基于深度學習理念的高中物理教學實踐①
——以“交變電流”教學為例

章 強 龐惠華

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

1 深度學習與物理課堂教學

當前物理教學中存在以下問題：教師注重知識的傳授和習題的反復訓練，忽視學生習得新知識和形成知識體系的過程；注重學生對知識掌握的熟練程度，忽視培養學生的興趣和自主探究能力。學生在學習過程中也必然習慣性養成“被動接受”的學習方式，在面對新情境、新問題時往往束手無策。

深度學習圍繞學科核心內容整合教材相關章節，開展基于項目、問題、探究、挑戰的學習，有助于學生獲得更多主動學習的經歷。美國著名教育家布魯姆將在認知領域的學習目標分為“知道、領會、應用、分析、綜合及評價”六個層次，深度學習對應于后四個較高級的認知層次，強調對“學習本質”的回歸，不僅注重知識的習得，還注重學生學習過程的體驗，側重于高階思維能力的發展和復雜問題解決能力的提升。

基于深度學習理念的課堂教學應該具備如下特征：(1)用教材而不依賴教材，能對教材內容進行重組和補充，提煉出深度學習的框架；(2)重知識更重過程，尊重學生的認知規律，讓學生有足夠的時間真正去探究；(3)在關注學習結果的同時，更注重激發學生的學習興趣，提升其思維能力，讓學生在遇到新問題時，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的“聚焦核心素養，實施深度教學”公開教學活動，對“交變電流”的教學進行了分析和改進。

人教版教材在“交變電流”一節中，通過手搖發電機的實驗演示，讓學生來區分交變電流與直流電，然后介紹交流發電機的構造，最后通過對四個不同時刻的分析，總結出交流電的產生機理。仔細對比教材內容和課堂教學實際，筆者發現：(1)教材只是精煉地介紹了本節學習的知識重點，交流電作為電磁感應的應用，課堂教學應喚醒學生應用已有知識來解決問題的意識；(2)本節的教學難點是學生的自主建模，建模應是教學的重要環節。經過深度分析教材，筆者把“交變電流”一節的教學分為以下環節：情境導入、概念介紹、討論建模、數學推導、得出結論(圖1)。

圖1

3 教學活動的設計與開展

3.1 模擬發電情景，激發探究興趣

教材中的課題引入是用演示實驗展示交流電的特征，在手搖發電機兩端分別并聯兩個極性相反的發光二極管，當手搖發電機轉柄時可以看到發光二極管交替閃亮。通過實驗現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目標中正弦交流電的特征，經過反復實踐，筆者選擇了微型風力發電機(圖2)，結合電流傳感器來顯示交流電隨時間變化的關系。教師在授課中邀請學生操作，增加了學生的參與機會，在呈現圖像時選擇風力發電機即將停止前的一段圖像(圖3)，引導學生思考分析，課堂實錄如表1。

圖2

圖3

表1

3.2 辨析設備構造 提高建模能力

微型風力發電機的內部構造不可見，課堂中引導學生應用已有知識猜想：風力發電機內部應該有哪些元件？通過上一章“電磁感應”的學習，學生自然想到磁鐵和線圈。教師展示手搖式發電機，肯定大家猜想的正確性，但由于實驗室手搖式發電機構造較為復雜，其中磁場是輻向磁場(圖4)。改變手搖式發電機中的磁場，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，改進型手搖式發電機同樣可以使發光二極管交替閃爍(圖5)。

圖4

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

圖6

3.3 設計學習任務，引導真正探究

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

在模型建構環節，從線圈轉動的“一般位置”入手，讓學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，分析后學生自然明白線圈轉動的“一般位置”是在兩個特殊位置學習基礎上的整合。尊重學生的認知規律，注重學生在學習過程中的體驗，讓學生學會學習，才會回歸學習的本質。

在線圈轉動“一般位置”處電動勢瞬時值表達式的推導過程中，筆者針對圖7所示的情景，設計了6個問題(表2)，鋪設足夠的臺階，減少問題的坡度，使學生保持足夠的學習自信。

圖7

表2

3.4 比較推導方法，增加思維廣度

教材中正弦式交流電瞬時值的推導方法是建立在“轉動切割”模型之上的，用的是動生電動勢公式E=BLV，但從感應電流產生的本質來看是閉合回路中的磁通量發生變化。引導學生分析線圈轉動過程磁通量的變化規律也是本節內容深層次的認知要求，學生可以分析得出磁通量隨時間的變化滿足余弦規律(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律在同一個時間軸上呈現，深度對比兩個物理量在峰值、相位、周期以及表達式的區別和聯系?！笆谌艘贼~不如授之以漁”，學生學會了對比和知識遷移，事半功倍。

拆開風力發電機的后蓋，可以看到風力發電機和手搖式發電機在構造上有所不同，風力發電機是旋轉磁極式，而手搖式發電機是旋轉電樞式。

4 結語

深度學習要求培養學生的高階思維，使學生具有較強的邏輯分析能力、批判思維能力和解決復雜問題的能力。高中階段對科學思維培養的要求為：具有構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推理、找出規律、形成結論，并能解釋自然現象和解決實際問題。深度學習理念和物理學科核心素養的培養目標不謀而合，在高中物理教學中，不僅要注重知識學習的結果，讓學生獲得知識和技能，同時也要關注學生學習的過程和認知規律，發展學生的高階思維。基于深度學習理念的高效課堂關注學生的自然成長，不僅關注“學了什么”，而且還關注“學會了什么”，真正培養具有高階思維能力、具有創新意識的新時代科技人才。