深度学习指导下的高中物理教学设计——以“牛顿运动定律的应用”为例

石瀚松

(首都师范大学 100089)

对于物理学科来讲，当我们把目光聚焦到一线教学的时候，发现教育教学活动的组织开展，囿于应试教育“唯分数论”的影响，仍存在一些桎梏：一方面学生对待自身的学习相对功利化，学习过程机械化，缺少积极体验；另一方面，教师教学设计有时存在迷信课本，教学内容重在让知识服务于解题做题的情况，而忽略对学生物理观念、思维训练、迁移应用能力等学习品质的提升，使学生学习层次处于较低的水平，不利于核心素养的培养.

1 深度学习与高中物理

“深度学习(Learning in Depth)”这一概念最早是由马顿(Marton)和赛尔乔(Sajlo)在布鲁姆认知目标分类理论的基础上提出的，深度学习强调学习的过程应该把握知识的联想与结构、关注学生的活动与体验、注重学习内容的本质与变式、提升迁移与应用能力、引导价值与评价,是一种围绕具有挑战性的学习主题开展，引导学生高意志情绪投入，促进学生高阶思维、批判性思维发展的学习方式.

2 教学分析

2.1 现行教材不足

以现行人教版高中物理必修1为例，笔者基于深度学习理论分析教材内容，发现教材存在两处不足.第一，教材以两道例题的讲解为主要内容，教学进程单一，使学生思维活跃度处于较低的水平.第二，深度学习强调学习关注的焦点应该是“解决问题所需的核心论点和概念”，然而，整体法与隔离法作为分析物体受力情况的核心方法，教材中却没有重点强调，影响学生掌握解决问题的核心科学方法.

2.2 教学目标制定

基于以上分析，结合普通高中物理课程标准，制定本节课如下的教学目标.

知识与技能上，帮助学生进一步掌握牛顿第二定律公式F合=ma，学会结合受力分析和公式求解物理问题；过程与方法上，学生体会从整体到局部的分析路径，掌握整体法和隔离法的使用方法以及使用原则；情感态度上，培养学生严谨的思维习惯，能辩证、批判地看待知识与方法，通过使用科学的方法来高效地解决物理问题，从而提升对物理学习的兴趣.

3 基于深度学习的教学设计案例

下面以高中物理“牛顿运动定律的应用”为例，笔者将基于深度学习理论呈现该节内容的教学设计，基本教学流程图如图1，希望为一线物理教师提供教学实践参考.

图1

3.1 创设情境，受力分析

趣味游戏：教师准备好两块木板、细绳和若干相同的红色砖头放置地面，邀请班里两位同学上台根据老师的指示完成游戏挑战.同学好奇挑战内容，纷纷积极举手参与，老师随机挑选两位同学上台.如图2所示，老师要求甲同学左右手分别用手掌托起两块木板，乙同学将一块砖头递给甲同学，甲同学迅速使木板相对，用木板夹起乙同学递送的砖头.要求甲同学只能水平发力.为了避免砖头掉落误伤自己，甲同学需要蹲下操作.

图2

师甲同学，告诉下同学们感受如何，夹起一块砖头费力吗？

学生甲不费力老师，我还能再加10块！(同学们嬉笑)

师好，乙同学，给甲同学慢慢“上菜”！

随着砖头数量的增多，砖头最终开始滑落，甲同学挑战失败.此时教师再次邀请甲同学用同样的办法夹起一块砖头.

师哪位同学可以告诉我，砖头为什么不掉落？砖头的受力情况是怎样的呢？

同学们因为砖头与木板之间的摩擦力与重力平衡，所以砖头能不掉落！

设计意图：深度学习强调学习者学习意志情绪的投入，强调知识的整合和关联，因此教师可以通过趣味挑战游戏调动同学们情绪，激发学习兴趣，提升学习体验；通过情景互动让同学们直接参与到实际的物理问题，同时可以引导学生结合之前学过的静摩擦、受力分析来分析物理现象，做到巩固旧知.

3.2 案例变形，问题再现

教师将砖头一分为二，再次邀请甲乙两位同学进行配合，甲同学使用同样的方式夹起断裂为两块的砖头，如图3所示.

图3

师请甲同学告诉大家，现在你感受有什么不一样吗？

学生甲没有老师，还是和刚才的感觉一样.

师那请问同学们，将砖头一分为二之后，受力情况还和完整的时候是一样的吗？两块砖接触的地方是否存在摩擦力呢？

同学们议论纷纷，有的认为是一模一样的，因为甲同学说感觉一样；有的说不一样，觉得断裂部分需要重新分析受力.

师在回答同学们的疑惑之前，我们再来看一种情况，还是请甲乙同学参与配合.

图4

教师另外拿起一块一样的砖头，将砖头均匀地分成三份，如图4所示，让乙同学协助甲同学用同样的方式夹起三块小砖头，保持砖头静止.同学们纷纷把目光投向台上操作的两位同学.

师请甲同学告诉大家，夹着三块小砖头和一块完整的砖头，感觉有什么不一样吗？

学生甲老师，感觉还是一样的.

师那问题来了，同学们，将砖头一分为三之后，受力情况还和一分为二、完整的时候是一样的吗？三块砖接触的地方是否存在摩擦力呢？

学生丙老师，砖头一分为三的时候，中间的砖头一定和旁边的砖头之间有摩擦，不然甲同学就夹不住它，肯定会掉落！一分为二的时候，不好说.

师丙同学思考的角度非常正确，一分为三的时候，砖头之间存在摩擦力，但是老师这里先告诉大家答案，砖头一分为二的时候，砖头之间却不存在摩擦力，同学们知道为什么吗？

学生议论纷纷，分别表示疑惑.

设计意图：深度学习需要学习者带着批判性思维进行学习.同样规格的砖头，采用同样的方式夹起，在完整、一分为二、一分为三的不同情况下，并不能因为同学甲的感觉不变，就判断砖头各部分受力情况相同，需要借助科学方法严谨分析.教师通过情景对比，先给出答案，让学生产生认知冲突，再顺势导入隔离法和整体法的教学.

3.3 方法导入，整体与隔离

根据以上三次游戏场景，教师在黑板上依次画出受力示意图，针对砖头一分为二和一分为三的情况，教师演示先从整体法分析砖块受力情况，再用隔离法分析各小部分受力情况的过程，从而引入整体法与隔离法的教学.

3.4 情景变换，公式运用

引导学生通过整体法和隔离法分析连接体在加速状态下的受力情况.如图5所示.

师假设老师所用的拉力是F，砖头与地面的动摩擦因素为μ，大砖头重力为G，小砖头重力为G/2，那么请问同学们，中间的小砖头在水平方向受力情况是怎样的呢？有没有同学可以说一下思路，其他同学可以补充.

图5

学生丁老师我有思路！既然三块砖头一起匀加速，那么我们可以把它们看成一个整体，分析水平方向上绳子的拉力和地面的摩擦力，就可以求出整体的加速度a.

师思路非常正确！

学生甲老师我接着补充！知道了整体加速度a，就可以采用隔离法，结合公式F合=ma求出上面砖头在水平方向受到的摩擦力f1和中间砖头在水平方向合外力F合2！而中间砖头在水平方向上只可能受到上面和下面砖头的摩擦力，分析f1和F合2的大小和方向，便可知下面砖头对中间砖头的摩擦力的方向和大小了！

3.5 整体法与隔离法运用原则阐释

教师应当向学生阐明，整体法和隔离法并非两种对立的方法，各有自身优缺点和应用场景(见表1)，在实际运用中，往往是需要同学们把二者相互结合才能高效地解决运动问题.

表1

基于深度学习理论制定的教学设计，意在帮助学生成为学习的主导者，帮助教师转变为学生思维的牵引者，让学生学习最终转化为有意义学习.要正确将深度学习理论用于指导教学实践，教师至少需要做到三点：一是正确理解深度学习的理念，了解其基本特征；二是科学地组织教学环节，促进深度学习的发生；三是针对具体的教学内容，结合理论合理安排各知识点要素呈现的逻辑.总之，只有教师做到心中有数，教学有方，才能高效地实现教学目标，长远来看，才能更利于培养学生核心素养.