指向深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)歷案設(shè)計(jì)研究
——以“向心加速度”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

卞望來(lái)

(江蘇省南菁高級(jí)中學(xué),江蘇 江陰 214437)

1 問(wèn)題的提出

1.1 何為深度學(xué)習(xí)

1976 年由馬頓和塞利約一起發(fā)表的《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別-1:成果和過(guò)程》中最初提到了深度學(xué)習(xí)．他們認(rèn)為淺層學(xué)習(xí)處于較低的認(rèn)知水準(zhǔn),是一種低級(jí)認(rèn)知技能的取得,涉及低階思維活動(dòng);而深度學(xué)習(xí)則處于高級(jí)的認(rèn)知水準(zhǔn),面向高級(jí)認(rèn)知技能的取得,涉及高階思維活動(dòng)．韋格爾認(rèn)為,深度學(xué)習(xí)有賴于條件化知識(shí)、元認(rèn)知和探究共同體．詹森等人認(rèn)為,深度學(xué)習(xí)是新內(nèi)容或技能的取得,其務(wù)必經(jīng)過(guò)一步以上的學(xué)習(xí)和多步的剖析或加工．我國(guó)學(xué)者何玲、黎加厚認(rèn)為深度學(xué)習(xí)是經(jīng)過(guò)理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思維和事實(shí),并將它們?nèi)谌朐瓉?lái)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,能將已有的知識(shí)遷移到新的情境中,并得出解決學(xué)習(xí)問(wèn)題的決策．

深度學(xué)習(xí)有以下4方面特征．(1) 理解學(xué)習(xí)．深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是對(duì)知識(shí)、觀念的理解,學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能深刻了解知識(shí)的本質(zhì),加深對(duì)深層知識(shí)和復(fù)雜觀念的理解．(2) 內(nèi)容整合．學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)將新信息與已知的觀念和原理聯(lián)系起來(lái),整合到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,從而引起對(duì)新的知識(shí)信息的理解及遷移應(yīng)用．(3) 自主建構(gòu)．在教學(xué)過(guò)程中,教師要想方設(shè)法為學(xué)生學(xué)習(xí)構(gòu)建平臺(tái),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的潛能,讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)．只有這樣學(xué)生才能對(duì)知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化,積極建構(gòu)形成穩(wěn)固的知識(shí)體系．(4) 遷移運(yùn)用．深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)情境深刻理解,在新情境中分析判斷差異并將規(guī)定思路遷移運(yùn)用．

1.2 什么是學(xué)歷案

“學(xué)歷案”是由華東師大課程與教學(xué)研究所所長(zhǎng)崔允漷教授最初提出的,它是教師設(shè)計(jì)的指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)用的文本,它是一種學(xué)習(xí)的認(rèn)知地圖、可多次使用的學(xué)習(xí)檔案．學(xué)歷案是在班級(jí)教學(xué)情景下,基于學(xué)生立場(chǎng),圍繞某一詳細(xì)的學(xué)習(xí)單元(主題或單位),從希望學(xué)生“學(xué)會(huì)什么”出發(fā),設(shè)計(jì)并開展“學(xué)生何以學(xué)會(huì)”的過(guò)程,方便學(xué)生自主建構(gòu)或共同建構(gòu)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)方案．詳細(xì)的說(shuō):學(xué)歷案是教師預(yù)設(shè)的、學(xué)生學(xué)習(xí)用的方案,主要幫助學(xué)生更好地進(jìn)行學(xué)習(xí),經(jīng)歷“真學(xué)習(xí)”,以達(dá)成意義與價(jià)值(經(jīng)驗(yàn)增加),展示某一學(xué)習(xí)片段的完整歷程．一份學(xué)歷案有6個(gè)方面內(nèi)容:學(xué)習(xí)主題,學(xué)習(xí)目標(biāo),評(píng)估任務(wù),學(xué)習(xí)過(guò)程,檢測(cè)與作業(yè),學(xué)后反思．這樣以學(xué)生為課堂主人,以教師為指導(dǎo)者,師生一起完成教學(xué)任務(wù),顯示了集體智慧的學(xué)歷案教學(xué)使用,給教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的方式均帶來(lái)了巨大變化．

1.3 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)歷案設(shè)計(jì)

指向深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)歷案設(shè)計(jì)就是要考慮學(xué)生認(rèn)知心理特征和知識(shí)水平,從知識(shí)的整體性和學(xué)生的思維入手,圍繞學(xué)生作為“學(xué)習(xí)者”的主體責(zé)任,為學(xué)生提供專業(yè)化的深度學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),設(shè)計(jì)多層次學(xué)習(xí)內(nèi)容,追求課堂上每位學(xué)生的“真學(xué)習(xí)”,把培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)落到實(shí)處．在設(shè)計(jì)中要注重提高學(xué)生的思維品質(zhì)、科學(xué)探究能力,培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．本研究的著力點(diǎn)是:特別注重學(xué)生學(xué)習(xí)“體驗(yàn)”的設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)個(gè)性化問(wèn)題的設(shè)計(jì),體現(xiàn)活動(dòng)設(shè)計(jì),突出學(xué)習(xí)方式(合作學(xué)習(xí)、實(shí)踐過(guò)程、借助工具等)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)“做”中學(xué)和“教”中學(xué)．促進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí),從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生成為課堂的主體．應(yīng)用學(xué)歷案進(jìn)行教學(xué),真正體現(xiàn)了以學(xué)生為中心,是進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的必由之路．

2 學(xué)歷案的呈現(xiàn)與評(píng)估

2.1 學(xué)習(xí)主題

向心加速度．人教版高中《物理》(必修2)第5章第5節(jié)．

2.2 課標(biāo)要求

理解向心加速度,掌握向心加速度二類表達(dá)式,會(huì)推導(dǎo)向心加速度公式．

2.3 學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1) 通過(guò)復(fù)習(xí)回顧,對(duì)比勻速直線運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng),由力的作用效果可知,學(xué)生能確定作圓周運(yùn)動(dòng)的物體是變速運(yùn)動(dòng),必定受力．

(2) 通過(guò)幾個(gè)實(shí)例讓學(xué)生分析作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,要受到什么方向的力．

(3) 由牛頓第二定律和理論推導(dǎo)二個(gè)方面得到勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度方向必定指向圓心．

(4) 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度的大小表達(dá)式,并比較二類表達(dá)式的差別．

(5) 分析平拋運(yùn)動(dòng)的加速度與勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)．

2.4 評(píng)估任務(wù)

(1) 通過(guò)對(duì)比剖析勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)及理解向心加速度方向．(檢測(cè)目標(biāo)1、2)

(2) 由理論和定律二方面確定勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度方向．(檢測(cè)目標(biāo)3)

(3) 通過(guò)三角形相似計(jì)算和實(shí)例分析向心加速度大小情況．(檢測(cè)目標(biāo)4、5)

2.5學(xué)法建議

(1) 勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種重要的曲線運(yùn)動(dòng),通過(guò)實(shí)例讓學(xué)生深刻理解它是一種變速運(yùn)動(dòng)．

(2) 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度方向是本節(jié)教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn),教學(xué)中要讓學(xué)生自己去領(lǐng)悟,運(yùn)用探究和牛頓第二定律二個(gè)方法得到,而且還要讓學(xué)生掌握其方向時(shí)刻在變化．

(3) 在實(shí)際應(yīng)用中,讓學(xué)生去掌握向心加速度的大小二個(gè)表達(dá)式的不同點(diǎn)．

(4) 學(xué)歷案中的A組作業(yè)練習(xí)為合格要求,B組為較高要求．

2.6 學(xué)習(xí)過(guò)程

2.6.1 課前準(zhǔn)備

復(fù)習(xí):勻速圓周運(yùn)動(dòng)的概念和描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及其公式?物體不受力或所受合力為零時(shí),物體處于什么樣的狀態(tài)?物體受力或所受合力不為0時(shí),物體又處于什么樣的狀態(tài)?

2.6.2 課中學(xué)習(xí)

探究1： 勻速圓周運(yùn)動(dòng)性質(zhì).

(1) 比較勻速直線運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)速度有什么不同點(diǎn)?受力上有什么不同點(diǎn)?(檢測(cè)目標(biāo)1)

圓周運(yùn)動(dòng)速度方向時(shí)刻改變,所以圓周運(yùn)動(dòng)是一種變速運(yùn)動(dòng),有加速度,物體受力作用．那么,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的加速度又有什么特征,受什么方向的力呢?

(2) 如圖1所示，地球繞太陽(yáng)做(近似地)勻速圓周運(yùn)動(dòng),地球受到什么力的作用?這個(gè)力沿什么方向?

圖1

(3) 光滑桌面上一個(gè)小球由于細(xì)線的牽引,繞桌面的釘子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),小球受到幾個(gè)力的作用?這幾個(gè)力的合力沿什么方向?(檢測(cè)目標(biāo)2)

學(xué)生活動(dòng),得出結(jié)論:物體所受合力指向圓周運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心,所以根據(jù)牛頓第二定律,加速度也指向圓周運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心．

追問(wèn):能否就此得出所有做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的加速度都如此?

答:不能,因?yàn)橹皇菐讉€(gè)特殊實(shí)例．我們應(yīng)從加速度的定義出發(fā),對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向定性分析．

環(huán)節(jié)評(píng)估:通過(guò)分析,讓學(xué)生初步掌握勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種變速運(yùn)動(dòng),因而有加速度,說(shuō)明物體受到力的作用．通過(guò)2個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體受力且指向圓心,由牛頓第二定律可得,加速度方向指向圓心．

探究2： 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向.

(1) 直線運(yùn)動(dòng)中的速度變化量:(圖2向右,圖3向左)

圖2 圖3

(2) 曲線運(yùn)動(dòng)中的速度變化量(如圖4).

圖4

(3) 勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的速度變化量.

圖5

結(jié)論:任何做勻速圓周運(yùn)動(dòng)加速度方向均指向圓心,這個(gè)加速度叫向心加速度．向心加速度方向時(shí)刻改變,向心加速度是變的．(檢測(cè)目標(biāo)3)

環(huán)節(jié)評(píng)估:這部分學(xué)習(xí)要求很高,由加速度的定義式出發(fā),由矢量關(guān)系可知,要知道加速度方向,只要知道速度變化方向,由直線運(yùn)動(dòng),到一般曲線運(yùn)動(dòng),再到勻速圓周運(yùn)動(dòng),逐步深入,加深了學(xué)生對(duì)向心加速度方向理解,夯實(shí)向心加速度概念,鞏固矢量運(yùn)算方法．教學(xué)中,我們遵循由特殊到一般,再到特殊,也有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究精神．

探究3：向心加速度大小.

又因?yàn)棣→0,AB弦長(zhǎng)與AB弧長(zhǎng)近似相等,即有s=rΔθ.所以加速度

課本第22頁(yè),思考與討論．(檢測(cè)目標(biāo)4)

案例：平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)都是特殊的曲線運(yùn)動(dòng),它們的加速度有何不同?(檢測(cè)目標(biāo)5)

答:平拋運(yùn)動(dòng)加速度為重力加速度,大小方向均不變,因而平拋運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)．

勻速圓周運(yùn)動(dòng)加速度為向心加速度,大小不變,方向不斷變化,因而勻速圓周運(yùn)動(dòng)是非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)．(可引導(dǎo)學(xué)生作圖分析)

環(huán)節(jié)評(píng)估:通過(guò)相似三角形推導(dǎo)得到向心加速度公式,通過(guò)學(xué)習(xí)書上實(shí)例分析什么情況下|a|與r成反比,|a|與r成正比．這樣的學(xué)習(xí)能使學(xué)生完整掌握向心加速度．后面通過(guò)一道例題的分析,鞏固了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度．

2.6.3 課后檢測(cè)

A組(鞏固練習(xí))：課本第22頁(yè)問(wèn)題與練習(xí):1-4.

B組(拓展練習(xí))：歸納勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度的大小、方向特點(diǎn),總結(jié)勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)?探究向心加速度的產(chǎn)生原因是什么?你能否推斷一般圓周運(yùn)動(dòng)的加速度嗎?

2.7 學(xué)后反思

(1) 通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí),請(qǐng)你回顧本課中3個(gè)探究課題:勻速圓周運(yùn)動(dòng)性質(zhì),勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向,向心加速度大小．你根據(jù)這樣逐步深入學(xué)習(xí)物理的安排對(duì)于今后的學(xué)習(xí)有什么啟發(fā),寫下你的感受．

(2) 關(guān)于本課學(xué)習(xí)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度,你有什么心得要與同學(xué)、老師交流?你能進(jìn)一步說(shuō)說(shuō)向心加速度的作用．

3 研究的意義

指向深度學(xué)習(xí)的高中物理學(xué)歷案設(shè)計(jì),要對(duì)學(xué)習(xí)問(wèn)題進(jìn)行較為詳細(xì)描述,引導(dǎo)學(xué)生去探究問(wèn)題,要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能將高中物理知識(shí)建成一個(gè)整體性的物理學(xué)習(xí)系統(tǒng)．實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目標(biāo)．

3.1 關(guān)注學(xué)生的發(fā)展?jié)摿?/h3>

本研究倡導(dǎo)“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式,將學(xué)歷案設(shè)計(jì)放在更為廣闊的時(shí)間和空間的背景下,關(guān)注每位學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程和結(jié)果,關(guān)注每位學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的途徑,讓設(shè)計(jì)的問(wèn)題著眼于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”,培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí),提高思維品質(zhì),提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,讓每位學(xué)生從學(xué)會(huì)到會(huì)學(xué),充分挖掘?qū)W生的潛能．

3.2 回歸課堂教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)．

本設(shè)計(jì)按“教-學(xué)-評(píng)一致性”的學(xué)習(xí)活動(dòng)來(lái)編制的,從自然科學(xué)的自身規(guī)律、學(xué)生的學(xué)習(xí)心理、認(rèn)知規(guī)律和教育基本規(guī)律出發(fā),積極考慮培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng),提高教師的專業(yè)水平,改善教學(xué)流程,優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程,引導(dǎo)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí),讓每位學(xué)生成為課堂的主角、學(xué)習(xí)的主體,讓課堂教學(xué)更科學(xué)、更有效．