史慧娟

摘 要：本文以牛頓第二定律為例進(jìn)行促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的課堂問題鏈設(shè)計策略的探究，主要從引發(fā)思維起點(diǎn)、加深規(guī)律理解、促進(jìn)高階思維、深化遷移應(yīng)用四個方面著手設(shè)計階梯式的問題鏈，引發(fā)學(xué)生課堂深度思考，主動參與學(xué)習(xí)活動，從而實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)目標(biāo)在課堂中達(dá)成。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；問題鏈；牛頓第二定律

一、指向深度學(xué)習(xí)“問題鏈”設(shè)計的背景與意義

2020年新版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)一步明確了普通高中教育的定位，普通高中的培養(yǎng)目標(biāo)是進(jìn)一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，堅持發(fā)展核心素養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)立德樹人為根本任務(wù)。發(fā)展核心素養(yǎng)主要是指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。因而教師在課堂教學(xué)中不僅需要明確知識層面的教學(xué)目標(biāo)，更需要思考如何培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識和方法解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的能力，從物理學(xué)視角提出疑問、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力等。然而在應(yīng)試教育的模式下學(xué)生不斷地訓(xùn)練刷題，導(dǎo)致會做題卻不能將知識遷移應(yīng)用于解決真實(shí)問題的現(xiàn)象較為普遍；學(xué)生掌握的學(xué)科知識是割裂的、碎片化的、去情境化的，也無法與未來職業(yè)生活建立聯(lián)系，并沒有形成系統(tǒng)的物理觀念和物理科學(xué)思維，也就難以將學(xué)科知識真正應(yīng)用到實(shí)際生活中。雖然素質(zhì)教育的改革已推進(jìn)多年，但實(shí)際課堂教學(xué)中教師還是多采用“講座式”模式，難以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)。

近年來，國內(nèi)外研究人員對如何促進(jìn)深度學(xué)習(xí)有深入的研究，深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)基于理解的學(xué)習(xí)、主動建構(gòu)知識、高階的批判性思維、有效的知識遷移和復(fù)雜性真實(shí)問題的解決[1]。課堂深度學(xué)習(xí)是課堂上學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過對知識的理解、創(chuàng)造、應(yīng)用等，實(shí)現(xiàn)自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善、科學(xué)思維能力的發(fā)展、實(shí)踐應(yīng)用能力的提升。也就是說，深度學(xué)習(xí)是一種培養(yǎng)學(xué)習(xí)者多樣性的，而非單一素養(yǎng)的學(xué)習(xí)理念。當(dāng)然深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)不是完全對立的，它們在時間維度上是存在著連續(xù)性的，我們必須由一定的淺層學(xué)習(xí)得來的知識才能進(jìn)行深度的更有意義的學(xué)習(xí)，通過深度學(xué)習(xí)將淺層學(xué)習(xí)割裂碎片化的知識重新整合建構(gòu)，形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并有利于知識的提取、遷移與應(yīng)用。由此可見，深度學(xué)習(xí)可成為學(xué)生核心素養(yǎng)達(dá)成的有效路徑。

學(xué)習(xí)往往伴隨著問題，問題是觸發(fā)思維開啟的開關(guān)，也是教學(xué)過程開展的最好推手。教學(xué)需要通過一系列層次化、結(jié)構(gòu)化、可擴(kuò)展和可持續(xù)的問題來引導(dǎo)學(xué)生深入思考。簡而言之，有好問題的引導(dǎo)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的方式之一[2]。課堂“問題鏈”設(shè)計則是為了形成學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，基于這節(jié)課要達(dá)成的物理核心素養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知水平，把需要學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)化為一連串有主題的問題串。經(jīng)過設(shè)計的問題之間相互有關(guān)聯(lián)，又層層遞進(jìn)，對學(xué)生的思維要求是螺旋式上升的，巧妙的設(shè)問對學(xué)生有吸引力，能夠激發(fā)學(xué)生的探索欲，從而自發(fā)地形成由淺層學(xué)習(xí)至深度學(xué)習(xí)的路徑，學(xué)生的核心素養(yǎng)得到了培養(yǎng)[3]。

二、促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂“問題鏈”設(shè)計策略

課堂問題鏈的設(shè)計應(yīng)基于素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為基本準(zhǔn)則，筆者將以《牛頓第二定律》一節(jié)為例介紹促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的課堂“問題鏈”的設(shè)計策略，以下是牛頓第二定律的核心素養(yǎng)目標(biāo)：

物理觀念：（1）掌握牛頓第二定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表述形式，形成與牛頓第二定律相關(guān)的運(yùn)動與相互作用觀；（2）理解牛頓第二定律中每個物理量的含義及相互之間的因果關(guān)系，會利用牛頓第二定律解釋生活中的動力學(xué)問題；（3）能夠用牛頓第二定律方法完成相關(guān)的一些計算。

科學(xué)思維：能對探究加速度與其質(zhì)量和合外力的實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行推理論證并得出結(jié)論，能利用牛頓第二定律的相關(guān)證據(jù)對動力學(xué)問題進(jìn)行分析推理和論證。

科學(xué)探究：能通過實(shí)驗探究物體的加速度跟其的質(zhì)量和所受合外力之間的關(guān)系，會運(yùn)用控制變量法設(shè)計實(shí)驗方案，學(xué)會處理實(shí)驗數(shù)據(jù)和誤差分析，完善提升科學(xué)探究的能力。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過牛頓第二定律的學(xué)習(xí)，滲透從物理學(xué)認(rèn)識世界的方法，進(jìn)一步認(rèn)識學(xué)好物理對解釋自然現(xiàn)象的重要性，從而具有學(xué)習(xí)物理和探索世界的興趣。

三、舊知鏈接新知“問題鏈”，引出新課思維起點(diǎn)

能成為好的課堂引入需要具備兩個要素：一是激活學(xué)生思維、引發(fā)學(xué)習(xí)興趣；二是搭建新知與舊知之間的橋梁，使學(xué)生在接受新課內(nèi)容時更加順暢。這樣既符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，也契合深度學(xué)習(xí)中“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)”的特征，在喚醒已有知識的同時重新搭建知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，發(fā)掘知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，加深對知識的理解，從而深化對物理觀念的認(rèn)識。

問題鏈1 通過知識回顧與梳理進(jìn)行引入：

師：牛頓第一定律反映了力與運(yùn)動的關(guān)系，力與運(yùn)動是什么關(guān)系呢？

生：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。

師：能夠表現(xiàn)物體運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度是我們學(xué)過的哪個物理量呢？

生：慣性。

師：影響慣性大小的因素是什么？

生：質(zhì)量。

師：質(zhì)量越大，慣性越大，物體的運(yùn)動狀態(tài)越難改變。

師總結(jié)：運(yùn)動狀態(tài)改變的實(shí)質(zhì)是速度改變，速度改變的原因是產(chǎn)生了加速度；換句話說力是產(chǎn)生加速度的原因，同時加速度的大小與質(zhì)量有關(guān)。由以上推理過程我們可以猜想物體加速度大小與其質(zhì)量、所受外力兩個因素有關(guān)，具體是什么關(guān)系需要通過實(shí)驗驗證。上節(jié)課我們分組對該實(shí)驗進(jìn)行了探究，得到了什么結(jié)論？

生：質(zhì)量一定時，加速度與合外力成正比；合外力一定時，加速度與質(zhì)量成反比。

設(shè)計意圖：新課引入“問題鏈”設(shè)計通過學(xué)生回答問題反饋，判斷學(xué)生是否掌握牛頓第一定律的含義；同時回顧探究加速度大小與合外力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗結(jié)論。學(xué)生能夠深刻理解牛頓第一定律的內(nèi)容，則能較好推出影響加速度大小的因素。從而初步形成與牛頓運(yùn)動定律相關(guān)的運(yùn)動與相互作用觀。

四、探究結(jié)果解構(gòu)“問題鏈”，加深對物理規(guī)律的理解

課堂中的深度學(xué)習(xí)即學(xué)生在教師的引導(dǎo)下體會物理學(xué)科的基本思想，主動參與建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)。我們知道物理教學(xué)中經(jīng)歷科學(xué)探究的過程非常重要，在筆者看來對科學(xué)探究后結(jié)果的分析同等重要，這個過程學(xué)生在親歷物理規(guī)律的生成過程，可加深對其的理解，同時能夠培養(yǎng)學(xué)生通過科學(xué)推理得出物理規(guī)律的科學(xué)思維能力。

問題鏈2 牛頓第二定律的內(nèi)容與表達(dá)式的生成

師：通過大量實(shí)驗探究，得出以下結(jié)論：一定時，；一定時，。則，這便是牛頓第二定律，請同學(xué)們根據(jù)比例式用文字描述牛頓第二定律。

生：物體加速度的大小與所受合外力的大小成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。

師：由可以得到，，轉(zhuǎn)化為等式即，那么該式中的就是比例常數(shù)。那么請同學(xué)思考等于多少呢？可以通過簡單的生活實(shí)例進(jìn)行引導(dǎo)，如人有兩只眼睛，也可以說有一對眼睛，為什么量詞變了？以此生活體驗引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識k等于多少是決定于單位。

師：讓同學(xué)們閱讀教材力單位由來的內(nèi)容，從而得出牛頓第二定律的公式可以簡化為什么？

生：或

設(shè)計意圖：這一環(huán)節(jié)的問題鏈設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生主動分析“探究加速度與合外力和質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗結(jié)果，進(jìn)而歸納出牛頓第二定律的內(nèi)容，推導(dǎo)出牛頓第二定律的表達(dá)式，在引導(dǎo)學(xué)生理解表達(dá)式中k值等于1的條件中，也能夠加深對牛頓第二定律的推導(dǎo)過程的認(rèn)識，體會牛頓對物理學(xué)發(fā)展做出的巨大貢獻(xiàn)，而并非直接給出牛頓第二定律的表達(dá)式，為后續(xù)對牛頓第二定律內(nèi)涵的理解奠定基礎(chǔ)。

五、引發(fā)深度思考“問題鏈”，促進(jìn)高階思維發(fā)展

關(guān)鍵能力的培養(yǎng)旨在學(xué)生掌握相關(guān)知識的層面上，深刻理解其內(nèi)涵，可以將其運(yùn)用到新的實(shí)際情境中解決問題。指向高階思維的深度學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑，教師通過層層遞進(jìn)的問題驅(qū)動引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識深入細(xì)致思考與審慎質(zhì)疑，探求事物的本質(zhì)與知識的內(nèi)在聯(lián)系，基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理，從而科學(xué)構(gòu)建自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展批判性思維與創(chuàng)造性思維。

問題鏈3 對牛頓第二定律因果性、矢量性、同體性、同時性、獨(dú)立性的理解

因果性：

師：牛頓第二定律中說明了加速度與力是成正比的，能否反過來說力與加速度成正比，思考為什么？

生：不可以…

師總結(jié)：力是產(chǎn)生加速度的原因。式中的等號表示的是一種因果關(guān)系，物體的受力情況決定了物體會做什么樣的運(yùn)動，物體的運(yùn)動狀態(tài)又可以反映出受力情況。

矢量性：

師：牛頓第二定律中與都是矢量，加速度是由力決定的，加速度的方向與力的方向總是相同。請同學(xué)們回想加速度的定義式是什么？

生：。

師：從加速度的定義式我們知道加速度的方向與什么相同？

生：物體加速度的方向與它速度變化量的方向是相同的。

師總結(jié)：是加速度的定義式，通過該式我們知道了加速度的測量與計算方法，但是加速度大小與速度及其變化沒有因果關(guān)系。是加速度的決定式，該式揭示了力與運(yùn)動的關(guān)系，即力是物體產(chǎn)生加速度的本質(zhì)原因，因此物體加速度的方向由所受合外力的方向決定。

同體性：

師：請同學(xué)們思考牛頓第二定律表述中提到的“物體”是指同一物體嗎？

（學(xué)生討論）

師：根據(jù)學(xué)生的討論結(jié)果給予分析并總結(jié)牛頓第二定律中、、必須是對同一研究對象（物體）。

同時性（瞬時性）：

師：請同學(xué)們思考以下問題，物體受到拉力之前靜止，物體受到拉力之后做什么運(yùn)動？那當(dāng)我們撤去拉力后，物體的運(yùn)動狀態(tài)如何呢？如果力逐漸減小到0的過程中，物體的加速度將怎樣變化？

光滑水平面

生：受到拉力之后做勻加速運(yùn)動；撤去拉力后，物體做勻速運(yùn)動；如果力逐漸減小，則物體的加速度逐漸減小。

師總結(jié)：加速度與合外力總是同時產(chǎn)生，同時消失，同時變化。力可以突變，加速度也可以突變，加速度與力必須是同一時刻。

獨(dú)立性：

師：請同學(xué)們思考，根據(jù)牛頓第二定律我們可以推理出無論多小的力都可以產(chǎn)生加速度，但是我現(xiàn)在用力去推講桌卻沒有推動它。這一結(jié)果是否與牛頓第二定律矛盾呢？

生：不矛盾，因為物體還受摩擦力，合力為零。

師總結(jié)：講桌沒有推動，加速度為0，這里的加速度是合加速度，而前面分析的力是推力，應(yīng)該對應(yīng)合外力，而合外力確實(shí)為0。所以不矛盾。也就是說物體所受的每個力均會獨(dú)立產(chǎn)生一個加速度，而物體的實(shí)際加速度是合加速度，是由每個力產(chǎn)生的加速度矢量合成得到的。例如：拿著粉筆豎直緩慢移動它受到支持力和重力，釋放粉筆自由下落，它只受重力（忽略空氣阻力），但兩種情況下重力對應(yīng)的加速度都是。

設(shè)計意圖：牛頓第二定律是在實(shí)驗基礎(chǔ)上建立起來的重要規(guī)律，它是動力學(xué)的核心規(guī)律，是本章的重點(diǎn)，也是一個難點(diǎn)內(nèi)容，能否正確理解這一定律對今后力學(xué)部分的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。對于學(xué)生來說，全面深入理解牛頓第二定律的內(nèi)涵與各物理量的相互聯(lián)系是有困難的，這一系列環(huán)環(huán)相扣的問題串引導(dǎo)學(xué)生明確認(rèn)識并理解牛頓第二定律的內(nèi)涵。通過思考問題與相應(yīng)實(shí)例，學(xué)生能夠理解牛頓第二定律的物理意義。

六、巧設(shè)真實(shí)情境問題，深化遷移應(yīng)用能力

對于《牛頓第二定律》一節(jié)的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了猜想、探究、論證、反思等過程，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了牛頓第二定律的內(nèi)容。然而深度學(xué)習(xí)除了深度參與、深度思考、深度反思，更重要的是能夠遷移應(yīng)用。將新收獲的知識應(yīng)用到解決相關(guān)的實(shí)際情境問題中，就是一種思維遷移，那么具體的問題選擇是非常關(guān)鍵的，能夠讓學(xué)生內(nèi)化的知識外顯化和可操作化，同時盡可能真實(shí)且稍微有一定的挑戰(zhàn)性[4]。筆者設(shè)計了兩個角度的課堂例題，已知受力情況求運(yùn)動情況和已知運(yùn)動情況求受力情況。通過兩種不同類型題目的練習(xí)與講解，使學(xué)生逐步掌握應(yīng)用牛頓第二定律解決問題的方法，鍛煉學(xué)生將物理規(guī)律應(yīng)用于實(shí)際問題解決的能力。

【例一】跳傘運(yùn)動員在下落的初始階段，可視為做勻加速直線運(yùn)動。若在這個過程中運(yùn)動員所受阻力為400N，該運(yùn)動員與飛行器的總質(zhì)量為200kg，則列車從起動至速度達(dá)到30m/s需要多長時間？

師：引導(dǎo)學(xué)生分析題目，首先確定研究對象，接著對其受力分析，然后建立直角坐標(biāo)系列方程。

由牛頓第二定律：

由運(yùn)動學(xué)方程：兩式聯(lián)立解得

【例二】某同學(xué)騎自行車在平直的公路上以18km/h的速度勻速行駛，突然看到前面10m處有一只小狗停在路邊立即剎車，剎車后可視為勻減速運(yùn)動，該同學(xué)與自行車的總質(zhì)量是180kg。則該同學(xué)在剎車過程中受到的阻力至少為多大？（學(xué)生練習(xí)）

師：強(qiáng)調(diào)列方程規(guī)定正方向，建立直角坐標(biāo)系的原則；總結(jié)解題過程。

設(shè)計意圖：通過例題引導(dǎo)學(xué)生體會利用牛頓第二定律解決動力學(xué)實(shí)際問題的思路和具體的求解過程。由于是新課教學(xué)，需要特別注意循序漸進(jìn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用牛頓第二定律的一般思路。最終學(xué)生能夠通過牛頓第二定律的相關(guān)證據(jù)分析解決動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)問題。

結(jié)束語

綜上所述，課堂問題鏈設(shè)計需要有教師引導(dǎo)，學(xué)生由簡單問題的初步探究逐步轉(zhuǎn)化為對深層問題的深入探索，以此促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。針對不同的教學(xué)內(nèi)容，課堂教學(xué)中問題鏈的構(gòu)建都可以應(yīng)用本文中介紹的四種策略，學(xué)生在問題鏈的驅(qū)動下，主動參與課堂活動，在不斷深入思考中挖掘知識與知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)，同時在質(zhì)疑、推理、反思等高階思維活動中深化科學(xué)思維能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。當(dāng)然問題鏈的設(shè)計策略不只局限于此，無論采用何種方式提出問題，都應(yīng)緊緊圍繞素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，同時問題設(shè)計要符合學(xué)生心理特征和認(rèn)知能力，要使問題間具有學(xué)科的邏輯關(guān)聯(lián)，呈階梯式由淺入深、循序漸進(jìn)。

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