沈波

根據(jù)布盧姆對認(rèn)知領(lǐng)域?qū)W習(xí)目標(biāo)的分類，認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)對應(yīng)“知道、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、綜合及評價(jià)”這六個(gè)層次。淺層學(xué)習(xí)的認(rèn)知水平只停留在“知道、領(lǐng)會(huì)”這兩個(gè)層次，是知識(shí)的簡單描述、記憶或復(fù)制；而深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知水平則可對應(yīng)“應(yīng)用、分析、綜合、評價(jià)”這四個(gè)較高級的認(rèn)知層次，不只涉及記憶，更注重知識(shí)的理解和應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)是一種處于高級認(rèn)知水平、面向高級認(rèn)知技能的獲得、涉及高階思維的活動(dòng)。深度學(xué)習(xí)的投入應(yīng)該說是源于自身內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，是對有價(jià)值的學(xué)習(xí)內(nèi)容完整、準(zhǔn)確、豐富、深刻的一種追求。

一、深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)內(nèi)容有更全面、深入的理解

要進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，首先必須對學(xué)習(xí)內(nèi)容有全面而深入的理解。例如，在高中課本《互感和自感》一課中，互感現(xiàn)象是常見的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的第一個(gè)成功實(shí)驗(yàn)就是互感現(xiàn)象。自感的教學(xué)內(nèi)容是本節(jié)的難點(diǎn)，主要分為三個(gè)部分：自感現(xiàn)象、自感系數(shù)和磁場的能量。課本中的“做一做”，介紹了采用電流傳感器這一新技術(shù)的使用，使得物理現(xiàn)象更加直觀、準(zhǔn)確，而且是通過問題來引導(dǎo)思考，以求理解自感的基本規(guī)律和本質(zhì)。

我們曾經(jīng)在學(xué)習(xí)電場的知識(shí)時(shí)認(rèn)識(shí)了電容器的兩端電壓不能突變，在這節(jié)課又認(rèn)識(shí)到電感器中的電流不能突變。再如，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到通斷電自感現(xiàn)象是一個(gè)RL電路的暫態(tài)過程，課本展示的是傳統(tǒng)通斷電自感實(shí)驗(yàn)，那都是在60年前設(shè)計(jì)的，雖然設(shè)計(jì)簡單，容易操作，但由于條件有限，不能全面、準(zhǔn)確、形象地反映自感現(xiàn)象規(guī)律和本質(zhì)。

二、深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者帶著批判的眼光去接受新知識(shí)

深度學(xué)習(xí)是在理解基礎(chǔ)上的批判性學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者對任何事保持一種批判或懷疑的態(tài)度，批判性地看待新知識(shí)并深入思考，從而加深對深層知識(shí)和復(fù)雜概念的理解。

[案例1]傳統(tǒng)的通電自感

課本中的演示實(shí)驗(yàn)素材如圖1所示，在開關(guān)閉合的時(shí)候我們看到A2立即發(fā)光，A1緩慢地亮了起來，最終兩燈亮度相同。由于學(xué)生剛接觸自感現(xiàn)象，還沒有充分認(rèn)識(shí)到線圈和電阻的不同“阻礙”作用，但如果認(rèn)真閱讀教材22頁最后一段注解，通常再加上教師的解釋，學(xué)生也能知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的：線圈中產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢E相反，極性與電源電動(dòng)勢E相反，所以燈泡A1的支路電流才會(huì)逐漸增大，緩慢變亮。

深入研究發(fā)現(xiàn)，有學(xué)生可能會(huì)質(zhì)疑教師告知的兩個(gè)燈泡A1和A2規(guī)格相同條件不成立，這時(shí)最簡單的解決方法可以將A1和A2互換位置再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該也能得到類似的結(jié)論。

前面說過，這是一個(gè)RL電路的暫態(tài)過程，通電時(shí)，線圈電路中的電流按照 的規(guī)律增長，其中 稱作RL的時(shí)間常數(shù) ，它將影響電流增長的快慢，從這里可以看出，時(shí)間常數(shù) 的大小會(huì)影響電流的增長快慢，也就關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象明顯與否。那么我們在選擇實(shí)驗(yàn)器材的時(shí)候，就盡量考慮線圈的自感系數(shù)要大，同時(shí)線圈的電阻和燈泡的電阻之和要足夠小。如果要舍棄傳統(tǒng)的示教模板，也可以自己組裝電路，考慮選用變壓器教具中的最多匝線圈，并套在閉合鐵芯上，并選用電阻較小并且靈敏（即電流大小對亮度的影響明顯）的小燈泡。

還有一個(gè)問題也不容忽略，實(shí)際上圖1線圈支路中的電流延緩增長并不僅僅是自感電動(dòng)勢的作用，實(shí)驗(yàn)室選用的燈泡A1和A2的電阻變化也會(huì)影響電路中電流的變化。因此我們應(yīng)該盡量忽略燈絲電阻帶來的影響，選擇燈泡燈絲較細(xì)（熱容?。﹣碜鰧?shí)驗(yàn)，發(fā)光延遲現(xiàn)象會(huì)較弱，效果可能會(huì)更好一些。

三、深度學(xué)習(xí)注重培育學(xué)習(xí)者的開放性思維和創(chuàng)新思維

對于一個(gè)問題，如果我們用開放性的眼光去思考，是有利于學(xué)生的創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)的，長期進(jìn)行這樣的訓(xùn)練，學(xué)生在處理實(shí)際問題時(shí)就善于遷移和創(chuàng)新。

[案例2]傳統(tǒng)的斷電自感

在圖1中，閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定以后，突然斷開開關(guān)S，我們觀察到A1和A2都不會(huì)立即熄滅。通常教師會(huì)借助這一過程和學(xué)生一起分析：這是因?yàn)榫€圈在突然斷電的情況下，同樣地產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢，由楞次定律分析也能知道自感電動(dòng)勢會(huì)“阻礙”電流的減小，所以才會(huì)出現(xiàn)A1和A2都逐漸熄滅。

圖2的原理其實(shí)更簡單，有了前面圖1通電自感以及斷電自感的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，對于課本后面提到的幾個(gè)問題，教師們都會(huì)從理論上逐一進(jìn)行解釋：感應(yīng)電動(dòng)勢的作用是什么？斷電時(shí)誰相當(dāng)于電源？燈泡中的電流的大小和方向較之前又有哪些變化？

然而，深入研究發(fā)現(xiàn)，課本提示的問題可以設(shè)計(jì)成更開放性的設(shè)問，用來提升學(xué)生解惑的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

第一，對于斷電自感實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，學(xué)生通過通電自感的學(xué)習(xí)以及預(yù)習(xí)，對圖2的設(shè)計(jì)和操作是很容易接受的，反倒對圖1的斷電過程理解起來顯得繁瑣和復(fù)雜了。可能我們的老師出于減少情景呈現(xiàn)，講究一題多變，但筆者認(rèn)為不妨將其交給學(xué)生：通電時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，那么斷電時(shí)有沒有？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？分析過程從哪幾個(gè)方面可以和通電自感進(jìn)行對比？

第二，開關(guān)斷開時(shí)通過A的電流方向與原方向是否一致？請自行設(shè)計(jì)證明。

通常的設(shè)計(jì)會(huì)涉及到電流表的使用，二極管（單向?qū)щ姡┨娲襞?，或二極管串小燈泡。提出問題，讓學(xué)生自由想象，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，給學(xué)生機(jī)會(huì)。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，并不僅僅局限于書本或老師。

第三，開關(guān)斷開瞬間，線圈中的自感電流可能會(huì)大于先前線圈中的電流嗎？

這一問題的開放度也較大，單純從驗(yàn)證的角度看，可以借鑒先前的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在線圈中裝個(gè)靈敏電流計(jì)即可，但考慮可能不易觀察，或想究其本質(zhì)，還需細(xì)致分析。

單從理論分析，自感電動(dòng)勢的，只要自感系數(shù)足夠大，電流變化足夠快，自感電動(dòng)勢足夠大，自然可能會(huì)大于原先線圈中的電流。而事實(shí)上，線圈中的電流是按指數(shù)規(guī)律遞減的，的最大值等于。因此，自感電流不會(huì)大于先前電流。即使這在高中階段不需要掌握，也可從楞次定律突破解決，楞次定律指出感應(yīng)電流的作用是“阻礙”原先電流的變化，不是“阻止”，自然不會(huì)大于原先的電流值；再者，通電時(shí)線圈中磁場具有磁場能，斷電后存儲(chǔ)的磁場能轉(zhuǎn)化為電能，線圈內(nèi)的磁場能不會(huì)比先前強(qiáng)，線圈的電流也不會(huì)比斷電前大，這也生動(dòng)地顯示出自感線圈是一種存儲(chǔ)元件。

第四，斷電過程中，若燈泡的亮度真的大于先前的，如何從實(shí)際功率的角度去解釋呢？

實(shí)際上，對于斷電自感這一暫態(tài)過程，電路中的電流是按 衰減的，最終趨于0。而燈泡的閃光是在特定條件下發(fā)生的，并不具備普遍性。出現(xiàn)閃光的關(guān)鍵是用粗銅線繞制線圈，使其電阻遠(yuǎn)小于燈泡電阻，且RL電路中有足夠大的時(shí)間常數(shù) 。為了使得實(shí)驗(yàn)效果更加直觀、明顯，我們可以自行選擇實(shí)驗(yàn)器材，使原先穩(wěn)定狀態(tài)下線圈中的電流是燈泡中的電流的幾倍以上，那么經(jīng)過不太短的時(shí)間（一般最好在0.2s以上）， 值都大于原先燈泡中的電流，現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)如我們所預(yù)期的不僅可以看到發(fā)光強(qiáng)度的增大，同時(shí)也能看到暫態(tài)電流的衰減過程。endprint