深度学习视域下高中物理课堂教学探索①

陈小明

(安徽省铜陵市第一中学,安徽 铜陵 244000)

1 引言

《普通高中物理课程标准(2017年版)》指出:“高中物理课程是普通高中自然科学领域的一门基础课程,旨在落实立德树人根本任务,进一步提升学生的物理学科核心素养,为学生的终身发展奠定基础,促进人类科学事业的传承与社会的发展。”[1]我们需要有效地将课程标准的要求落实在日常的教学活动中,培养学生的认知能力和实践能力,培养学生的创新精神,让学生获得适应时代发展和社会需要的必备品格和关键能力。

核心素养培养目标的达成需要合适的教学方式,深度学习相对于浅层学习,是一种通过适当的情境铺垫、引发认知冲突、激发学习兴趣、促成知识重构的学习方式,它立足于学生主动积极、全身心投入的学习,通过对问题的深入思索,探究物理现象的本质,发展学生的高阶思维。

2 面向核心素养的深度学习课堂特征

结合高中物理课程的特点,深度学习的课堂教学应具备以下的特征。

2.1 创设有效情境,激发内驱力

课堂学习活动是在特定的空间和有限的时间内发生的对物理概念、规律的认知活动,如果教学中只是对知识进行浅层解读,这种平淡抽象的呈现方式很难抓住学生的兴趣点。适当的情境创设,能激发学生主动探索知识的热情,让他们迅速进入思维活跃的学习状态。情境的创设需要结合学生的生活经历,例如在圆周运动的教学中,经常会遇到自行车行驶中的传动问题,有些学生不会骑自行车,或因其他原因对自行车不够了解,如果仅利用图片去分析,学生没有具身的体验,难以还原真实运动过程,很难进行正确有效的分析。

教学片断1：自行车骑行时,分别用到了哪些传动方式,它们各有什么特点?

教师: 如图1所示,脚踏板、链轮、飞轮和后轮的传动有何关系?

图1

生:脚踏板转动一周,带动链轮也旋转一周,所以两者角速度大小相等。同理自行车后轮角速度与飞轮角速度大小相等。由链条传动特点可知:链轮边缘线速度和飞轮边缘线速度大小相等。

师:自行车前进速度等于后轮边缘相对于轮轴转动的线速度,在脚踏板转速不变时,如何调节变速齿轮,能使骑行速度最快?

教师先介绍链条传动和同轴传动的概念,分析具体的传动过程时,用手摇动脚踏板,让学生观看各种传动中的速度关系,将复杂过程直观化,大大降低了学生思维的难度。

2.2 设置认知冲突,引发深度思维

学生的认知冲突指的是在学习过程中,他们原有认知结构与新学知识之间出现矛盾时在心理上所产生的疑惑与冲突。学习是一种思维不断递进和深化的过程,高中生已经具备了一定的物理知识和生活经验,当用已有的认知能解决新问题时,心理上便处于一种舒适状态,使得惯性思维延续,而一旦发现用已有的知识、经验无法解决问题时,平衡便会被打破,迫使学生走出思维舒适区,产生解决这种冲突的动力,积极主动地思考和探索,建立与新问题相契合的认知结构,促进深度学习的发生。

在圆周运动的动力学分析中,如果研究对象是两个物体,当学生想以整体为研究对象时,就很容易出现认知冲突。为了将这类问题凸显出来,教师应恰当地营造产生冲突的氛围,让学生的思维活跃起来,以便发现以往知识储备中的不足。

教学片断2：如图2所示,质量均为m的小球A、B(可视为质点)分别固定在一长为2L的轻杆的中点和一端点,当轻杆绕另一端点O在光滑水平面上做角速度为ω的匀速圆周运动时,OA杆中的拉力多大?

图2

师:研究对象如何选择?

学生讨论后,有的提出:以A、B整体为研究对象,OA杆拉力提供整体圆周运动的向心力。

师:FAO=2mω2r,A、B到O点的距离不同,这个整体的r取多少呢?

学生可能会猜测:r取A、B的中点到O的距离1.5L,但这是为什么呢?如果两球质量不相同还能这么取吗?1.5L是将两球等效集中在质心位置,质心做圆周运动的半径为1.5L。如果两球质量不等,需要计算质心的位置,这已超出高中物理知识范畴,有兴趣的同学可以在课后研究。按照现有知识我们应该分别以两球为研究对象去求解。

在学习“直线运动”时,学生已经对整体法有了自己的感悟和理解,学习圆周运动时,原有的认知与新知识却会产生冲突,教师此时应给予有效的引导,调动学生参与探索的热情,去寻找冲突的来源,建立新的平衡。[2]具有深度学习特征的课堂,离不开学生深度思维的参与,只有这样他们才能逐步完善认知体系,完成对新知识的内化。

2.3 加强交流合作,活化探究活动

物理学是一门以实验为基础的自然学科,高中物理的学习不能仅停留在学生对理论知识的思考上,还要给学生创造交流互动的机会,在互动中让思维得到启迪。交流沟通能力是学生步入社会后所需的重要能力,教育的使命便是要培养学生的这些必备能力。所以在教学中教师要多创造交流合作的机会,引导学生进行有效的探讨和沟通,让学生在互动中察觉只靠思维、想象发现不了的问题,通过生生、师生之间的合作互动去解决问题。互动合作的学习不仅能培养学生的科学探究能力,也能锻炼学生的沟通、协调及组织能力。[3]

教学片断3：认识自由落体运动,探究自由落体运动规律。

教师:如何判断自由落体运动是不是匀加速直线运动?如果是,它的加速度是多大?

电磁打点计时器是高中物理常用仪器,实验操作对学生间的配合要求较高,也常会有些操作误区,这里如果只是作注意事项的简单介绍,便丧失了一次绝佳的互动交流机会。

教师选两位学生一起合作来完成实验(图3),在实验中,学生需要根据讲台的实际摆放情况安装打点计时器,让重锤有足够的下落空间,安装时对如何穿纸带、释放重锤能减小阻力也有了直观的体验,两位学生通过多次磨合,对接通电源和释放重锤等一系列的操作配合默契。通过对实验中所遇到问题的及时解决,以及现场突发情况的处理,让学生对实验原理有了更深刻的理解。

图3

深度学习不仅是思维的深度参与,更应该是学生全身心的投入。通过探究合作,学生的动手能力、沟通协作能力、临场应变能力等都能得到了锻炼。互动课堂不能只是表面上的热闹,而应该是学生在问题驱动下的主动学习,教学中教师可以根据学情适当多准备一些具有挑战性的问题,不要开始就全部给出,要根据活动的进展情况,提出有针对性的问题,让学生在活动中去质疑、存疑,鼓励他们大胆猜想、交流与尝试。

2.4 完善评价反思,巩固内化成果

每一位学生都有其独特的个性,众多秉性不同的学生构成了独特的群体,并且不同届学生又具有各自的特征,因此我们无法采用一成不变的教学模式。日新月异的教学环境需要我们既要有传承,又要有创新。教师要着力于日常教学的点滴,从课堂学习过程中学生面临问题时的反应和解决方法中,从课后学生的感悟反馈中,及时反思教学中需要改进的地方,积累多样的教学素材,形成特色资源库,充实、优化深度教学的设计方案。

就学生自身而言,他们思维活跃,知识理解得快,但遗忘也快。深度学习既是学生思维的深度参与,也是其学习能力的深度挖掘。通过指导训练,让学生养成每节课都总结学习心得的习惯,将遇到的问题进行归纳,不仅能掌握分析问题的方法,对形成的结论也能熟练应用,总结相应的处理方法,巩固学习成果,真正做到授人以渔。

教学片断4：在运用整体法解决力学问题时,有些问题可以不计内力的作用,而另一些问题则需要考虑内力。如图4所示,一块长木板B放在光滑的水平面上,在B上放一物体A,现以恒定的外力拉A,A将在B上滑动,在哪些情况下需要考虑A、B之间的摩擦力?

图4

师:分别以A、B为研究对象列方程，再将两式相加，就能得到A、B组成的系统的方程，同学们可顺着这个思路去总结，运用动力学规律时有何特点？

生:以A为研究对象,有:F-f=mAaA,以B为研究对象,有:f=mBaB,两式联立可得F=mAaA+mBaB。以A、B组成的系统为研究对象,内力是一对相互作用力,两个力等大反向,可以不考虑内力。

师:在研究动量和功能关系时,要不要考虑系统内力呢?

生:一对相互作用力的冲量大小相等,方向相反,作用效果可以抵消,所以不用考虑。一对相互作用力的功,如果两个物体沿力方向的位移不相等,则各力所做功之和不为零,就需要考虑内力所做的功。

反思巩固不能是机械地背结论,要建构适当的理论模型,学生通过模型去理解,才能触发深层记忆,形成良好的学习习惯。

2.5 构建知识框架,促进深度整合

高中物理概念众多,每一节都有很多看似孤立的知识点,需要学生去寻找它们之间的联系,对碎片化的知识进行归纳总结。深度学习的特征之一是让学习者进入深度思考的状态,且深入思考时需要思之有物,脑海中要有可调用的素材,这样在遇到疑难问题时,他们就可以在自身知识体系中进行调度,达成新旧知识交融整合的目标,为深度学习铺平道路。

知识的整合能力在核心素养的培养中非常重要,它是学生形成自主学习能力的重要方面,这种能力不是与生俱来的,需要教师给予适当指引。如何找准问题的切入点,在纷繁复杂的知识碎片中理出头绪,进行关联归类?可用网络图、思维导图等直观化方法,帮助学生掌握这种归类本领。

教学片断5：在学完必修第二册第六章圆周运动后,按照认知发展的顺序,可引导学生对整章知识进行总结升华(图5)。

知识框架的构建是达成深度学习的有效途径,学生在不断充实框架图的过程中,会全面地回忆每一个细节,培养了他们统筹整体与局部的能力。完整知识网络的呈现,会让学生感受到知识间的融会贯通,能更有兴趣和信心去进行知识间的深度优化整合。构建符合自身特点的结构化知识体系后,学生便有丰富的资源来进行思维活动,能更容易地进入深度学习。

3 结语

以核心素养为导向的深度学习课堂,不仅让学生的理论水平得到提高,更重要的是在学习活动的过程中,通过教师的有效引导,学生的思维水平、认知能力等都得到全面提升,为今后顺利适应社会打下坚实的基础。为此教师要紧跟时代节奏,以培养学生适应社会发展的必备品格和关键能力为根本,不断优化深度课堂教学,有效提高学生的核心素养。