的意义何在，纯粹是为了探究而探究，从而很难全身心的投入。再者，实验环节与导入环节的研究对象突变，不利于学生学生科学思维的培养。以海水和沙子导入，用水和食用油实验，研究对象突变，学生思维容易出现断层。由于存在这些不足，在整个实验过程中，学生的情绪很难被真正唤醒，加之实验的枯燥和繁琐，导致本应帮助学生理解相关概念的实验，反而成了学生必须记住的“累赘”。

为了激发学生兴趣，有必要以一定的情境为背景，从而赋予探究实验意义。为了保持学生思维的连贯性，可以延续导入部分的情境，用探究实验“比较不同冷却液的降温能力”替代教科书中“比较不同物质的的吸热能力”的实验，让学生探究“哪种冷却液更好”。

以实际情境为背景，恰当地建构模型，使得探究实验不再空洞。通过冷却液模型，学生知道哪种液体温度低，必然降温效果好（吸热能力强），以此轻松破除“升温快吸热能力强”这一错误前概念。学生在实际情境中主动参与，高效投入，不仅可以轻松理解本实验中的控制变量法和转换法，还可以轻松建构吸热能力概念并真正理解其内涵，实现从浅表学习向深度学习的跨越！

三、重构概念定义情境，明确公式本质

对于比热容公式的引出，教科书并未有任何情境，而是直接介绍，其介绍“怎样表示不同物质这种性质上的差别呢？物理学引入了比热容这个物理量，一定质量的某种物质在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度之比，叫做这种物质的比热容”。这种引出方式缺乏情境支撑，学生很难深度理解比热容为什么要用■来表示。

比热容公式是根據比值定义法得出的，比值定义法的本质是比较，要使比较更科学，必须在比较时选取相同的标准，所以才采用两个或者多个物理量相比以实现标准统一[7]。为了促进学生对公式的深度理解，有必要创设无法直接比较物质吸热能力的情境，引发认知冲突，进而引导学生运用比值定义法层层递进地得出比热容的公式。

通过设置合适的比较情境，引发认知冲突，从而引出比值定义法，自然而然地得出了比热容公式，水到渠成。通过层层递进的比较，帮助学生理解引入比热容公式的缘由，促进学生对比热容公式本质的理解，从而帮助学生深度建构比热容概念。

四、重构概念类比情境，活化抽象概念

比热容是一个较抽象的概念，学生通常理解困难。教科书并未设计任何内容帮助学生形象化地理解比热容概念。为了促进学生深度理解比热容概念，可以寻找一些生活中常见的类似概念，将比热容与之类比，帮助学生深度理解比热容概念。

首先，将“热容”与“水容”类比，增强学生的直观体验。两个容器，底面积不同但高度相同，让学生比较两个容器“水容量”大小，继而追问：以同样的速度向两个容器注水，哪个容器的液面升的更快？于是和学生一起得出：当加水速度相同时，“水容”小的容器，液面升高的反而更快。所有的物体都可以看做是一个热容器，因为它们都可以存储热量（吸热），与水容器类似：当吸热速度相同时，“热容”（比热容）小的物体（质量相等），温度升高的反而更快。

其次，将“热容”与手机电池的“容量”类比。给出两台电池容量不同但型号相同的手机，都用同一个软件播放当下最热的电影，调节它们的亮度和音量都一样，让学生观察两台手机的电量变化情况。让学生思考：当耗电速度相同时，电池“容量”小的手机，电量降的快还是慢？结合学生比较有兴趣的电量和电影，在点燃学习氛围的同时，也通过合理类比轻松得出：当放热速度相同时，温度降低快的物体（质量相等），热容量（比热容）小。

最后，将“热容积”与体积类比。给出图3，容器的体积（容积）的计算公式为：体积=长×宽×高。与此类似，我们也可以用此方法计算热容器的“热容积”，其计算公式为Q=Cm△t。式中m和△t分别代表质量和升高的温度，而C则是物质的一种特性，称为比热容，且通过推导可得C=■。用学生非常熟悉的体积类比，就将比热容和热量概念形象化、直观化、立体化了。

比热容和热量概念是看不见摸不着的抽象概念，将抽象的比热容与生活中常见的具体实物类比，给学生的认知搭建了一个可视化的支架，帮助学生形象化地理解比热容概念，有效培育了物质观念、科学思维等物理学科核心素养。

五、重构问题拓展情境，促进知识迁移

物理与生活密切联系，新课标倡导“从生活走向物理，从物理走向社会”。在拓展应用部分，教科书采用的是“文字”情境，即用文字陈述海边的昼夜温差比沙漠小，并引导学生运用比热容解释。为了增强学生的体验性，有必要创设能够激发学生的视觉、听觉的问题情境，从而促进知识迁移，深化知识。

给学生介绍生活中常见物质的比热容（包括水和沙子）数据。接着播放三亚市的海景风光视频，作为对比，展示新疆吐鲁番漫漫黄沙的视频，最后展示两地的天气预报，提出问题：为什么同一个太阳，吐鲁番白天最高气温比三亚高而晚上最低气温又比三亚低？

很多同学没去过三亚和新疆，通过视频和图片创设情境并提出问题的方式，三亚的碧海蓝天、云淡风轻，新疆吐鲁番的漫漫黄沙、天高云低等风光都极大地刺激学生的视觉和听觉等各种感觉，这些都大大地增强了学生的具身体验，可以有效促进学生联想到是沙子和水的比热容不一样导致的温差不同，从而进一步帮助学生深化知识理解。

知识的存在离不开情境，知识的学习也是如此。教师应该用课本而不是教课本，对于不利于培养学生学科核心素养的的教学情境，应当予以大胆重构，通过更加合理的情境引发学生的认知和情感体验，激发学生已有的生活经验与体验，促进学生的知识迁移，切实帮助学生建构良好的知识结构，在促进学生的深度学习的同时切实提升学生的学科核心素养[8]。

参考文献

[1] 郭元祥.论深度教学：源起、基础与理念[J].教育研究与实验，2017（03）：1-11.

[2] 郭华.深度学习及其意义[J].课程.教材.教法，2016，36（11）：25-32.

[3] 安富海.促进深度学习的课堂教学策略研究[J].课程.教材.教法，2014，34（11）：57-62.

[4] 宋佰桐.初中物理概念教学中情境创设的研究[D].沈阳：沈阳师范大学，2016.

[5] 张放.情境创设在高中力学概念教学中的应用研究[D].银川：宁夏大学，2015.

[6] 人民教育出版社课程教材研究中心.物理九年级全一册[M].北京：人民教育出版社，2013：11-12.

[7] 黄培锋.初中物理科学方法教育“比值定义法”教学实践研究[D].广州：广州大学，2018.

[8] 任少铎.熔化曲线切不可随意绘制——对几道中考试题中熔化曲线的商榷[J].物理教学，2019，41（07）：58+23.

【责任编辑  孙晓雯】