打造證據(jù)課堂從深度備課開始

姚秀偉 孫寶東 陳藝丹

(哈爾濱師范大學,黑龍江 哈爾濱 150025)

深度學習是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的有效途徑之一,而深度學習是與深度教學分不開的．因此深度備課、深度教學是學生深度學習的前提和保障．

證據(jù)意識作為“科學思維”素養(yǎng)的核心要點之一,是學生形成核心素養(yǎng)的重要思維前提．證據(jù)課堂是培養(yǎng)學生證據(jù)意識的主陣地,而證據(jù)課堂的打造需要教師深度備課深度設(shè)計,所以打造證據(jù)課堂應(yīng)從深度備課開始．本文以“多普勒效應(yīng)”一課為例,討論通過深度備課打造證據(jù)課堂．

1 深度思考,基于事實證據(jù)選擇感知素材

很多經(jīng)驗不足的教師習慣完全按照教材提供的素材和思路進行教學設(shè)計．但教材中并非所有素材都完全符合我們的教學實際,教師應(yīng)有針對性地二次開發(fā)教材,使其變成實施中的教科書．[1]

圖1 教材中給出的感知實驗素材

人教版物理教材2003年版和2017年版(以下簡稱新教材)中給出的“多普勒效應(yīng)”感知素材都包括一個生活實例(感受疾駛而過的汽車或救護車鳴笛音調(diào)變化)和一個演示實驗(如圖1快速轉(zhuǎn)動蜂鳴器,聽音調(diào)變化)．這兩個素材能否起到感知多普勒效應(yīng)的作用,還需教師基于身邊資源和事實證據(jù)進行判斷,從而決定是否選用該素材．

考慮到汽車行駛時通常不鳴笛,所以新教材將“汽車鳴笛駛過”的素材改成了“疾駛而過的救護車”．[2]但是很少有學生感受過疾駛狀態(tài)與靜止狀態(tài)下救護車鳴笛音調(diào)的不同,無法進行對比“取證”,很難建立疾駛而過與音調(diào)變化之間的因果關(guān)系．所以此素材更適合留至鞏固規(guī)律時選用,而不適合作為建立規(guī)律的感知素材．

圖2 一種小型蜂鳴器

對于“快速轉(zhuǎn)動蜂鳴器”的感知實驗,為鑒別實驗的直觀性,筆者利用身邊的小型蜂鳴器(如圖2)進行了教材中的演示．實驗發(fā)現(xiàn),無論是按教材方式轉(zhuǎn)動蜂鳴器,還是出于安全性考慮向下轉(zhuǎn)動,都能聽到明顯的音調(diào)變化,與蜂鳴器靜止時人耳聽到的恒定音調(diào)形成鮮明對比．為進一步獲取可分享的證據(jù),用裝有頻率測量軟件的手機充當人耳,記錄了蜂鳴器轉(zhuǎn)動過程中手機接收的頻率變化．數(shù)據(jù)顯示,固定發(fā)聲頻率為3024 Hz的蜂鳴器圍繞手機轉(zhuǎn)動時,手機接收頻率在3041～3008 Hz之間．若采用新教材推薦方法,在幾米以外聽蜂鳴器轉(zhuǎn)動時的音調(diào)變化(本實驗最遠距離為8 m),模仿學生在不同位置觀察實驗,效果依然明顯,說明本實驗符合直觀性原則,可滿足全班學生觀測需要,且小型蜂鳴器固定在長桿上,實驗安全性可以保障．綜上,本實驗適合作為多普勒效應(yīng)的感知素材．

2 深度設(shè)計,基于數(shù)據(jù)證據(jù)接近內(nèi)容本質(zhì)

作為感知實驗,轉(zhuǎn)動蜂鳴器的實驗呈現(xiàn)方式是否有利于學生對多普勒效應(yīng)本質(zhì)的感知呢?多普勒效應(yīng)的關(guān)鍵是“波源與觀察者互相靠近或遠離”時“接收到的波的頻率發(fā)生變化”．蜂鳴器轉(zhuǎn)動實驗容易讓學生誤認為多普勒效應(yīng)的出現(xiàn)與轉(zhuǎn)動有關(guān),而不利于學生對“靠近或遠離”這一關(guān)鍵條件進行感知和理解．為了讓學生明晰蜂鳴器轉(zhuǎn)動其實是引起了波源與觀察者之間的“靠近或遠離”,還要另外做解釋,而且還會牽涉二者之間的垂直運動,而垂直運動引起的多普勒效應(yīng)在高中階段是不討論的．由此可見,轉(zhuǎn)動蜂鳴器的實驗呈現(xiàn)方式對于高中階段的學習來說,包含了一些干擾規(guī)律理解的無關(guān)因素．為避免上述干擾,可將蜂鳴器轉(zhuǎn)動變成平動,讓學生分別感受蜂鳴器靠近和遠離過程的音調(diào)變化,輔以頻率測量．圖3為蜂鳴器相對手機(觀察者)靠近或遠離時,手機接收到的頻率變化．若保持蜂鳴器靜止,手機靠近或遠離,結(jié)果與圖3數(shù)據(jù)規(guī)律一致,體現(xiàn)了多普勒效應(yīng)是運動相對性的結(jié)果．

圖3 手機接收到的蜂鳴器發(fā)聲頻率變化

通過數(shù)據(jù)證據(jù),學生可將頻率變化與“靠近或遠離”建立直觀聯(lián)系,從而更接近多普勒效應(yīng)的本質(zhì)．

3 深度探究,基于雙重證據(jù)走出理解誤區(qū)

關(guān)于多普勒效應(yīng)的本質(zhì),很多學生包括大學生往往存在這樣的理解誤區(qū):在波源與觀察者之間相互靠近或遠離時,是距離變化導(dǎo)致接收到的波的頻率發(fā)生了變化,而認識不到相對運動才是多普勒效應(yīng)的本質(zhì)原因．通過深度探究獲取可視化證據(jù),可以幫助學生更好地建立正確認識、走出理解誤區(qū)．在基于定性感知總結(jié)出多普勒效應(yīng)的內(nèi)容之后,增加深度探究,引導(dǎo)學生獲取和對比圖4實驗數(shù)據(jù),直觀體驗蜂鳴器不動，手機在遠離或靠近蜂鳴器過程中,如果手機靜止,接收到的頻率將與蜂鳴器發(fā)出的頻率相同,而與距離遠近無關(guān)，從而讓學生理解多普勒效應(yīng)的實質(zhì)不是距離變化．

圖4 手機運動或靜止時手機接收頻率對比

在此基礎(chǔ)上,再利用教材中的模擬實驗進行理論探究,讓學生借助實驗數(shù)據(jù)和理論分析雙重證據(jù)走出理解誤區(qū)．同時培養(yǎng)學生的證據(jù)意識,促成深度學習．

4 深度呈現(xiàn),基于證據(jù)體驗理解規(guī)律應(yīng)用

從現(xiàn)象到規(guī)律,再到規(guī)律應(yīng)用,是人類對科學的一般認識模式．[3]教材中以水下多普勒測速儀的照片創(chuàng)設(shè)真實情境,并用文字闡述了多普勒效應(yīng)的幾種典型應(yīng)用．利用教材資源可以順利完成多普勒效應(yīng)應(yīng)用部分的教學,并達成課標的內(nèi)容要求．

但考慮到素養(yǎng)目標的落實,兼顧“學生基于證據(jù)和邏輯對問題作出合理解釋的意愿和能力”還有待提高的實際學情,規(guī)律應(yīng)用部分可以繼續(xù)采取“打造證據(jù)課堂”的深度備課方式,利用圖5所示的自制裝置變教材上的靜態(tài)圖文情境為真實的動態(tài)演示情境,在真實問題的引領(lǐng)下,用圖5裝置呈現(xiàn)電磁波(微波)也具有多普勒效應(yīng)的證據(jù),再進一步演示頻率變化與運動速度之間的關(guān)系,讓學生基于證據(jù)體驗理解多普勒效應(yīng)的應(yīng)用原理,從而使規(guī)律應(yīng)用有機成為規(guī)律建構(gòu)的一部分,同時讓學生學會為自己的觀點提供證據(jù)支持,培養(yǎng)證據(jù)意識和證據(jù)思維,達成科學素養(yǎng)培養(yǎng)目標．在此基礎(chǔ)上,再過渡到以超聲波和光波為載體的多普勒效應(yīng)的應(yīng)用學習,學生則更容易完成知識的有意義遷移和系統(tǒng)建構(gòu),也更容易在遇到類似的情境時能有意愿有能力基于證據(jù)和邏輯對問題作出合理解釋,提高學生的科學思維和解決實際問題的能力．

總之,為打造證據(jù)課堂,培養(yǎng)學生的證據(jù)意識,教師在備課時就要有意識地基于證據(jù)選擇教學資源,將證據(jù)和邏輯融入教學環(huán)節(jié)和教學活動的設(shè)計,把發(fā)展學生科學思維和解決實際問題這兩個深度學習目標融入備課思考和教學設(shè)計中,用深度備課和深度教學幫助學生實現(xiàn)深度學習．

圖5 微波多普勒效應(yīng)演示和測速裝置