劉 玲

(江蘇省太倉高級中學(xué) 江蘇 蘇州 215411)

1 深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)是對學(xué)習(xí)狀態(tài)的質(zhì)性描述，涉及學(xué)習(xí)的投入程度、思維層次和認(rèn)知體驗等維度，強(qiáng)調(diào)對知識本質(zhì)的理解和對學(xué)習(xí)內(nèi)容的批判性吸收與利用，追求有效的學(xué)習(xí)遷移和真實問題的解決，屬于以高階思維為主要認(rèn)知活動的高投入意義性學(xué)習(xí)[1].

2 實驗探究是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效路徑

首先，實驗探究過程中學(xué)生通過自己體驗、探索、分析、合作、展示、交流、歸納和反思得出結(jié)論，實驗探究教學(xué)能充分促進(jìn)學(xué)生全身心參與學(xué)習(xí)過程，幫助學(xué)生深度理解和把握知識的本質(zhì)，在自我建構(gòu)的過程中獲得模型建構(gòu)、批判反思、抽象概括等科學(xué)思維方法，有效促進(jìn)學(xué)生高階思維能力提升和思維品質(zhì)發(fā)展[2].

其次，實驗探究教學(xué)往往需要學(xué)生小組合作和溝通交流，這將有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作和表達(dá)能力，另外在實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析過程中有助于培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，因此，實驗探究教學(xué)是促進(jìn)高中物理深度學(xué)習(xí)和培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑[3].

本文以人教版《物理·選修3-2》中第四章第4節(jié)“探究影響感應(yīng)電動勢大小的因素”教學(xué)為例，進(jìn)行實踐探索，提升學(xué)生實驗探究能力，促進(jìn)學(xué)生深度思維.

3 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理實驗教學(xué)策略

3.1 自制實驗教具激發(fā)深度思考

深度學(xué)習(xí)“深”在學(xué)生的思維層次維度，也就是要能促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展，這需要在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)那榫骋l(fā)學(xué)生深度思考,通過自制教具激發(fā)認(rèn)知沖突是促進(jìn)學(xué)生深層次學(xué)習(xí)動機(jī)和深層參與的有效策略.

教學(xué)片斷1：教師展示自制實驗教具，如圖1所示，接下來進(jìn)行具體教學(xué).

圖1 自制實驗教具

實驗演示：單刀雙擲開關(guān)撥向右邊，右側(cè)電路構(gòu)成回路.觀察到實驗現(xiàn)象,二極管發(fā)光.

繼續(xù)演示：單刀雙擲開關(guān)撥向左邊，此時開關(guān)、二極管、線圈構(gòu)成回路，讓一根磁鐵從上方做自由落體運(yùn)動從線圈中穿過，觀察到實驗現(xiàn)象，二極管也發(fā)光.

此時有效地激發(fā)了認(rèn)知沖突，單刀雙擲開關(guān)撥向左邊沒有和干電池聯(lián)接，二極管為什么可以發(fā)光呢？

引導(dǎo)學(xué)生回顧前面所學(xué)知識：只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體中就有感應(yīng)電流.

教師根據(jù)學(xué)生提出的方法繼續(xù)演示實驗：讓磁鐵從距離線圈較低位置釋放穿過線圈.觀察到實驗現(xiàn)象，二極管沒有發(fā)光.

師：這又是為什么呢？是不是回路中沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？

生：從高一點(diǎn)的位置釋放，觀察到現(xiàn)象，二極管發(fā)光，表明回路中有電流.

師：根據(jù)以上現(xiàn)象，猜想影響感應(yīng)電動勢大小的因素可能是哪些呢？你能否設(shè)計實驗進(jìn)行驗證呢？

教學(xué)意圖：通過自制教具引入，并借助有效層次性問題的驅(qū)動，一方面幫助學(xué)生回顧前面學(xué)習(xí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，另一方面有效激發(fā)認(rèn)知沖突，增強(qiáng)探究的熱情和積極性，促進(jìn)學(xué)生深度思考.進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生通過左、右電路的對比，總結(jié)出右側(cè)電路中產(chǎn)生的電流是由電源提供的，左側(cè)電路中產(chǎn)生的是感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體(線圈)相當(dāng)于電源.

3.2 小組合作探究 誘發(fā)深度建構(gòu)

作為學(xué)生主體參與的社會化活動，深度學(xué)習(xí)的真實發(fā)生需要學(xué)生相互啟發(fā)、相互鼓勵、相互評價和相互建構(gòu).小組合作探究中學(xué)生能全身心投入，是促進(jìn)思維深度加工和意義建構(gòu)的有效策略[4].

教學(xué)片斷2：基于教師演示實驗的啟發(fā)和對實驗現(xiàn)象的思考，學(xué)生小組進(jìn)行初步探究實驗， 把線圈、靈敏電流計用導(dǎo)線連成回路.將相同的磁鐵以不同的速度從同一高度插入同一個線圈中，觀察并比較電流計指針的偏轉(zhuǎn)情況.

初步得出結(jié)論：電流計的指針偏角大，說明產(chǎn)生的電流大，而電流大的原因是電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大.由于兩次穿過磁通量變化相同，穿過越快，時間越短，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，說明感應(yīng)電動勢大小與發(fā)生磁通量變化所用的時間有關(guān)，且在磁通量變化相同的情況下，所需時間越短，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.

引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究，用磁性強(qiáng)弱不同的條形磁鐵分別從同一位置以相同的速度插入同一個線圈中，觀察并比較電流計指針的偏轉(zhuǎn)情況.

歸納總結(jié)：本次實驗兩種情況所用時間相同，但穿過線圈的磁通量變化不同，電流表的偏轉(zhuǎn)角不同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不同.說明感應(yīng)電動勢的大小還與磁通量的變化量有關(guān)，即在相同的情況下，ΔΦ越大，產(chǎn)生的E越大.

教學(xué)意圖：通過學(xué)生探究實驗，讓學(xué)生自己在實驗中建立對影響感應(yīng)電動勢大小的因素的初步理解，有助于加深學(xué)生的理解記憶，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，促進(jìn)思維的深度建構(gòu).

3.3 改進(jìn)實驗方案促進(jìn)深度生成

教學(xué)片斷3：教師提出如下兩個改進(jìn)要點(diǎn).

改進(jìn)要點(diǎn)1：改變ΔΦ成倍數(shù)關(guān)系時，如何控制Δt相同？

只靠手憑感覺控制提起的速度，顯然是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?這里可以借助于長木棍固定條形磁鐵，如圖2所示，左邊固定兩個相同磁鐵(同名磁極綁在一起)，右邊固定一個相同磁鐵，保持水平提起木棍，可以控制條形磁鐵通過線圈所用的時間相同.

圖2 倍增法改變ΔΦ

這個時候讓學(xué)生觀察兩靈敏電流計的讀數(shù)，但由于電流計讀數(shù)變化太快，不好同時記錄兩個表的讀數(shù)，可以將兩個電流計的讀數(shù)拍成視頻，逐幀播放，觀察每一時刻兩個表的瞬時電流關(guān)系，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個時刻與左邊線圈相連的檢流計讀數(shù)是與右邊線圈相連檢流計的2倍，說明感應(yīng)電動勢的大小在時間相同的情況下與磁通量的變化量成正比.

改進(jìn)要點(diǎn)2：ΔΦ相同，如何Δt成倍數(shù)關(guān)系呢？

這里可以借助一根直尺，在刻度為“0”的位置用大鐵釘做了個支點(diǎn)，在刻度為40 cm和80 cm的位置上固定了相同的條形磁鐵，當(dāng)把木棒繞過支點(diǎn)轉(zhuǎn)動起來，如圖3所示，就能保證在80 cm和40 cm的位置上磁鐵通過線圈所用的時間是1∶2的關(guān)系.

圖3 倍增法改變Δt

同樣可以將兩個靈敏電流計的讀數(shù)拍成視頻，逐幀播放，結(jié)果發(fā)現(xiàn)左右兩個靈敏電流計的讀數(shù)為2∶1，說明感應(yīng)電動勢的大小在磁通量的變化量相同的情況下與時間成反比.

教學(xué)意圖：學(xué)生探究實驗，只是讓學(xué)生對探究影響感應(yīng)電動勢大小的因素有初步的定性的理解，教師的定量探究，更是引導(dǎo)學(xué)生通過控制變量法，進(jìn)一步得出感應(yīng)電動勢與磁通量的變化及所用時間的定量關(guān)系，再通過引導(dǎo)學(xué)生類比如何建立加速度的表達(dá)式，引入一個新的物理量——磁通量的變化率，用比值法定義，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)得出法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和基本公式.

3.4 解決實際問題促進(jìn)深度應(yīng)用

能靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決生活中的實際問題是判斷深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要標(biāo)志，應(yīng)用實驗探究的方法和結(jié)論解決實際問題，一方面是對本節(jié)課教與學(xué)的反饋評價，另一方面有助于提升學(xué)生的遷移能力[5].

教學(xué)片斷4：高鐵已經(jīng)成為我國新時代發(fā)展的一張“名片”，一種電磁式的高鐵信號定位系統(tǒng)原理

如圖4所示.

圖4 電磁式定位系統(tǒng)原理圖

課后問題1：信號中心是如何對高鐵進(jìn)行定位和測速的？

課后問題2：如何提高定位和測速的精度？以免發(fā)生交通事故.

筆者通過自制實驗教具、有效問題的驅(qū)動，并借助上述4個教學(xué)策略，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與積極性很高，思維活躍，對物理學(xué)科核心知識的理解也很深刻，不再是機(jī)械記憶的學(xué)習(xí)，而是實現(xiàn)了深刻理解和靈活遷移，進(jìn)入到了深度學(xué)習(xí)層次.