基于真实物理情境在深度学习中的教学探究

周见林

摘要：《课程标准》提出中学教学要聚焦学生核心素养的发展，本文选取三个案例，提出通过创设真实物理情境，促进学生思维层次递增，在深度学习中提升核心素养。

关键词：真实情境;深度学习;核心素养

在《课程标准》中，提出了中学教学要聚焦学生核心素养的发展，推行在真实情境下的深度学习。深度学习，是指在教师引导下学生积极投入到批判性学习中，优化自身的认知结构，在真实情境的探究中获得发展。

本文通过三个案例，展示如何创设真实物理情境，通过深度学习，学生在课堂中实现学科核心素养的提升。

一、基于问题创设真实情境，激发学生的思维体验

美国教育家德加默说“提问得好即教得好”。“好问题”通过创设真实情境，充分调动学生的生活体验，激发其求知欲，引发其深度学习。

例如，在“4.6 超重和失重”的学习中，课文最后提出火箭发射加速上升时、航天器在太空轨道上运行时等超重、失重的情境，但学生对此情境感受不清。此时，老师可以结合学生的体验从物理的角度提出问题：人坐电梯会有“沉”或“飘”的感觉，它对人体内脏之间产生的压力会如何变化呢？

以下是以问题创设的三个情境及各自的思维体验，引导学生深入体验“超重、失重”，促进学生科学思维水平的发展。

[层次1]火箭发射时，宇航员要承受超重的考验。某火箭发射过程中，有一段时间的加速度达到3.5g，问：该宇航员对座椅的压力为自身体重的几倍？

思维体验1：由计算可知，大约为自身体重的4.5倍。

老师：如果一个体重与你相当的人站在你的肩上，那么你对地面的压力是自重的几倍？

学生：是自重的2倍。

老师：要想达到你对地面的压力是自身体重的4.5倍，相当于你身上背了3.5个自己。请问，这样的重，你能承受吗？

[层次2]上面情况下，质量为1kg的体内脏器，在该超重过程中需要的支持力有多大？

思维体验2：由计算可知，需要45N的支持力。

老师：如果“你”是宇航员的内脏，此时与平时相比，有何不同体验？

学生：平时，周围对“我”10N的支持力就够了，现在需要45N的力，恐怕适应不了。

[层次3]通过以上分析，火箭升空时，宇航员是直立，是平坐，还是平躺合适？

思维体验3：宇航员由于需要承受几倍的重力，为了减轻这种负担，所以最合适的方式是平躺，一定程度上能缓解这种几倍的压力。

二、基于图视创设真实情境，优化学生的认知结构

《课程标准》提出“在教学设计和教学实施过程中要重视情境的创设”，“创设情境进行教学，对培养学生的物理核心素养具有关键作用”。

有意识地选择学生日常生活中经常接触到情境作为素材，可以激发学生认知上的冲突，提升他们的学习兴趣和课堂参与深度，从而有效帮助学生优化认知结构。

例如，在考查振动与波的知识中，经常出现对波面理解，如2020年1月浙江省选考第16题：“波源O垂直于纸面做简谐振动，所激发的横波在均匀介质中向四周传播，如图1中虚线表示两个波面……”。

学生对水波波面的实际观看体验有但不深，所以可以采用图片展示或视频播放的方式来创设情境，如图2（a）、图2（b）所示。其中图2（b）是一个水面波与多普勒效应的实验视频，通过观看能让学生有直观的体验和感受，起到更好的教学效果。

[例题]“蜻蜓点水”是常见的自然现象，蜻蜓点水后在平静的水面上会出现波纹。某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得了一张蜻蜓点水的俯视照片，照片反映了蜻蜓连续三次点水后某瞬间的水面波纹。如果蜻蜒飞行的速度恰好与水波的传播速度相等，不考虑蜻蜓每次点水所用的时间，在下列四幅图中，与照片相吻合的是（）

如今的学生很少见到“蜻蜓点水”的现象，百度搜索也只能搜到如图3（a）所示的一次点水的照片。怎样让学生感受到连续多次点水的情境呢？可以变通让“瓦片打水漂”的照片替代，或拍录一个“瓦片打水漂”的视频来替代“蜻蜓点水”的情境，如图3（b）所示。

三、基于实验创设真实情境，提升学生的探究能力

学生在真实情境中更容易对事物形成物理前概念，可以把问题设计情境化，让学生在情境中不断生成问题，解决问题，从而有效实现学生的深度学习。

例如，在《光的偏振》一课中，学生对“波的振动方向”与“狭缝”方向平行或垂直时传播情况的理解，只能机械地按照课本图片进行理解，但没有任何实际生活经验。为此，教师可以通过设计“实验模拟”、“实验演示”等实验创设环节，引导学生带着问题在真实实验活动中，理解掌握光的偏振的特性和本质。

[层次1：实验模拟]

实验器材：如图4（a），学生电源、电磁打点计时器、弹力线（1mm左右）、自制纸盒狭缝。

原理：选择浅色的弹性线，使其振动形成宽度达4cm左右的绳波;选择黑板作背景，形成明显的色差，让学生能够观察到比较明显的现象;让“绳波”平行或垂直穿过自制纸质“狭缝”，观察“绳波”在“狭缝”后的传播情况。

步骤：弹力线一端拴住打点计时器的振针，另一端让学生拉直弹力线;打开电源，打点计时器振针的振动会在弹性线上形成一列绳波，让“狭缝”分别沿平行和垂直方向套住绳子来进行探究。

现象：当绳波振动方向与“狭缝”平行时能穿过，如图4（b）所示;当“狭缝”转动到与绳波振动方向垂直时，绳波一点也通不过，被“狭缝”完全挡住，如图4（c）所示。

[层次2：实验演示]

实验器材：4组偏振实验器材、偏振片、手电筒+电池等。

原理：1.当大角度快速转动检偏器，学生能观察到黑板上透射光的亮度变化;但当缓慢转动检偏器时，光照区域亮度变化不明显。2.设计对比演示，分4组实验同时进行，但偏振片角度各不相同，透射光投射到黑板上对亮度进行同屏比较。

步骤：1.把4只手电筒放在桌架上，打开手电照射到黑板上，得到亮度基本相同的四束光影，如图5（a）所示。2.将4组偏振器材按照0°、30°、60°、90°顺序排放在近手电筒光圈前，观察比较黑板上光影的亮度，如图5（b）所示。

现象：当检偏器的透振方向平行与起偏器的透振方向（0°）时，光线能通过偏振片，当两者方向垂直（90°）时光线被遮挡不能透过检偏器。

华师大崔允漷教授指出深度学习有四个关键点：高认知，高投入，真任务和真情境，以及反思。深度学习的课堂教学，应当基于真实情境，激发学生的探究热情，最终促成学生解决物理问题的能力。

所以，通过教师策略性的引导，学生围绕真实物理情境展开学习，以创设的模拟演示作为起点，实现思维层次升华，从而形成正确的物理观念，提高实验探究能力，树立起正确的科学思维水平。

参考文献

1 李允和.促进物理问题解决深度学习的教学探讨[J].物理教师，2020（11）：13—15.

2 劉银奎.基于深度学习的微专题复习策略[J].物理教学，2021（3）：11—15.

3 周志扬.创新实验设计 促进深度学习[J].物理教师，2019（6）：13—16.