应用微专题在迁移中引发深度学习——以“速度的测量”教学为例

吴洪文

(广东省台山市第一中学，广东 台山 529200)

1 引言

知识迁移与问题解决、创造思维等高级心理活动相关，是发明和艺术创造等所必需的关键能力。能够把在一个情境中习得的知识和能力迁移到新情境中，是深度学习的重要表现。微专题对零散的知识进行分析归类，并通过迁移建立联系，使知识系统化、网络化。以微专题的形式，创设有效的学习情境，通过生活实例，引导学生迁移应用物理思想方法，是引发深度学习的有效途径。笔者在微专题“速度的测量”的教学中进行了探索，收到了良好的教学效果，图1是教学设计流程。

图1

2 引发深度学习的迁移路径

桑代克的“共同因素说”指出：“假若几种知识或者定义有相同的要素，就很大可能发生升华。”所以在传授知识的时候，教师需要选择能引发深度学习的内容，寻找有相同要素的知识与技能，利用知识的相同要素，营造适合迁移或升华的外部环境，设计科学的迁移路径，进行微专题教学，带领学生运用已有的知识来理解和掌握新知。

2.1 将生活经验迁移

所有的新学习都涉及迁移，先前的知识可能帮助或者阻碍对新知识的理解，特别是生活经验，对学生的物理学习影响很大。陶行知先生认为：“通过相似的经验进行迁移，对新的问题自己可以找到解决方法，并且可以利用以往的经验解决其他问题。”学生对生活经验体会较深，从生活经验向新学知识的迁移，对理解新知识有很大的帮助。

教学片段1：学生对利用动作分解图掌握各种动作要领比较熟悉，譬如传说中的武功秘籍(图2)，秘籍中的每一张图可以看作是运动中某一瞬间的定格。图3将起跑各个关键瞬间的信息记录下来，动作分解图能使我们掌握关键动作要领。

图2

图3

如果将连拍到的上篮动作图片合成在一张图片中，就与“频闪照相”相似(图4)，这样的图片可以用来研究物体的运动。图5是利用手机连拍功能拍摄一个接线头下落的过程，通过图片提供的信息能探究物体下落的运动规律。已知连拍的时间间隔，还能测量物体下落到某一位置的速度。

图4

图5

动作分解图将关键时刻运动情况予以显示，但时间间隔不确定，属于日常经验。在研究物体的运动时，采用每隔相等的时间间隔将物体瞬间位置定格记录，是与动作分解图相类似的物理研究方法，是一种日常生活向学术研究的迁移。从百米赛跑中用秒表测平均速度到光电门测瞬时速度也属于这类迁移，这类迁移将原有生活经验与学科知识相关联，连结学习探索情境与生活实践情境，能加深学生对物理研究方法的理解，引导学生进行深度思考，实现深度学习。

2.2 将仪器功能迁移

智能手机带有多种传感器，配合手机APP能测量多个物理量。手机的拍摄功能也很强大，能随时随地研究各种物理问题。在“速度的测量”微专题中利用手机开展了多个实验活动：(1)利用手机秒表测量时间；(2)利用手机“连拍功能”研究运动；(3)利用“模糊”相片测速；(4)利用手机卫星定位功能测速。部分型号手机还有气压传感器，可利用气压的变化测量电梯上升或下降的速度。将手机的各种功能迁移应用于物理问题的研究，为学生提供了丰富的实验研究手段，拉近了物理与生活的距离。手机还有“慢动作”拍摄功能，能使我们更细致地研究物体的运动。手机的加速度传感器可以测量加速度，为后续加速度的学习埋下伏笔，提供更多迁移应用的机会。

2.3 将思想方法迁移

物理思想方法是物理学科核心素养的重要组成部分，使学生掌握物理思想方法是物理教学的重要目标之一。物理思想方法往往隐藏在知识的背后，很难作为“知识”来教，创设情境让学生经历解决问题的过程，能在经历中“悟”得物理思想方法，这是习得高阶思维的重要途径。在“速度的测量”微专题中，将“留迹法”进行拓展迁移，滴水法、打点计时器、频闪照相、连拍相片、模糊相片都是应用“每隔相等的时间间隔记录运动物体的位置”的实验测量方法，在不断迁移运用的过程中，引导学生深入思考，逐渐“悟”得这一方法。

3 促进学习迁移的教学设计

教学的主体是学生，教师的主导作用主要体现在教学设计上。物理学是一门逻辑严密的学科，教学设计必须紧扣物理学科的核心内容，依据核心素养的培养目标进行设计。教学环节设计合理，引导问题设置科学，教学目标就能顺利达成。微专题教学设计能否促进学习过程的知识迁移，以下五个方面是关键。

3.1 选择关联广泛的教学主题

微专题教学是围绕某个核心概念或关键主题展开的，教学主题的确定是微专题教学的重要环节。能促进知识迁移的教学主题需具有承上启下的功能，能与多个知识点相关联。速度是描述物体运动的重要物理量，是描述初中匀速运动规律和高中匀变速运动规律的核心物理量，研究速度的变化情况是描述运动的核心问题。物理学是以实验为基础的学科，速度的测量自然是研究运动的关键环节，而速度测量方法有多种，涉及不同的测量原理，容易促进学生将物理思想方法进行迁移(图6)，选择“速度的测量”作为微专题教学主题有利于学生经历迁移过程，实现深度学习。

图6

由于此教学主题涉及的内容比较多，在一个课时内难以完成教学任务，课时安排应根据学生情况，教学要因材施教，适当增删教学环节，使教学效益最大化。

3.2 创设真实有效的教学情境

核心素养的形成离不开情境，核心素养的考查也离不开情境。物理是实践性很强的自然学科，真实的问题是开展物理学习活动的有效载体。让学生在各种复杂开放的现实情境中解决问题，不仅是学生核心素养形成和培养的途径和方式，也是评价学生核心素养发展水平的重要依托。学生在学校所获得的很多学科知识或技能，之所以难以迁移到现实生活中去，关键就在于学校学习活动所依存的情境被过于人为地简化和抽象化，脱离了和现实生活的联系。但过于复杂的真实情境又使学生无从入手，也达不到有效训练的目的，因此，教学中需要创设适合学生的真实有效的教学情境，提升学生迁移能力。通过真实情境检测学生的迁移能力，及时调整教学，实现教学相长。

在选择问题情境时，需要选择能体现“立德树人”的情境素材。速度测量主题通过苏炳添的百米赛跑(图7)，引导学生关注体育、参与运动，鼓励学生努力拼搏、为国争光。恰当的问题情境能使物理教学做到“五育并举”，落实立德树人根本任务。

图7

3.3 设置逻辑严密的教学环节

要实现学习的迁移，教学环节的设置必须逻辑合理、思路清晰。“速度的测量”微专题的主线是“如何精确地描述运动”，围绕这一主线设置教学环节。

环节1：平均速度只能粗略地描述百米赛跑的快慢，要更详细描述百米赛跑的整个运动过程，需要每隔相等的时间间隔将运动员位置记录下来，通过点迹可以研究运动员的运动情况，测出在某个位置的速度，运动员只须每隔一段相等的时间扔一个粉笔头就可以实现。

环节2：滴水计时器能将物体每隔相等时间间隔的位置记录下来，利用点迹可以研究物体运动情况和测定速度。

环节3：老师拿着粉笔边走边在黑板上打点，利用打下的点迹可以研究老师运动情况和测量老师行走的速度。

环节4：老师不走动，拿着粉笔在黑板上每隔一段相等的时间间隔打下一个点，学生拖动黑板，根据运动的相对性原理，利用打下的点迹可以研究黑板的运动情况和测量黑板运动的速度。

环节5：将打点计时器固定，物体拖着纸带运动，打点计时器对应于老师的“打点”，纸带对应黑板，打点计时器每隔相等的时间间隔将物体的位置记录下来，利用记录的点迹可以研究物体的运动情况和测量物体运动的速度。

环节6：频闪照相能每隔相等时间间隔将物体的位置记录下来，且在记录的过程中不影响物体的运动，是更理想的研究运动的设备。

环节7：用手机的连拍功能拍摄运动的物体，利用软件合成后，能实现频闪照相的效果，可以方便地研究物体的运动情况，测量物体的速度。

环节8：上面几种实验方法都是每隔相等的时间间隔内将物体位置记录下来，都属于留迹法。

设计的教学环节以速度的测量为主线，从简单到复杂，从已知到未知，从熟悉到陌生，在生活情境与学习探索情境间迁移，使学生在学习中提升迁移应用能力。

3.4 设计指向清晰的引导问题

问题的设计是教学设计的关键，设计导向清晰、指向明确的问题对教学目标的达成起着重要的作用，能引导学生沿正确的迁移方向分析和思考问题，达成将知识技能迁移应用的目标。

教学片段2：从“秒表测速”“光电门测速”迁移到“留迹法”，设置问题：如何才能将整个运动过程描述得更精确？学生回答：需要将物体在不同时刻的位置记录下来。

教学片段3：在从“滴水计时器”迁移到“打点计时器”的环节，设置问题：将滴水计时器安装在物体上研究运动，操作繁琐且影响原来的运动，“滴水计时器”也满足不了物理学定量研究的精度要求，如何使用计时间隔更精确的仪器，使运动物体“留迹”？学生回答：用打点计时器，根据运动的相对性原理可以实现。

教学片段4：从专业实验室才能实现的“频闪照相”迁移到手机的“连拍功能”(图8)，设置问题：如何利用这些图片研究运动，测量速度？还需要测量哪些物理量？如何测量？引导学生将“连拍图片”类比于“频闪照相”进行分析研究。

图8

教学片段5：在引导学生观察连拍图片中出现的模糊影像的教学过程中，设置问题：为什么影像会模糊？引导思考：模糊是物体在曝光时间内运动了一段距离所留下的痕迹。

在教学中需要精心设计一系列问题和活动，引导学生将习得的知识技能迁移运用于新知的学习中，这样才能培养学生的解决实际问题的能力，实现深度学习，提高他们的核心素养。

3.5 布置促进迁移的项目任务

要实现知识迁移，除了教师的引导，还需要学生经历自主的迁移实践。布置需要将知识技能迁移应用的项目任务非常必要，这一环节也是微专题教学设计的重要内容。

项目任务1：展示苏炳添百米赛跑成绩后，提出两个项目任务：(1)如何测量瞬时速度(如冲线速度)？(2)如何知道整个运动过程中速度的变化情况？

项目任务2：在学习了用“滴水法”研究运动后，完成漏油小四轮车的运动情况分析任务。

一辆农用“小四轮”漏油，每隔一段相等的时间漏一滴油，车在平直公路上行驶，请你根据路面上油滴的分布情况(图9)，分析“小四轮”的运动情况，并说出判断依据。

图9

项目任务3：当一个物体运动较快时，在曝光时间内会产生一定的位移，照片上会出现“模糊”的影像。在了解了“模糊”照片的产生原理后，要求学生完成两个项目任务：(1)根据图片和相关信息(图10)估测小物块的瞬时速度；(2)校运会组委会想知道百米赛跑冠军冲线时的速度，请你提供测量方案。

图10

项目任务4：在完成本专题的教学后，布置课后拓展任务：(1)完成一个测量速度的实验任务。(2)了解位移传感器测量速度的工作原理。(3)利用手机(相机)连拍功能研究物体的运动。(4)利用手机慢动作拍摄功能研究物体的运动。

布置的项目任务一般要求学生以小组合作的方式完成，既能集思广益，又可以培养学生的交流与合作的能力。项目任务能为学生提供实践探究的机会，在迁移应用的过程中将物理知识及思想方法内化为解决问题的能力，提高学生的物理学科核心素养。

4 结语

微专题教学不同于高考的专题复习，统整的内容不多，适合在新课教学中实施，使习得的知识结构化、系统化。围绕微专题的中心任务，让学生经历运用掌握的知识技能来解决真实问题的迁移应用过程，达成引发深度学习、培养物理学科核心素养的目标。