有“深度”的设计 有“温度”的教学

杨峻一，李正吉，李杨

摘   要：重庆市初中物理青年教师优质课大赛是两年一届的全市物理教学交流大会，2021年的比赛主题是“基于深度学习的概念课和规律课教学”。文章以其中一节优秀比赛课为研究对象，探讨基于深度学习的理念实施有“温度”的课堂教学，以更好地培养学生的物理学科核心素养。

关键词：2021年重庆青优赛;深度学习;教学设计;核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）11-0072-6

为了让学生的学习真正发生，出现了许多新的教学模式，例如抛锚式教学，基于任务驱动的教学，基于问题的教学，PBL项目式教学，基于微视频的翻转课堂教学模式等。新的教学模式多突出对学生自主学习、独立学习能力的培养，在此背景下，深度学习受到越来越多教师的关注。

深度学习是一种基于理解的学习，是发展学生核心素养的重要学习方式[1]。深度学习与传统学习不同的地方在于它更强调学习者主动地建构知识和批判性地学习，要求学习者理解学习内容的完整含义，建立已有知识与新知识的联系，将已有的知识迁移到新的情境中，作出决策并解决问题。深度学习的培养对于认知水平还在发展中的初中生具有十分积极的意义[2]。深度学习让学生亲身体验概念和规律的建构过程，通过深度学习不仅可以让学生获得知识，更可以培养其物理学科核心素养。学生深度学习的机会源于教师的深度备课，因此2021年初中物理青优赛以深度学习为主题是一次极好的实践机会。

2021年重庆青优赛有来自重庆市各区县的50位青年教师同台竞技，展示他们的教学水平和教学技艺。比赛的过程中，笔者全程参与观摩听课。精彩的物理课堂给笔者留下了深刻的印象，基于深度学习理念设计的物理课堂处处渗透着培育学生物理学科核心素养的理念。通过对精彩的比赛课进行汇总、梳理、反思和总结，发现这些优质比赛课的共同特点可以为后续的深度学习实践奠定扎实的基础。

《科学探究——杠杆的平衡条件》一节包含了物理现象认识、物理概念建模、物理规律探究、物理知识的应用等内容，融合了模型构建、直觉猜想、归纳概括、证伪、科学质疑等思想方法，是一节锻炼学生能力和思维的优秀课例。本文以《杠杆》一课为例，探讨如何用深度学习理念进行教学设计来实施有“温度”的课堂教学，以提升学生的物理学科核心素养。

1    制定明确目标，厘清任务脉络

学生达成深度的学习，应该建立在教师进行深度备课的基础之上[3]。教师备课过程中第一要务是要清楚发展学生核心素养、学科核心素养与课程标准之间的关系，然后将学科核心素养的具体目标进行分解。学科核心素养是学生发展核心素养的具体表达;学科课程标准是完成任务的目标理念和要求[4]。基于此，《科学探究——杠杆的平衡条件》一节课的相关要求及设计思路如表1所示。

这节课采用实验导入、生活事例加实验体验、师生互动、合作学习的思路展开教学，主要脉络如图1所示。

本节课目标明确，逻辑清晰，可操作性强。如图1所示，本节课在设计时创设连续情境，在情境中不断提出有挑战性的学习任务，以任务链调动学生积极参与、突破重难点，以促进学生在课堂上的深度学习。

2    创设魔术引入，激发学生兴趣

通过自制的可以快速且隐蔽地改变支点位置的杠杆，设计提水情境。首先，展示自制实验器材和一大桶水，请一个学生直接提水，结果他无法提起。接着，请一位看起来力气较大的学生利用实验器材提水，结果他仍然无法提起水桶。当大家都陷入思索的时候，授课老师在所有学生都没有发现的情况下，快速地改变了盒中杠杆的支点，让杠杆从一个费力杠杆变成了省力杠桿。让同一个学生第二次利用相同的器材非常轻松地把一大桶水提了起来（图2）。教师适时地鼓励和感谢上台学生的付出和配合，并与台下学生一起报以热烈的掌声。学生们亲眼看到台上发生的一切，都惊奇眼前这一根有着魔力的棒，课堂被点燃，注意力都被吸引到老师这里。为什么两次使用同一根棒的效果差距如此之大呢？学生们期待老师给出解释，揣着疑问走进新课。

好的开始意味着成功了一半，通过神奇的魔术引入新课，能提升孩子们的学习积极性，让他们从课堂一开始就对本节要学习的知识产生兴趣，前后呼应，为后续深度学习以及魔术揭秘奠定基础。深度学习一定要以学生专注的学习态度和投入为基础，情境化的实验是吸引学生注意力的有效途径之一。

3    体验归纳总结，构建模型概念

通过回顾暖场视频中孙悟空用金箍棒打妖怪的情境，现场请一个学生模拟棒打妖怪，接着让学生体验用核桃夹把核桃夹开和用开瓶器打开汽水瓶盖。基于学生的观察和亲身体验，老师迅速抓住核桃夹和开瓶器的使用过程，通过PPT展示模拟动画和关键词，引导学生总结归纳，建构出模型概念，即杠杆的定义是在力的作用下绕着一个点转动的硬棒，而后和学生一起认识支点、动力、阻力等概念。通过视频展示现象，学生亲身体验杠杆的使用，让学生在体验中回忆生活经验得到感性认识，培养了学生根据现象进行模型建构的能力，加深了对概念的理解。接着追问用白纸能打开汽水瓶的瓶盖吗？让学生体验，深入思考并提出可能的方案，课堂留白为学生深入思考创造了条件，在“吊足了学生胃口”以后，教师演示将白纸对折多次以后用大拇指作为支点，用白纸做的杠杆打开了汽水瓶（图3）。用这个实例巩固理解概念，即在力的作用下可以绕点转动的物体都是杠杆。通过白纸开汽水瓶的任务设计，让学生更深入地理解杠杆概念模型，促进学生对概念的深度学习。

4    科学探究规律，总结寻找方法

4.1    师生体验扁担，猜想平衡条件

由杠杆模型建立引出杠杆平衡条件的探究，介绍杠杆平衡概念。接下来，进一步探究杠杆的平衡应该遵循怎样的规律呢？

展示扁担，学生观察得出扁担是杠杆，老师和学生共同体验挑扁担（图4），师生互动，引导学生猜想杠杆平衡需要满足的条件。如果在已平衡的扁担（杠杆）右侧箩筐内增加物品，抽象出如图5所示的杠杆模型，即当F2增大时，要让杠杆保持原来的平衡状态，你有哪些办法？学生通过思考老师提出的扁担调节问题，对杠杆平衡条件有了初步猜想，可能与动力、阻力、动力和阻力到支点的距离四个量有关，即如图5所示的四个物理量（F1、OA、F2、OB）。引导学生从已有的加减乘除四则运算法则和物理量的运算法则去思考，排除力和距离的加减关系，剩下力与距离之比（F1/OA=F2/OB）、之积（F1×OA=F2×OB）相等两个猜想。

4.2    学生实验探究，检验两种猜想

介绍探究所用器材，杠杆1根、铁架台1个、钩码6个，重点介绍实验注意事项是实验前调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡;杠杆两边挂钩码，调节钩码到支点的距离，使杠杆再次在水平位置平衡，分工合作，一人操作，一人记录;重复三次实验即可。实验完成后，引导学生试着总结记录在学案上的数据所呈现的规律（表2）。教师在实验过程中巡视并指导学生进行实验探究。

实验结束后全班学生和老师一起观看、倾听使用常规器材（有两组学生使用的是教师自制的杠杆）的实验小组代表汇报展示实验现象和总结的实验数据规律，初步获得杠杆的平衡条件是F1×OA=F2×OB。

得出以上结论后，引导学习小组进行交流讨论，看得出的结论是否具有普遍性。

4.3    交流激发质疑，建构力臂概念

交流讨论结束，两个使用异形杠杆的小组展示他们的实验器材，上讲台挂在提前准备的架子上（图6），并用实物投影仪展台展示记录的数据和处理的结果，发现力和支点到力的作用点的距离乘积不相等。展示代表对刚才老师和同学们一起得出的结论提出质疑，教师鼓励两组学生的勇气和实事求是的实验态度。

基于此，教师适时提出问题：难道不同形状的杠杆遵循的平衡条件不一样吗？启发学生思考，促进深度学习。

在教师的引导下，其他小组的同学开始积极动脑思考，对两个使用异形杠杆小组的实验数据进行研究，分析可能的原因，并对自己的实验结论进行质疑。

有学生提出，虽然支点到作用点距离不相等，但是它们的水平线相等，如图6虚线所示。对于这样的讨论结果，教师给予充分的肯定和鼓励，虽然语言还有待提炼，但是已经非常接近物理本质。此时，教师利用十字激光器照亮器材，强化视觉冲击，强调支点与力的作用线的垂线距离，启发学生对比发现共同特征，总结出：物理学中把支点到力的作用线的距离叫作力臂。突破对力臂概念模型的构建。在得到力臂概念模型的基础上，教师再次修正总结杠杆的五要素，得到正確的杠杆平衡条件。

通过这样的设计，让学生围绕力臂概念模型的构建进行深度学习，让《杠杆》一节中力臂概念模型的构建变得水到渠成，促进学生对概念的理解。

深度学习的精髓是提出具有挑战性的学习主题，让学生在完成任务的过程中全身心地参与，体验成功，获得发展。在杠杆平衡条件的探究过程中，没有把力臂概念一开始就直接灌输给学生，而是通过现象引起学生兴趣，激活其生活经验后引导其进行直觉猜想，并在其获得初步结论后交流讨论，以培养学生创新质疑的能力，在认知冲突中培养学生的科学思维，引导其建立准确的力臂模型。这节课的设计以生为本，培养使用异形杠杆小组学生的质疑精神，对其他小组学生则通过“认知冲突”触发深度思考，针对学生的思维盲区进行教学设计，创设能够引发学生认知冲突的情境，使他们产生困惑，触发其深度思考[5]。力臂概念模型的构建和杠杆平衡条件的获得让学生经历了“现象观察—模型建立—直觉猜想—实验探究—证伪—交流讨论”的探究过程，让课堂的深度学习真正发生。

5    学以致用，解疑释难

应用杠杆的平衡条件解决实际问题是本节课的重点之一，由于平衡条件的探究过程是很充分的，规律也是学生通过自己的深度思考和探究得到的，因此重难点能够轻松突破。

5.1    “分萝卜”

创设实验情境：有两兄弟为了能够公平地分一个萝卜吵得不可开交。哥哥提出如图7所示的方式分萝卜，从悬点O竖直切开，弟弟欣然答应，高兴地选择了B部分，哥哥则吃剩下的A部分。

提出问题：如果是你，你选择哪一部分？哥哥和弟弟谁吃亏了？哪个分得多一些？将问题抛给学生，并提示可以利用杠杆平衡条件作图分析。教师巡视课堂，观察指导学生在学案上作图分析，提示学生检查力臂是否画正确，思考并分析分萝卜问题的杠杆原理。作图结束展示学生的学案，让学生代表进行分析阐述。

最后，教师表扬学生，并现场演示将沿悬挂线切开的萝卜放到天平上称量，验证学生的结论。本设计培养学生科学推理和论证的能力，用证据进行解释表达观点的能力。通过一系列的问题链和任务链吸引学生全程参与，促进深度学习。

5.2    解释“引入魔术”的奥秘

打开自制实验器材的黑箱外壳，对导入实验进行揭秘（图8），并现场再次展示如何快速且隐蔽地改变杠杆支点位置，从而改变动力臂和阻力臂的长度关系。

在实验揭秘的基础上，对杠杆进行分类，认识生活中的三类杠杆，并引申到每一个人在社会中都应该各司其职，各尽其责。

该设计贯彻了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念，教师进一步说明物理源于生活，但高于生活。杠杆平衡条件的探究和力臂概念模型的建构贴近生活经验，引导学生在掌握原理后学会运用原理解决问题。通过创设生活中的情境，激发学生运用物理原理和规律研究问题的意识，通过运用反过来加深学生对概念和原理的认识，培养了学生的科学探究能力。通过老师的深度备课促进学生的深度学习，有利于学生物理学科核心素养的发展。

6    歌曲延伸课堂，感受先民智慧

最后，授课老师用改编歌曲的方式来总结杠杆，让学生边听歌边回忆本节课知识，在美的享受中通过高度概括化的歌词，加深对知识的理解。歌曲MV中出现我国古代的杠杆（图9），激发学生的好奇心，引导其感受祖先的智慧，鼓励学生在课后对我国古代杠杆进行研究。

培养学科核心素养离不开物理课堂的深度学习，但是我们不应只是局限在课堂上，而需延伸至课外，布置具有挑战性的学习主题和任务，让学生在课外综合实践活动中也能够自觉地应用深度学习的素养分析、思考和解决问题。通过情境的创设、多彩的课程资源、学生体验活动、设计任务链和问题链来深度备课，可以使学生更好地自主构建知识体系，最终完成对知识的迁移与应用，达到深度学习的目的[4]。 精心设计问题链，避免学生面对开放性过大的问题时，由于思维过于发散而导致教学主题偏离，也可以避免学生不加思考，机械回答“是不是” “对不对” 之类的问题而使学习流于浅层。明确问题的指向性，通过设问、反问、追问层层递进，结合实验观察和理论分析，可以让学生知其然，更知其所以然 [5]。

7    小   结

让学生深度学习的目的就是为了培养学生的物理学科核心素养，为其终身发展奠基，而应用深度学习理念的教学设计，是提升学生核心素养的重要途径之一。深度学习的过程能够让学生习得物理观念、发展科学思维、锻炼科学探究能力、提升科学态度和责任，能够让我们的物理课堂更有“温度”。

参考文献：

[1]叶成林.基于深度学习的初中生物理概念建构质量提高策略——以苏科版“压强”教学为例[J].中学物理，2020，38（12）：12-14.

[2]管小雯.促进初中物理深度学习的教学模式初步研究[D].苏州：苏州大学，2015.

[3]任晔. 指向深度学习的深度备课——以苏科版初中物理“凸透镜成像的规律”备课为例[J].物理教师，2017，38（03）：33-35.

[4]丁加旗.物理學科核心素养课堂落实的有效途径——以初中物理“二力平衡”一课为例[J].中学物理教学参考，2017，46（09）：64-66.

[5]陈雯歆.指向核心素养的初中物理“实验创新”实践与思考 ——以“压力”概念的再建构为例[J].中学物理，2021，39（12）：43-45.

（栏目编辑    李富强）