任虎虎

(江蘇省太倉高級中學，江蘇 太倉 215411)

1 深度學習和思維品質(zhì)的內(nèi)涵

深度學習被視為落實學科核心素養(yǎng)的必然路徑,有學者指出,深度學習是一種基于理解的學習,積極主動地、批判性地學習新的知識和思想,并將它們?nèi)谌朐械恼J知結構中,且能將已有的知識遷移到新的情境中的一種學習．還有學者認為深度學習就是指在教師引領下,學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題,全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程．

思維品質(zhì)是人的思維能力的個性特征,思維品質(zhì)反映了每個個體智力或思維水平的差異,主要包括深刻性、靈活性、獨創(chuàng)性和批判性等方面.

發(fā)展高階思維能力,提升思維品質(zhì)是深度學習的核心任務和重要特征,深度學習就“深”在學生的思維層次和思維品質(zhì)上．促進學生深度學習需要所學的知識具有充分的廣度、深度和關聯(lián)度.這有助于提升思維的廣闊性、深刻性、邏輯性和靈活性,深度學習倡導批判性地吸收和利用知識,這有助于提升思維的批判性、獨立性和創(chuàng)造性．提升學生的思維品質(zhì)也是物理教學的核心價值導向．

2 促進深度學習提升思維品質(zhì)的有效策略

下面以人教版選修3-2“互感和自感”展示課為例,具體闡述如何在課堂教學中促進深度學習提升思維品質(zhì)．

2.1 創(chuàng)新實驗情境，銜接新舊知識，提升思維的邏輯性

實驗是物理學的基石,也是學物理的基石,創(chuàng)新實驗內(nèi)容或?qū)嶒炑菔镜姆绞揭环矫嬗兄谠鰪娋呱眢w驗,激發(fā)學生學習的興趣,另一方面有助于透過現(xiàn)象分析問題的本質(zhì),建立新舊知識間的邏輯關聯(lián),提升學生思維的邏輯型．互感和自感現(xiàn)象是電磁感應在通電線圈中的兩個應用特例,前面學習的楞次定律和法拉第電磁感應定律是理解互感和自感現(xiàn)象的基礎.

教學案例1.在本節(jié)課的引入環(huán)節(jié)筆者設計了一個“小魔術”——隔空取電,幫助學生建立新舊知識間的邏輯關聯(lián)．具體做法如下.

用一個家庭通用大小的LED燈泡(為了安全,可以在淘寶上買額定電壓為12V的LED燈)和底座,將繞成半徑約為10cm的25匝線圈接在燈泡的底座上．向?qū)W生展示燈泡和線圈,著重說明燈泡現(xiàn)在沒有接電源,然后將該裝置從上方靠近正在工作的電磁爐(電磁爐上面不放金屬時不持續(xù)工作),如圖1所示,線圈和燈泡在電磁爐上方?jīng)]有和任何物體接觸時竟然神奇地發(fā)光了．

圖1 隔空取電裝置

設置問題:(1) 燈泡發(fā)光說明了什么?(2) 燈泡中的電流(或兩端的電壓)是如何產(chǎn)生的?

圖2 模型建構

為了幫助學生解釋現(xiàn)象,可以展示電磁爐內(nèi)部的核心部件——線圈盤,建構物理模型,如圖2所示．在線圈1中通入交變電流,在線圈2中兩端產(chǎn)生電壓,學生在思考討論后能用所學知識進行合理解釋,然后讓學生用自己的理解表述什么是互感現(xiàn)象．在這個過程中也學習到一種重要的物理思想方法:模型建構．從生活情景或具體物理現(xiàn)象到抽象或研究的物理問題,中間需要經(jīng)歷模型建構的過程．

2.2 回歸生活背景，放寬研究視野，提升思維的廣闊性

促進深度學習需要回歸學生的生活世界和生活背景,與時俱進,從學生豐富的生活經(jīng)驗出發(fā)設計學習路徑,放寬課堂教學研究的視野,充分展示知識的廣度,提升思維的廣闊性．

圖3 無線充電

教學案例2.在互感現(xiàn)象學習后,讓學生列舉互感現(xiàn)象在生活中的應用．學生列舉出手機無線充電的例子,筆者展示了手機無線充電器的貼片,如圖3所示,同時筆者向?qū)W生介紹了變壓器和互感器．

接下來教師提出問題:互感現(xiàn)象中兩個非接觸的線圈中到底傳遞了什么?學生基本都能想到傳遞了能量,但說不出其他答案．接下來筆者演示了如圖4所示實驗,將手機通過耳機和一個線圈相連,音箱和另外一個線圈連接,在手機播放一段美妙的音樂,插上耳機后,將和手機相連的線圈放入與音箱相連的線圈中,音樂竟然從音箱中神奇地播放了出來,接下來引導學生建構如圖5所示的物理模型,讓學生體會到互感現(xiàn)象中不僅能傳遞能量,還能傳遞信息,從而幫助學生了解互感現(xiàn)象在生活中的廣泛應用．

圖4 互感傳遞信息

圖5 模型建構

2.3 適度關聯(lián)拓展，從定性到定量，提升思維的深刻性

不同知識點間總有千絲萬縷的聯(lián)系,兩個不同知識點間的過渡可以通過關聯(lián)拓展實現(xiàn),同一知識的縱深學習,也可以通過適度拓展實現(xiàn)．自感的教學中,通過“千人震”體驗,讓學生討論斷電自感的原因,進行定性分析,再借助DIS傳感器定量研究,然后拓展遷移過渡到通電自感上．

圖6 千人震實驗

教學案例3.“千人震”實驗為了充分增強體驗性,電源用兩節(jié)干電池讓全班學生手拉手一起參與,如圖6所示．然后設計討論問題:開關斷開時,3V的電壓為什么會產(chǎn)生如此大的威力?為了設計臺階幫助學生理解，可以增加兩個提示問題．

提示1:開關斷開,電流如何變化?線圈的磁通量如何變化?

提示2:開關斷開時會產(chǎn)生怎樣的感應磁場和感應電流?

圖7

為了進一步方便研究,可以用燈泡替換人,設計如圖7所示的實驗裝置,讓學生思考開關斷開時的實驗現(xiàn)象．實驗現(xiàn)象:開關斷開時,燈泡閃亮了一下逐漸熄滅．讓學生進一步思考:(1) L1“閃亮”說明了什么?(2) 燈泡中流過的自感電流與開關斷開前電流方向相同還是相反?(3) 開關斷開瞬間感應電流大小和線圈中原來的電流大小什么關系?

由于斷開開關時電流變化比較快,用電流表不好測量,所以在兩個支路中分別串接一個電流傳感器進行測量,定量驗證上面的定性分析．所得到的I-t圖像如圖8所示，然后引導學生對圖像進行分析,斷開瞬間流過燈泡的電流大小與原來流過線圈中的電流大小相等,然后逐漸減小,從而得出結論:在有回路時,線圈中的電流是連續(xù)變化的．

圖8 I-t圖像

提出拓展問題:在上述電路中與線圈串聯(lián)一相同燈泡L2,斷開開關時L1燈泡還會“閃亮”嗎?引導學生分析,同時優(yōu)化電路,得到如圖9所示電路,這就自然過渡到通電自感,然后借助通電自感實驗進行演示,驗證對拓展問題的分析．

圖9 拓展電路

2.4 借助問題驅(qū)動，促進自主建構，提升思維的獨立性

有效的思維進階和思維品質(zhì)的提升離不開有效問題的引導和驅(qū)動,設置適合學生的問題和問題串,與學生互動對話,有助于學生獨立思考,自主建構知識,提升思維的獨立性．

圖10

教學案例4.在圖9所示電路中,提出獨立思考問題1:開關閉合時將看到什么現(xiàn)象?請說明現(xiàn)象并解釋原因．筆者通過實驗演示,在驗證學生的分析后,提出獨立思考問題2:開關閉合時,試在所給的圖中(如圖10所示)作出兩電流傳感器的I-t圖像(由于兩燈泡是純電阻,這里也可以用電壓傳感器測量兩燈泡的電壓,作U-t圖像)．

2.5 傾聽學生心聲，捕捉生成資源，提升思維的靈活性

促進深度學習需要對話觸及學生心靈深處,這就要求教師必須傾聽學生的心聲,傾聽學生對所學知識的個性化理解,從而及時調(diào)整教學策略．不同學生的心聲也是重要的生成性教學資源,充分利用可以提升學生思維的靈活性．

教學案例5.用兩電流傳感器得出通電自感現(xiàn)象中電流變化圖像,如圖11所示,與線圈相連的燈泡電流緩慢增加與學生的分析一致．

圖11 通電自感I-t圖像

在教學過程中筆者發(fā)現(xiàn)一小組學生對所測出來的圖像低聲交流,于是就讓交流的學生大聲說出他們遇到的問題,表述為:與滑動變阻器相連的燈泡電流增加為什么也需要一段時間?不是立刻增加呢?

這個問題筆者上課前也沒想到,但還是放慢教學節(jié)奏,讓學生對這個有趣的問題展開討論,借助集體的智慧,大家終于找到其中的緣由:滑動變阻器是由導線繞制而成的,也是線圈,電流增加時也會產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流增加．

2.6 通過自我反思，理解知識本質(zhì)，提升思維的批判性

在學習過程中適時引導學生對學習的知識內(nèi)容、學習過程和方式進行反思,有助于發(fā)展學生的元認知能力和提升思維的批判性．這里的自我反思不等同于課堂上淺表的“課堂小結”和知識羅列,而是要理解知識的本質(zhì)．

教學案例6.在斷電自感和通電自感學習后,引導學生對自感現(xiàn)象的本質(zhì)和學習過程進行批判性的反思,以達到深度學習的目的．反思過程如下.

線圈自身電流發(fā)生變化→自身磁場變化→自身產(chǎn)生感應磁場→阻礙自身磁場變化→產(chǎn)生自感電動勢→阻礙自身電流變化．

自感現(xiàn)象的本質(zhì)還是體現(xiàn)在“阻礙”二字上,但“阻礙”不是“阻止”,只是延長了變化所需要的時間．

2.7 解決實際問題，應用知識方法，提升思維的創(chuàng)造性

能否靈活應用所學物理知識和思想方法解決實際復雜問題是判斷深度學習發(fā)生的重要標志,面對實際問題,進行綜合分析和提出解決方案的過程,本身就是一個創(chuàng)造性過程．所以,在教學中設置待解決的實際問題,有助于提升思維的創(chuàng)造性．

教學案例7.借助課本問題:小明去斷開正在工作的大功率電動機的開關時,被突然產(chǎn)生的電火花擊中了,想一想,為什么?學生能很快給出解釋:大功率電動機中的線圈自感系數(shù)比較大,斷電時會產(chǎn)生很高的自感電動勢．

然后激勵學生提出在保證電動機有效工作的前提下防止小明被電火花擊中的方案．

方案1:帶上橡膠手套．

方案2:借助靜電屏蔽原理,覺得小明應該穿上防護服．

方案3:在開關的兩個閘刀間放一塊陶瓷板．

……

雖然這些方案與筆者預期的“開關油浸法”、“雙線繞制線圈”等方案有差距,但這些才是學生獨創(chuàng)性思考的結果,并能將靜電場的原理和方法遷移到這里解決問題,非常有價值．

3 結束語

提升學生的思維品質(zhì)是物理教學的不懈追求,課堂教學中促進學生深度學習、發(fā)展深度學習能力是提升思維品質(zhì)的必然路徑,在這方面筆者還需要不斷探索、不斷實踐、不斷努力．