指向深度学习的高中物理教学研究与实践

陈小琴

摘   要：为了落实物理学科的核心素养目标，立足于“深度学习”的教学研究理论，结合“深度学习”的实现机制，提出“深度学习”物理课堂教学模式，并以“探究安培力的方向”这一教学案例来展示分析如何引用“深度学习”物理课堂教学模式，实现物理课堂的“深度学习”的教学，使物理学科核心素养目标得到有效落实。

关键词：核心素养;深度学习;安培力;活动探究

引言

为了落实立德树人的根本任务，培养德智体美劳全面发展的适应新时代需求的社会主义接班人和建设者[ 1 ]，高中物理课程基于学科特征提出了四个维度目标：物理观念、科学思维、科学探究、科学责任和态度。受传统教学模式的影响，目前大多数的课堂教学依然只是实现了“知识”目标或者加上“技能”目标，如何在物理课堂教学过程中真正落实核心素养四维目标，成为教学研究的热点。“深度学习”就是为了让核心素养目标能够根植于课堂教学、深化新课程改革，避免课改只停留于概念的改变的一种创新教学模式。“深度学习”不同于死记硬背的“浅层学习”，它是一种建立在理解的基石上的学习机制，要求学习者能够对所学习的新知识、新思想做出批判性地吸收，并将所学的新知识融入到原有的认知体系中，进行知识整合并重新构建知识网络体系，进而将所学的知识进行迁移应用，解决实际问题，实现知识“学以致用”的功能。“深度学习”理念与物理学科新课改的“培养学生终身发展能力以及应对社会日新月异的发展的能力”的理念高度契合。因此，基于“深度学习”进行高中物理教学研究与实践，是达成物理学科核心素养目标的有效途径。

1  指向深度学习的高中物理课堂教学模式

教育部基础教育课程教材发展中心副主任刘月霞对“深度学习”做出更具有实践指导意义的诠释：所谓的“深度学习”是指在教学过程中学生积极参与、全身心投入、获得健康发展的、有意义的学习过程[ 2 ]。由此可见，“深度学习”是通过学习者基于饱满的学习热情、由强烈的求知欲望的学习内驱动力而引发的高投入的主动性学习，属于高阶思维认知，是一种高级的学习状态。要激发学生的高阶思维认知，让“深度学习”在物理课堂上真实发生，需要把握“深度学习”的实现机制，借鉴国内外学者的研究成果，结合物理学科的特点，把实现物理课堂的“深度学习”机制总结如下：①创设物理情境，设置问题驱动，诱发“深度学习”机制。②创设实践活动，让学生切身感知、体验物理概念的生成，物理规律的得出，促发学生的高阶思维认知，保持“深度学习”机制。③应用物理知识，解释生活现象、解决实际问题，推进“深度学习”机制。④利用信息技术整合手段，布置线上、线下学习任务，延续“深度学习”机制。

基于上述“深度学习”理论分析，高中物理课堂教学设计流程可以抽提为如图1所示的模型。

首先，基于学生在物理学科核心素养方面的发展要求和核心知识确定教学内容和教学目标。其次，教师先通过创设各种具体的物理情境（如：生活场景的图片、具有一定深度和挑战性的问题或实验活动等），诱发深度学习机制，生成学生活动;再通过问题驱动或者实验探究任务驱动，让学生在主动参与课堂活动的过程中，切身体验物理概念的生成过程、物理规律探究过程并自主归纳得出物理规律，在这一系列的实践活动过程中，不断地促发学生对原知识进行再认知、整合、构建，使学生的深度学习机制得以保持和促进;再次将所学的知识进行迁移应用，解决实际问题，进一步推进了深度学习机制。最后，教師依据物理学科核心素养评价要求，在信息技术的支持下，布置了课后线上、线下作业，使深度学习得以延伸到课外，并综合学生课堂活动表现和课后作业完成情况，对学生的学习情况实施评价，最终促使核心素养目标的达成。

2  指向“深度学习”的高中物理教学实践案例

2.1  教学内容和教材分析

“安培力”既承接了前面的磁场部分的内容，又为开启洛伦兹力的学习提供知识铺垫，同时也是“电磁感应”动力学研究的基础，所以掌握好安培力是学好电磁学的基础。本节课的主要任务是运用控制变量法探究安培力方向的规律，并能够对安培力的应用实例进行解释，对学生的知识理解应用能力以及三维空间感等学科综合能力要求比较高。鲁课版新教材在“安培力的方向”这部分内容的介绍方式是：先通过对“会动的铝箔天桥”迷你实验观察分析并归纳出安培力方向的规律，接着直接给出安培的左手定则。教材介绍的方式在实际教学中会出现以下问题：①用铝箔天桥来演示探究安培力方向的规律，在改变铝箔电流方向时，操作略显麻烦，且铝箔纸的凸起和凹陷幅度比较小，而作为演示实验，要把现象展示给全体学生，这个实验现象显得不是特别明显，削减了学生探究的积极性;②通过演示实验定性探究，紧接着直接给出左手定则的结论，显然这个过程缺乏学生参与实践活动的切身体验以及对左手定则规律得出的思维过程建构。上述情况与“深度学习”的发生机制相悖，不利于物理学科核心素养目标的达成。

2.2  学情分析

在此之前，学生已经学习了常见的磁场，知道通电导线周围的磁场特征，以及通电导线对小磁针的作用情况。此外，学生已经应用控制变量法探究过“加速度与合外力、质量的关系”“影响向心力的因素”等实验，对本节课应用控制变量法进行实验探究提供了知识基础。

2.3  教学目标以及评价目标

基于以上分析，“探究安培力的方向”的教学目标和评价目标确定如表1所示。

2.4  教学流程

基于深度学习理念，结合教学内容，遵循“诱发深度学习-保持深度学习-推进深度学习-延续深度学习”的设计思路，将本节课设计为四个环节，具体教学流程如图2所示。

2.5  教学实录

环节一：创设情境，设置悬念，诱发“深度学习”

教师通过多媒体播放常见家用电器图片，如：电风扇、洗衣机、电吹风、电洞钻等。

师：请大家看屏幕上的电器，这些是我们平时经常见到或者用到的电器，把它们拆开，就会发现它们都有一个共同的东西—电动机（多媒体播放电动机内部的图片），正是电动机让它们转动起来，能够为人类服务。把电动机打开，发现都会有一个如图3所示的线圈，那这个线圈到底有什么作用呢？老师现场先给大家表演一个有关线圈的魔术。

教师演示实验1——转动的线圈：如图4所示，在一节南孚电池下方放三个圆形的钢材质的磁铁，将小线圈下端与磁铁接触，上端架在电池的正极，线圈会转动起来。

师：这个转动的线圈藏着什么秘密呢？学习了今天的知识，就可以揭晓谜底了。

设计意图：先通过展示大家熟悉的家用电器图片，创设生活情境，让学生意识到物理来源于生活，再创设“魔术”表演情境，激发学生学习的内动力，为深度学习提供情感基石，诱发深度学习机制，发展学生的物理观念。

环节二：实验探究任务驱动，保持“深度学习”

师：奥斯特的电流磁效应实验中，看到通电导线能够让小磁针发生偏转说明了电流对磁体有力的作用，而磁体间的作用力是通过磁场实现的，我们不禁会想，那反过来磁场对电流会不会也有力的作用呢？请同学们利用实验桌上的白炽灯泡、导线、条形磁体，自主设计出能验证“磁场对电流是否有力的作用”实验方案。

学生交流后，分享实验方案和实验结果：让磁体分别靠近不通电和通电后的灯丝，发现当磁体靠近不通电的灯丝时，灯丝没有动静，而当灯泡通电时，磁体靠近灯丝，灯丝会不停地颤抖，说明磁场对通电的灯丝有力的作用，即磁场对电流有力的作用。

师总结归纳：通过刚才的实验证实我们的猜想是正确的，磁场对电流確实有力的作用，为了纪念物理学家安培在电磁学中的贡献，我们把磁场对通电导线的作用力称为安培力。

师：力是矢量，有方向，那安培力的方向可能与哪些因素有关系？

生：安培力的方向可能与电流的方向、磁场的方向等因素有关。

师：研究一个物理量与多个变量的关系用什么方法 ？

生：控制变量法。

师： 力看不见摸不着，实验中如何才能直观判断安培力的方向？（提问学生）

生： 通过观察物体的运动情况。

师：实验时如何实现改变电流和磁场的方向？（提问学生）

生： 改变电源的方向，对调N、S极。

学生分组实验探究

a.学生分组探讨制定实验方案，并绘制收集数据的表格。

b.汇总各组学生的实验方案，师生一起完善并确定实验方案，设计的电路图和实验数据表格分别如图5和图6所示。

师生共同归纳得出实验结论，并介绍左手定则。

设计意图：在学生已有的“电流对小磁针作用力的本质是通过磁场作用”的认知基础上，基于对称思想，提出“磁体对电流是否有力的作用”的猜想，再通过任务驱动，让学生观察磁铁对未通电灯丝和通电灯丝的作用情况，验证猜想，在真实的情境中感知“安培力”概念的生成，感受安培力的存在，促使学生对原认知的再认识，发展学生的物理观念和科学思维。同时进一步激发学生探究安培力规律的欲望，保持深度学习机制。接着在学生强烈的求知欲的驱动下，分组探究安培力方向的规律，并对实验规律进行批判性地反思、吸收，继续保持深度学习机制，发展了学生科学探究能力素养。

该实验注意事项：.该实验方案是将铜质导体棒放在铁质轨道上，通过观察通电时导体棒的运动方向来间接确定导体棒所受安培力的方向，而在实际操作过程中，由于导体棒和导轨接触点在通电时产生电火花很容易将导体棒和轨道氧化，使回路没有电流，所以实验过程会出现第一次接通电路时，导体棒会运动，后面再接通时，导体棒就静止不动的现象。为了更加直观的看出实验过程中电路可能存在的问题，可以加串一个电流表，同时要准备一块磨砂纸用于擦拭铜棒和轨道。利用这个实验“小插曲”让学生意识到科学探究并非一帆风顺，培养学生应用已有知识分析解决实际问题的能力。

环节三：知识迁移应用，解决实际问题，推进“深度学习”

师：课前老师表演了一个“神奇线圈”的小魔术，现在就来揭秘吧。大家请看，在电池下方放了三片钢质磁力片，铜线圈上端和下端分别接触电池的正负极，通电铜线圈在磁力片所分布的磁场中受到安培力矩的作用而转动起来。同样的，很多家用电器之所以能够为人类服务，都离不开电动机，而能够让电动机转动起来的神奇力量就是安培力。

教师演示实验2——演示转动的线圈如图7所示，并提出问题：电动机线圈转动的原理是什么呢？

生：自学课本“物理聊吧”的电动机转动原理，如图8所示，并阐述其工作原理。

师：请大家利用手上的ipad上网查阅安培力在国防科技中有哪些应用，并将查阅到的内容整理后，截屏发送到教师端。

生：利用ipad上网查阅相关资料并整理后截屏发送到教师端。

师：从大家推送的资料信息可以看出，安培力在国防科技中很重要的应用之一是电磁炮，我国在这方面的技术如何呢？请大家观看老师推送的视频。

生：观看视频《了不起我的国--电磁炮》

师：现在国际局势复杂，唯有科技才能强国，你们是祖国的未来，肩负着历史赋予的重任，希望大家努力学习，为祖国的富强做出贡献。

设计意图：先通过揭晓课前设置的悬念，使整节课的知识呈现首尾呼应，同时培养学生用物理观念解释自然现象的科学态度;再通过演示转动的线圈，创设实验情境，并结合教材中“物理聊吧”的资源，学生自主学习并分享，培养学生阅读、提炼信息的能力;再次通过了解安培力在国防科技中的应用，使STSE教育渗透于课堂教学，并让学生了解我国电磁炮技术位于世界领先水平，培养学生的民族自豪感。这一环节，通过多元的学习手段，实现知识的“学以致用”，在推进深度学习机制中促成科学态度与社会责任素养目标。

环节四：交互式的作业，将课堂教学延伸到课后，延续“深度学习”

（1）观看推送的乐乐课堂视频《电动机转动原理》巩固认知。

（2）利用教材和老师推送的乐乐课堂《磁电式电流计》，完成磁电式电流计的工作原理的自主学习。

（3）利用网络资源，了解物理学家安培的贡献。

（4）完成校本书面作业。

设计意图：利用信息技术整合手段，布置线上、线下交互式的课后学习任务，让深度学习从课内延续到课外，提高学生物理学习能力。

2.6  教学反思

基于指向“深度学习”物理课堂教学模式，本节课按四个环节逐步深入展开教学，每一个环节的展开都通过创设各种具体情境，激发学生深度学习的内动力，让学生在参与各种预设的活动情境过程中感知物理概念的生成、物理规律的得出，使学生的物理观念得到发展，物理思维和探究能力得到培养，继而在老师引导下学会用物理观念认识自然、解释生活现象培养学生的社会参与意识和社会责任感。可见，指向“深度学习”的物理课堂教学，能够使物理学科的育人价值得到最大化的实现。

3  结语

总之，核心素养导向下的“深度学习”的物理课堂教学，要求教师们要转变教学观念，核心素养目标的达成要建立在学生主动活动的基础上，实现学生从知识信息被动的获得者向问题解决主动的思想者转变，从而实现物理核心素养在物理课堂上的落地生根。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 刘月霞.指向“深度学习”的教学改进：让学习真实发生[J].中小学管理，2021（5）：13-17.