章 強 龐惠華

(1.江蘇省南菁高級中學(xué)，江蘇 無錫 214437；2.江蘇省江陰高級中學(xué)，江蘇 無錫 214400)

1 深度學(xué)習(xí)與物理課堂教學(xué)

當(dāng)前物理教學(xué)中存在以下問題：教師注重知識的傳授和習(xí)題的反復(fù)訓(xùn)練，忽視學(xué)生習(xí)得新知識和形成知識體系的過程；注重學(xué)生對知識掌握的熟練程度，忽視培養(yǎng)學(xué)生的興趣和自主探究能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也必然習(xí)慣性養(yǎng)成“被動接受”的學(xué)習(xí)方式，在面對新情境、新問題時往往束手無策。

深度學(xué)習(xí)圍繞學(xué)科核心內(nèi)容整合教材相關(guān)章節(jié)，開展基于項目、問題、探究、挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生獲得更多主動學(xué)習(xí)的經(jīng)歷。美國著名教育家布魯姆將在認知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)目標(biāo)分為“知道、領(lǐng)會、應(yīng)用、分析、綜合及評價”六個層次，深度學(xué)習(xí)對應(yīng)于后四個較高級的認知層次，強調(diào)對“學(xué)習(xí)本質(zhì)”的回歸，不僅注重知識的習(xí)得，還注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的體驗，側(cè)重于高階思維能力的發(fā)展和復(fù)雜問題解決能力的提升。

基于深度學(xué)習(xí)理念的課堂教學(xué)應(yīng)該具備如下特征：(1)用教材而不依賴教材，能對教材內(nèi)容進行重組和補充，提煉出深度學(xué)習(xí)的框架；(2)重知識更重過程，尊重學(xué)生的認知規(guī)律，讓學(xué)生有足夠的時間真正去探究；(3)在關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果的同時，更注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其思維能力，讓學(xué)生在遇到新問題時，具有探究的興趣和能力。

2 教材的深度分析與改進

2019年11月筆者受邀參加了江蘇省華羅庚中學(xué)的“聚焦核心素養(yǎng)，實施深度教學(xué)”公開教學(xué)活動，對“交變電流”的教學(xué)進行了分析和改進。

人教版教材在“交變電流”一節(jié)中，通過手搖發(fā)電機的實驗演示，讓學(xué)生來區(qū)分交變電流與直流電，然后介紹交流發(fā)電機的構(gòu)造，最后通過對四個不同時刻的分析，總結(jié)出交流電的產(chǎn)生機理。仔細對比教材內(nèi)容和課堂教學(xué)實際，筆者發(fā)現(xiàn)：(1)教材只是精煉地介紹了本節(jié)學(xué)習(xí)的知識重點，交流電作為電磁感應(yīng)的應(yīng)用，課堂教學(xué)應(yīng)喚醒學(xué)生應(yīng)用已有知識來解決問題的意識；(2)本節(jié)的教學(xué)難點是學(xué)生的自主建模，建模應(yīng)是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過深度分析教材，筆者把“交變電流”一節(jié)的教學(xué)分為以下環(huán)節(jié)：情境導(dǎo)入、概念介紹、討論建模、數(shù)學(xué)推導(dǎo)、得出結(jié)論(圖1)。

圖1

3 教學(xué)活動的設(shè)計與開展

3.1 模擬發(fā)電情景，激發(fā)探究興趣

教材中的課題引入是用演示實驗展示交流電的特征，在手搖發(fā)電機兩端分別并聯(lián)兩個極性相反的發(fā)光二極管，當(dāng)手搖發(fā)電機轉(zhuǎn)柄時可以看到發(fā)光二極管交替閃亮。通過實驗現(xiàn)象只能得出交流電方向的周期性變化，為了更直觀地顯示教學(xué)目標(biāo)中正弦交流電的特征，經(jīng)過反復(fù)實踐，筆者選擇了微型風(fēng)力發(fā)電機(圖2)，結(jié)合電流傳感器來顯示交流電隨時間變化的關(guān)系。教師在授課中邀請學(xué)生操作，增加了學(xué)生的參與機會，在呈現(xiàn)圖像時選擇風(fēng)力發(fā)電機即將停止前的一段圖像(圖3)，引導(dǎo)學(xué)生思考分析，課堂實錄如表1。

圖2

圖3

表1

3.2 辨析設(shè)備構(gòu)造 提高建模能力

微型風(fēng)力發(fā)電機的內(nèi)部構(gòu)造不可見，課堂中引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已有知識猜想：風(fēng)力發(fā)電機內(nèi)部應(yīng)該有哪些元件？通過上一章“電磁感應(yīng)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生自然想到磁鐵和線圈。教師展示手搖式發(fā)電機，肯定大家猜想的正確性，但由于實驗室手搖式發(fā)電機構(gòu)造較為復(fù)雜，其中磁場是輻向磁場(圖4)。改變手搖式發(fā)電機中的磁場，新磁場由兩個相互靠近的異名磁極提供，該磁場可以近似看成是勻強磁場，改進型手搖式發(fā)電機同樣可以使發(fā)光二極管交替閃爍(圖5)。

圖4

對于該手搖式發(fā)電機產(chǎn)生交流電的原理，需要引導(dǎo)學(xué)生將實物圖抽象成原理圖，讓學(xué)生自行畫出原理圖，整個建模的過程可以歸納為如圖6所示的步驟。

圖6

3.3 設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)真正探究

基于深度學(xué)習(xí)理念的高中物理課堂應(yīng)該關(guān)注學(xué)生思維的活躍度，而不是形式上的熱鬧。學(xué)生思維是否活躍取決于教師設(shè)計的學(xué)習(xí)任務(wù)是否合理，為了提升學(xué)生的思維能力，必須設(shè)置有思維深度和挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)。問題難度應(yīng)處于學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”，給學(xué)生提供充足的思考空間和時間，允許學(xué)生有試錯的機會，讓學(xué)生自尋解決的路徑。對于難度超出學(xué)生當(dāng)前能力的問題，教師可以給學(xué)生鋪設(shè)足夠的“臺階”，或者拆解問題，讓學(xué)生順利完成探究。

在模型建構(gòu)環(huán)節(jié)，從線圈轉(zhuǎn)動的“一般位置”入手，讓學(xué)生分析此位置的磁通量變化情況、電流方向、等效電源的正負極等問題，讓學(xué)生自己提出想要解決的問題。首先要分析兩個特殊位置——中性面和垂直中性面的位置，分析后學(xué)生自然明白線圈轉(zhuǎn)動的“一般位置”是在兩個特殊位置學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的整合。尊重學(xué)生的認知規(guī)律，注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的體驗，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，才會回歸學(xué)習(xí)的本質(zhì)。

在線圈轉(zhuǎn)動“一般位置”處電動勢瞬時值表達式的推導(dǎo)過程中，筆者針對圖7所示的情景，設(shè)計了6個問題(表2)，鋪設(shè)足夠的臺階，減少問題的坡度，使學(xué)生保持足夠的學(xué)習(xí)自信。

圖7

表2

3.4 比較推導(dǎo)方法，增加思維廣度

教材中正弦式交流電瞬時值的推導(dǎo)方法是建立在“轉(zhuǎn)動切割”模型之上的，用的是動生電動勢公式E=BLV，但從感應(yīng)電流產(chǎn)生的本質(zhì)來看是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。引導(dǎo)學(xué)生分析線圈轉(zhuǎn)動過程磁通量的變化規(guī)律也是本節(jié)內(nèi)容深層次的認知要求，學(xué)生可以分析得出磁通量隨時間的變化滿足余弦規(guī)律(從中性面開始計時)，讓磁通量和電動勢瞬時值隨時間變化的規(guī)律在同一個時間軸上呈現(xiàn)，深度對比兩個物理量在峰值、相位、周期以及表達式的區(qū)別和聯(lián)系。“授人以魚不如授之以漁”，學(xué)生學(xué)會了對比和知識遷移，事半功倍。

拆開風(fēng)力發(fā)電機的后蓋，可以看到風(fēng)力發(fā)電機和手搖式發(fā)電機在構(gòu)造上有所不同，風(fēng)力發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)磁極式，而手搖式發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)電樞式。

4 結(jié)語

深度學(xué)習(xí)要求培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，使學(xué)生具有較強的邏輯分析能力、批判思維能力和解決復(fù)雜問題的能力。高中階段對科學(xué)思維培養(yǎng)的要求為：具有構(gòu)建理想模型的意識和能力，能正確使用物理思維方法，從定性和定量兩個方面進行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論，并能解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題。深度學(xué)習(xí)理念和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)不謀而合，在高中物理教學(xué)中，不僅要注重知識學(xué)習(xí)的結(jié)果，讓學(xué)生獲得知識和技能，同時也要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過程和認知規(guī)律，發(fā)展學(xué)生的高階思維。基于深度學(xué)習(xí)理念的高效課堂關(guān)注學(xué)生的自然成長，不僅關(guān)注“學(xué)了什么”，而且還關(guān)注“學(xué)會了什么”，真正培養(yǎng)具有高階思維能力、具有創(chuàng)新意識的新時代科技人才。