摘 要：深度學習理念與物理學科核心素養(yǎng)存在必然的聯(lián)系，習題教學是學生核心素養(yǎng)形成的關鍵環(huán)節(jié)，基于深度學習的習題教學是落實學科核心素養(yǎng)的重要途徑。從高中物理習題教學的現狀出發(fā)，以真實案例為基礎，以深度學習理念為引領，旨在探索高效、實用、清晰可行的習題教學路徑。

關鍵詞：深度學習；習題教學；遷移拓展

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）12-0011-4

高中物理習題教學是學生鞏固知識、形成技能、形成學科核心素養(yǎng)的重要教學形式，但在實際操作中會出現教師費力不討好，學生感覺枯燥無味，教學效果大打折扣。據筆者觀察，高中物理習題教學中存在著以下共性問題。

（1）課堂以教師為主體，學生自主性低

為了完成諸多教學內容，提高時間的利用率，課堂上教師往往沉浸在自導自演的“獨角戲”之中，學生被動學習，整堂課下來，學生自主參與度低。

（2）慣于模仿，新情境中問題依舊

習題課后往往有很多學生對新情境中出現的類似問題仍然不懂，這就說明習題課中學生沒有真正領會問題解決的技能和方法，更重要的是沒有培養(yǎng)起學生自主發(fā)現問題、自主思考、自主解決問題的思維習慣，導致學生出現“教一會一”，面對新情況就會束手無策。

（3）變式拓展效用不顯著

變式拓展訓練是對例題中沒有涉及到的要點的補充，對核心知識的再鞏固。教學中，教師們往往“照本宣科”，一味地依賴參考資料，沒有精挑細選或二次加工，致使變式拓展深一腳淺一腳，層次感、漸進性和拓展功能沒有完全體現，自然無法讓學生產生深度學習。

針對以上問題，筆者以深度學習理念為基礎，通過對高中物理典型案例的剖析，試圖在習題教學中引導學生深度學習，提升學生的高階思維能力。

1 深度學習理念

深度學習倡導在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們融入到原有的認知結構中，在眾多思想間建立聯(lián)系，并將已有的知識遷移到新情境中，作出決策和解決問題［１］。郭元祥教授認為，深度教學不是無限增加知識難度和知識量，而是克服對知識的表層學習以及對知識的簡單占有，基于知識的內在結構，通過對知識的完整處理，引導學生從符號學習走向學科思想和意義系統(tǒng)的理解和掌握，并導向學科素養(yǎng)的教學［2］。彭紅超認為，“深度學習是一種基于理解、追求遷移應用的有意義的學習，它通過促使學生深度參與學習，采用高級學習方略來促進高階知能的發(fā)展，實現這些知能在全新情境中的應用或新高階知能的生成”［3］，相關研究表明深度學習能發(fā)展學生的高階思維，培養(yǎng)學生的深層次認知能力，提升其問題解決和創(chuàng)新能力。

通過對深度學習理論的梳理，可以歸納深度學習具有以下特征：（1）深度學習是建立在知識理解基礎上的有意義的學習，而非機械化記憶性的學習；（2）深度學習是在一定的方法策略導引下重視知識的遷移融通并適應新情境；（3）深度學習促使學生認知、創(chuàng)新、解決問題等高階能力的形成；（4）深度學習理念與近年提出的科學核心素養(yǎng)有異曲同工之妙。

本文的深度學習是指在教師的引領下，學生深度參與并調動其主觀能動性，以問題鏈等形式評判性地建構綜合能力，實現在各種變式下對問題的通透理解，對知識的融會貫通，對方法和技能的合理掌握，并能將所學應用到新的情境中解決問題，最終使學生獲得高階思維能力。

2 深度學習的習題教學

2.1 案例呈現

如圖1所示，勻強電場與水平面夾角為60°，斜向左上方，絕緣直桿上套著一個重為G的帶負電荷的滑環(huán)，滑環(huán)受到的電場力大小等于重力的一半，當直桿與水平面夾角為30°時滑環(huán)受到的摩擦力和直桿與水平面夾角為60°時滑環(huán)受到的摩擦力大小相等。求：

（1）摩擦力的大??；

（2）滑環(huán)與直桿間的動摩擦因數。

圖1 案例示意圖

該題重在檢測學生對電場中帶電體動力學問題的理解，核心知識點考查受力分析和摩擦力的深入理解，模型雖常規(guī)，但是條件的給定和問題的設置角度獨特、新穎，學生剛接觸題目時覺得似曾相識，但是隨著思考的進一步深入，發(fā)現每一步的進展都需要充分挖掘條件。學生錯誤率較高，甚至將解析分發(fā)給學生，也有一部分學生仍是云里霧里。

2.2 概要解析

（1）當直桿與水平面夾角為30°時，在垂直于斜面方向上有

FN1=Gcos30°+qE=（+）G（1）

當直桿與水平面夾角為60°時，在垂直于斜面方向上有

FN2=Gcos60°+qEcos30°=（+）G（2）

比較（1）（2）式知FN1>FN2，學生往往就會很容易得出，在動摩擦因數相等的情況下，直桿傾角為30°時滑環(huán)所受的是靜摩擦力，直桿傾角為60°時滑環(huán)所受的是滑動摩擦力，于是就會有以下過程。

直桿傾角為30°時滑環(huán)受力平衡

Ff=Gsin30°=G（3）

（2）直桿傾角為60°時滑環(huán)受摩擦力為

Ff=μFN2=μ（G+G）（4）

由（3）（4）式可得μ==4-2

2.3 問題與沖突

學生在解決問題過程中可能遇到如下困難：

問題1：審題過程中只提到“勻強電場與水平面夾角為60°”，據此畫出直桿與水平面夾角成30°和60°時（兩種情況）滑環(huán)的各自受力分析圖。

問題2：學生誤認為兩種情況下的摩擦力要么都為靜摩擦力，要么都為滑動摩擦力。

問題3：無法理性地思考、討論兩種情況下摩擦力的動靜情況。

在解答過程中遇到各種問題和認知的沖突是很正常的，只要學生在碰到問題時主動思考、深度參與，真正弄清楚自己的問題所在，是知識融會貫通的問題，是方法技巧上的問題，還是思維能力方面的問題，接下來有的放矢，對薄弱之處加以補充完善，甚至在自己的努力下就可以將問題迎刃而解。對學生而言，在解題過程中發(fā)現問題并把脈自己的問題，其實有很大的難度，如果教師能長此以往地引領強化這種思維習慣，相信學生的自主思維能力將有大幅度提升。

2.4 思維與方法

本題中所涉及的物理模型、規(guī)律及思維方法如下。

斜面是力學部分的經典模型，物體在斜面上的受力通常有重力、彈力、摩擦力及其他力。在這里學生最容易犯錯的地方有兩處，一是畫受力分析示意圖，二是判斷摩擦力的動靜及方向；所用到的規(guī)律有Ff=μFN、正交分解和靜態(tài)平衡，學生的弱項在于正交分解中角度的確定；本題的思維方法為層層推進，對可能的情況逐一排查，很考驗學生的綜合分析能力。

仔細分析題目，首先需要突破的是據題畫出直桿與水平面夾角成30°和60°兩種情況下滑環(huán)的受力分析圖（圖2、圖3）。

圖2 受力分析圖 圖3 受力分析圖

由于題目條件有限，通過受力分析只能列出兩種情況下滑環(huán)所受支持力方程。

當直桿與水平面夾角為30°時

FN1=Gcos30°+G=（+）G

當直桿與水平面夾角為60°時

FN2=Gcos60°+Gcos30°=（+）G

接下來，根據題目條件“當直桿與水平面夾角為30°時滑環(huán)受到的摩擦力和直桿與水平面夾角為60°時滑環(huán)受到的摩擦力大小相等”，學生自然而然想到兩種情況下的摩擦力是滑動摩擦力還是靜摩擦力，在同一斜面模型中滑動摩擦力和靜摩擦力不能相等，由此產生了思維的誤區(qū)——要么同靜、要么同動。其實，教師需要簡單提一句“30°和60°是同一個模型嗎”，相信能一語點醒夢中人。此時，再追問兩個問題：（1）兩種情況為什么不同是靜摩擦力或滑動摩擦力？（2）兩種情況究竟哪種是靜摩擦力？哪種是滑動摩擦力？讓學生進一步對問題進行深入思考和探索。

探索1：如果兩種情況下都是滑動摩擦力。

由公式Ff = μFN，易知μFN1≠μFN2，假設不成立，兩種情況下不都是滑動摩擦力。

探索2：如果兩種情況下都是靜摩擦力。

圖2所示靜摩擦力：Ff1 =G

圖3所示靜摩擦力：

Ff2 =G+Gsin30°=（+）G

顯然Ff1≠Ff2，假設不成立，兩種情況下不都是靜摩擦力。

探索3：如果圖2所示是滑動摩擦力，圖3所示是靜摩擦力。

μFN1=G+Gsin30°

代入得

μ（Gcos30°+G）=G+Gsin30°

可計算出μ=，可見圖2所示是滑動摩擦力、圖3所示是靜摩擦力的假設成立。

經過細致的探索并結合前面的“概要解析”，能清晰地明確，圖2所示是靜摩擦力、圖3所示是滑動摩擦力，或者圖2所示是滑動摩擦力、圖3所示是靜摩擦力，這樣就存在兩種可能，即摩擦力的大小為Ff=G時， μ=4-2；Ff =（+）G時， μ=。

通過以上層層遞進和深入的過程，能讓學生的思維始終處于深度參與之中，習題教學的目標不是就題講題，而是通過題目訓練讓學生更加深刻地理解物理核心概念的內涵和外延，物理模型的適用條件和界限。更重要的是通過對習題過程的總結和提煉，建構出科學的思維方法，提升科學思維能力，鼓勵勇于探究的精神。這個過程實際上就是在培養(yǎng)學生的自主、創(chuàng)造、創(chuàng)新等高階思維能力。

2.5 拓展與遷移

筆者在以上案例的基礎上設計了如下拓展訓練。

拓展訓練：未加外電場時，電荷量為-q、質量為m的滑塊能在傾角為θ的絕緣斜面上以0.25g的加速度沿斜面向下運動，如圖4甲所示?，F加一場強為E、豎直向上的勻強電場，如圖4乙所示，求：

甲   乙

圖4 拓展訓練示意圖

（1）滑塊的加速度？

（2）斜面傾斜角變?yōu)槎嗌贂r能使滑塊靜止在斜面上？

（已知物體重力加速度為g，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力）

解析如下：

（1）未加電場時，滑塊在斜面上做勻加速直線運動，mgsinθ-μmgcosθ=ma，μ=tanθ-。

加電場后，滑塊受到的等效重力為

G'=mg+qE

沿斜面方向滿足

G'sinθ-μG'cosθ=ma'

a'==+

（2）由（1）知，未加電場時滑塊在斜面上的動摩擦因數μ=tanθ-

加電場后，滑塊受到的等效重力為G'。滑塊能靜止時，設斜面的傾斜角為α，G'sinα≤μG'cosα，即tanα≤μ。

所以，當tanα≤tanθ-時，滑塊能靜止在斜面上。

案例所涉及的是力學中的平衡問題，考查重點在于受力分析和摩擦力種類的判斷，拓展訓練中的情境與典例相似，不同之處在于電場方向發(fā)生了改變，第（1）問將案例中的平衡問題變成動力學問題，考查學生在外加電場情況下對牛頓第二定律的遷移運用能力，同時對學生的數學運算能力提出了更高要求；第（2）問在第（1）問的基礎上物體運動由動態(tài)變成靜態(tài)，需要學生深入理解并運用臨界條件，更重要的是問題設置中滲透了等效重力思想，只有具備深度學習能力的學生才能深刻領悟到應用等效重力思想實現臨界條件方程的簡潔化。對照典例和拓展訓練，二者從不同角度直擊學生學習的痛點和難點，拓展訓練補充延續(xù)了典例即將涉及的檢測點，涵蓋了高中物理核心知識，這樣的變式拓展才能真正讓學生產生深度學習，引發(fā)深度思考，掌握知識方法，將學生思維能力提到更高維度。

3 結 語

總結以上的習題教學探索過程，審題時充分挖掘條件是基礎，自主地發(fā)現問題破解其中的障礙點是關鍵，提煉總結過程中的方法與技能是要點，融會貫通遷移應用是目的。多角度引導學生自主思考、發(fā)現問題，才能激發(fā)學生產生深度學習的興趣和動力。此外，引導學生以問題鏈的形式不斷地深挖探討試題的條件和問題的設置，有助于培養(yǎng)學生批判思維的形成，同時在此過程中學生逐漸將腦中的知識系統(tǒng)化，其應用知識發(fā)現問題、解決問題的能力得到了潛移默化的提升。從以上總結分析不難看出，基于深度學習的習題教學就是在培養(yǎng)學生的科學思維，真正落實物理學科核心素養(yǎng)的要求。

參考文獻：

［１］何玲，黎加厚．促進學生深度學習［Ｊ］．現代教學，２００５（５）：２９－３０．

［２］郭元祥．論深度教學：源起、基礎與理念［Ｊ］．教育研究與實驗，２０１７（３）：１－１１．

［３］彭紅超．智慧課堂環(huán)境中的深度學習設計研究［Ｄ］．上海：華東師范大學，２０１９．

［４］盧敏翔．指向深度學習的習題教學探索［Ｊ］．物理教師，２０２３，44（４）：１１－１4．

［５］徐富鋒．深度學習視域下一道電磁感應高考題的探討［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２３，52（９）：３5－３８．

［６］叢榮華，尹晨，王冰．面向深度學習的智慧課堂學習支架的構建［Ｊ］．長春師范大學學報，２０２３（１２）：１７３－１７7．

（欄目編輯 趙保鋼）

收稿日期：2024-07-04

基金項目：重慶市新領雁工程—麗澤物理卓越課堂建設基地研究成果之一；重慶市教育科學“十四五”規(guī)劃2024年度教學改革研究專項課題“指向核心素養(yǎng)的新卓越課堂建設背景下中學物理課堂效能提升研究”（K24ZG1080291）；重慶市九龍坡區(qū)教育科學“十四五”規(guī)劃2022年年度重點課題“新課標背景下初中物理課堂教學效能提升研究”（JL2022—06）。

作者簡介：申立麗（1980-），女，中學高級教師，主要從事中學物理教學工作。