基于深度学习的核心概念教学策略研究——以“电生磁”教学设计为例

李丹霞，周新雅

江西师范大学物理与通信电子学院，南昌 330022

在初中物理教学过程中，为避免“提高核心素养”沦为一句空话，就需要不断开展基于“核心素养”的教学实践。“只有将学生引向‘深度学习’的‘深度教学’，才是基于核心素养的教学”。“深度学习”是“一种以高阶思维为主要认知活动的持续性学习过程，具有高投入性和建构性的内涵特质”。就现行初中物理“电生磁”的教学而言，亟待解决的莫过于实施将学生引向“深度学习”的“深度教学”策略。在实施这一教学策略的过程中，适时将深度学习理论渗透于物理课堂教学之中就显得尤为重要。

1 基于深度学习的教学流程设计（图1）

图1 基于深度学习的“电生磁”教学流程图

2 基于深度学习的教学环节设计

2.1 创设真实情境，激发学习兴趣

教师提问：玻璃罩中有一枚小磁针，在不用磁铁的情况下如何让它运动？学生束手无策。教师掏出自制的“魔盒”进行演示。教师用“魔盒”（被纸包着的由电池、双向开关、螺线管组成的电路）靠近小磁针，使小磁针运动起来。让学生猜想：“魔盒”为什么可以让小磁针运动起来（图2）？

图2 神奇的“魔盒”实验

在学生观察现象，经历猜想、推测，并一次次认知冲突后，教师拆开魔盒，揭秘其内部结构：一个简单的闭合电路（由电源、双向开关、螺线管、导线、开关、电源形成回路）。

“玻璃罩”的加持可有效排除其他使磁针偏转的因素影响（如：教室的微风或因电流的热效应使空气流动），得出“是电流的磁效应引起的现象”的结论便水到渠成。通过熟悉的电路，让学生知道这是由于电流作用而造成的小磁针偏转，从而引入本节课的主题——“电生磁”。

评析：创设有趣实验情境，是深度学习课堂的起点策略。面对有趣的真实情境，深度学习表现为高投入性的学习状态，演示现象的出乎意料，更能激发学生的学习兴趣和求知欲，把注意力转向课堂。在“魔盒”演示实验中，将电路元件用纸包起来，给学生制造一个悬念，误导学生猜想里面有磁铁，为后面引起认知冲突埋下伏笔。

2.2 借助建构情境，建立物理模型

活动设计1：

重现奥斯特实验：用电池与导线形成回路，靠近小磁针，小磁针发生偏转。教师提问：（1）小磁针为什么偏转？（2）通电导线为什么不动？（3）如何使通电导线运动？通过以上问题，暗示其归结于磁场强弱问题，从而引出“如何增强磁场”这一关键问题，为建立螺线管模型搭好“脚手架”。

活动设计2：

虚构“围炉取暖”场景：一个人对着五个并排的火炉没有被五个火炉围着暖和，以此类比一条导线产生的磁场没有一个线圈产生的磁场强，一个线圈产生的磁场没有多个线圈产生的磁场强。从而自然而然地介绍螺线管的由来以及制作原理（图3），以达到建构螺线管模型的教学目标。

图3 螺线管的制作原理

评析：借助经典物理学史，设计合适的问题，是深度学习课堂的衔接策略。重现奥斯特实验，抓住小磁针偏转而导线不动的细节，从受力角度分析导线和磁针都受力的作用。设计“如何让导线运动”的子问题，从而将学生的思维过渡到“如何增强磁场”的关键问题上。紧接着，创设“围炉取暖”情境，利用类比思想，引导学生建立螺线管模型。对重要器材的探究过程，本质上也是一种深度学习。传统教学直接介绍实验器材，缺乏深度加工和意义生成的过程，学生的思维仅仅停留在浅层，有悖于核心素养目标的落实。

2.3 利用自制教具，引导自主探究

学生自主探究实验：教师自制两种不同绕向的螺线管（选择粗导线进行密绕，学生易于观察导线的绕向），将它们随机发放给各小组。实验目的是探究通电螺线管外部磁场与电流的关系。

教师提醒学生带着以下问题设计实验，并观察、记录实验现象：

（1）如何知道螺线管的N、S极？（引导学生类比永磁体N极的判断方法，用小磁针来辨别）

（2）小磁针要放在哪些位置上？（左、右、上、下各放一个）

教师让学生展示实验数据：部分小组在黑板上展示的螺线管附近小磁针的偏转方向如图4所示；另一部分小组在黑板上展示的螺线管附近小磁针的偏转方向如图5所示。引导学生再次观察实验，思考实验结果不同的原因所在。

图4 实验结果1

图5 实验结果2

学生讨论交流，对比周围小组，仔细观察，找出磁极不同的原因：导线绕向不同（教师暗中设计）或者电流方向不同（学生无意为之）。

引导学生总结所有情况，如图6所示。

图6 螺线管的电流方向和磁极方向

无论是导线绕向还是电流流向（电流左进右出或右进左出），都归于电流方向的问题。教师引导学生根据小磁针的N、S极指向，标出通电螺线管的N、S极。

评析：利用自制教具，引导自主探究，是深度学习课堂的促进策略。深度学习表现为学生积极主动地参与课堂教学，经历科学探究的过程，促进科学思维的发展，提高解决问题的能力，为未来可能遇到的新情境奠定解决问题的基础。

本环节通过学生的自主探究，发现实验结果的差异，教师引导并组织小组讨论，在交流讨论中揭示矛盾，发现问题并解决问题。课堂上的深度互动旨在帮助学生形成科学的认知方式，鼓励学生敢于质疑、敢于批判，促使探究进一步深化。摒弃过去为实验而实验的传统教学，巧妙的实验设计、出乎意料的实验现象将课堂推向高潮。

2.4 层层引导，发现规律

显然，通电螺线管外部磁场与电流方向有关。那么，具体有什么关系呢？教师提出问题：电流方向和磁极都确定后，有什么规律？电流方向改变后，磁场方向也会改变。它们之间有什么关系？用自己的语言归纳磁场方向与电流方向的关系。

评析：挖掘现象，发现规律，是深度学习课堂的深入策略。通过实验探究层层剥开现象背后隐藏着的规律，建构物理观念，培养学生对未知世界永无止境的探索精神[1]。在探究螺线管磁极和电流方向关系的过程中，让学生感受到发现规律的过程不是一蹴而就的。本环节重要的不是记住“安培定则”，而是归纳出“我的定则”。因此，重难点应是如何引导学生将磁场方向与电流方向结合起来，并能够用自己的语言归纳出两者的关系。最后引出“安培定则”，对比学生总结的“我的定则”，让学生从中获取学习的成就感和乐趣。

2.5 情境揭秘，迁移应用

揭秘“魔盒”，展示其内部电路图（图7），与学生一起分析新课引入时的实验现象。

图7 魔盒内部电路图

利用安培定则可快速判断通电螺线管的磁极，引导学生根据电路图分析“魔盒”的各种神奇现象。通过巧妙的设计，既可通过控制电流的有无来控制磁场的有无，也可通过调节电流的方向来控制磁场的方向。

评析：深化理解，迁移应用，是深度学习课堂的延续策略。深度学习是一种基于理解的学习，是指学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容[2]，对课堂呈现的新知识和思想进行批判性思考、并主动同化或顺应到已有的认知结构中，在不同情境中迁移应用所学知识，从而实现对知识的深度理解。“魔盒”揭秘环节，是对安培定则的迁移应用。本环节不仅仅起到首尾呼应的作用，更是对新知识的巩固与检验。在迁移应用过程中促进学生对新知识的理解，进一步培养学生分析、解决问题的能力。

3 总结

深度学习实质上是结构性与非结构性知识的意义建构过程，也是复杂的信息加工过程，须对已激活的先前知识和所获得的新知识进行有效和精细的深度加工[3]。如何促进学生深度学习，固然需要多种因素相互配合。但可以肯定的一点就是离不开教师在课堂内、外为学生创造深度学习的条件。

本节课通过为学生营造深度学习“电生磁”的条件，循序渐进地融入深度学习课堂的起点、衔接、促进、深入和延续策略，让学生通过深度学习掌握“电生磁”知识背后的思维、认知方式。

思维的发展实质上是学科核心素养的发展，学习过程不只是浅层学习或深度学习，而应是浅层学习与深度学习共生。因为学习是由浅入深的推进过程，学生没有基本的知识积淀就不可能产生知识的迁移；没有基本的思维技能就不可能有所谓的高阶思维[4]。因此，基于“电生磁”的教学就需要在浅层学习的基础上，实施指向深度学习的深度教学，有效培养学科核心素养。在指向深度学习的深度教学实践中，教师在注重创设物理情境、培养学生的问题解决能力外，既要注重转变教学方式，以理性思维激发学生的学习主动性，不断引导学生反思知识的得出过程，形成科学的思维方式，还要注重延展知识学习过程，巧妙设计知识间的接口，实现知识的自然整合。