重演知識發生過程 促進物理深度學習——以“運動的描述”教學為例

(1. 廣東省臺山市第一中學,廣東 臺山 529200;2. 廣東省深圳市龍華高級中學,廣東 深圳 518109)

1 引言

深度學習是一種基于高階思維發展的理解性學習,具有注重批判性理解、強調內容整合、促進知識建構、著意遷移運用等特征。如圖1所示，要實現深度學習，教師需要對教學內容進行整體規劃，設置真實的情境，使學生在重演科學探究的過程中，掌握科學思維方法，明了物理知識發生的原因、形成的經過及發展的方向，在解決實際問題的過程中學會遷移運用，通過思維導圖的制作建構較完整的知識體系，達到促進深度學習的目標。本文以“運動的描述”為例，探討在“知識重演”中促進深度學習的有效教學路徑。

圖1

2 重演知識的發生過程,促進深度學習

2.1 單元整體備課，構建知識架構

物理知識是存在嚴密邏輯關聯的有機整體，教學中不能因課時將它們割裂開，人為造成知識的碎片化。要以大單元備課的思路統整教學內容，將看似零散的知識串聯起來，知識的發生過程、科學的發展歷程或者學生現有的知識儲備都可以作為規劃知識重演的線索。單元整體備課的目的是構建知識架構，避免出現碎片化的淺層學習。

“運動的描述”一章以概念為主，是高中物理的開端，也是運動學的基礎，只有理解了這些概念，才能深入探究運動規律。教師在進行教學設計時，容易將單個運動學概念作為獨立的教學單元來處理，不利于學生形成知識體系。整體單元教學設計是要讓學生在學習中明白：為什么要引入這些物理量？它們之間有什么關聯？這些物理量是如何描述運動的？如何將這些概念作為一個整體，重演物理學家研究運動的過程？“運動的描述”整體教學設計框架如下：

(1) 描述物體空間位置變化需要的物理量及其科學方法(圖2);

(2) 用類比的方法引出速度和加速度的概念;

(3) 用速度和加速度描述物體的運動;

(4) 學習測量速度與加速度的實驗原理、方法。

圖2

本章規劃知識架構的思路是以學生現有分析問題的思路為主線，體現“有實際需要才引入新的物理量”的研究思路，與科學研究的發展歷程基本一致，也突顯了類比等科學方法，引導學生進行深度學習。

2.2 設置真實情景，回溯知識源頭

物理源自生活，物理概念的建立和規律的探究需要有合適的情境，真實的情境就是知識產生的源頭，能促進學生的知識建構，對抽象概念的構建起著關鍵作用。北京大學趙凱華先生指出：加速度是人類認識史上最難建立的概念之一,也是每個初學物理的人最不易真正掌握的概念。結合學生的生活經驗和知識基礎，對加速度的引入，進行如下的教學設計。

教學片段1：加速度的引入

環節1：播放中央電視臺科普綜藝節目“加油向未來”中張培萌與山鷹戰機50米競速的視頻(圖3)。

環節2：請從運動學的角度分析，人與飛機競速賽跑，最初張培萌為什么可以獲勝？

設計意圖：為解釋這一現象，學生能意識到是“起跑快”，但原有描述運動的物理量顯然無法描述“起跑快”，需要引入新的物理量來描述這種情況，使學生理解引入“加速度”這一物理量是為解決實際的問題，明確這一知識的來源。

環節3：列舉獵豹追捕羚羊和汽車銷售海報中的加速性能等生活實例(圖4)，用生活經驗體會加速度，說明引入加速度這一物理量的必要性。

2.3 經歷科學探究，發展科學思維

深度學習還包括學習有深度的知識，如科學知識的來源與產生、知識的作用與價值、知識間的關系與結構等，其中學習物理學研究中的科學方法是深度學習的重要內容。

教材內容多是科學研究的結果，是靜態知識，它略去了知識形成與發展的生動過程，尤其是物理學家們獨特的思維、精巧的方法，使學習者難以體驗探索和發現的喜悅。教師的任務就是要豐富教學內容，以問題鏈的形式引導學生進行科學探究，讓學生親自參與知識的再發現過程，像物理學家一樣思考問題，在學習與思辯中形成對客觀事物的本質及內在規律的認識與理解，將物理學方法內化，達成發展科學思維的目標。

教學片段2：描述物體位置變化

問題1：如何確定一個有形狀和大小的物體的位置？

問題2：如何用數學方法描述一個點的位置？

問題3：路程能否描述物體位置的變化？

問題4：如果一個物體運動的路程為10米，它的最終位置在哪里？

問題5：如何才能確定最終的位置，以上描述缺少了什么關鍵信息？

設計意圖:科學研究是一個復雜的思維過程，絕大多數學生是不能獨立完成的，因此，需要教師用問題引導學生的思考，以階梯式的問題降低思維跨度，讓學生體會科學探究帶來的成就感，激發學習興趣，使他們掌握科學探究的基本方法，提升其科學思維，培養他們的物理學科核心素養。

教學片段3：用類比方法建立加速度的概念(圖5)

圖5

環節1：物體的位置會發生變化，但不同物體位置變化情況不同，如何比較位置變化的快慢？

環節2：速度也是變化的，速度變化快慢也是人們關注的物理量，如何用類比方法比較速度變化的快慢？

環節3：與之相對應，加速度也可能是變化的，如何比較加速度的變化快慢？有實際價值嗎？速度變化快慢是一個很重要的物理量，與生活和科學研究密切相關。

第一，要增或減農村金融機構的政策性職能。農村地區的金融性機構要與地方政府合作，幫助政府共同完成鄉村建設目標，而在這個過程中，金融機構也能夠通過優化服務的方式開拓農村市場，創造更多的經濟利益，而經濟利益的實現必然是以地區整體經濟的發展為前提。

設計意圖:科學思維是物理學科核心素養的重要方面，是深度學習的重要內容，對科學思維方法的教學不能只用滲透的方式，需要在教學中適時顯化，圍繞教學內容展開學習，并在不斷學習中得到鞏固。類比方法是科學研究中常用的方法，也是高中物理學習的重要方法，通過類比建立加速度的概念，有助于學生掌握這一基本的科學研究方法，達到深度學習的目的。

環節4：搖一搖、智能接聽以及游戲控制功能的實現都是通過手機內的加速度傳感器來實現。

環節5：利用“手機物理工坊”等APP，用手機內的加速度傳感器測量手機運動的加速度(圖6)，感受生活中的加速度。

圖6

設計意圖:在理論學習后，需要實踐體驗，這是實現深度學習的重要途徑。由于應用打點計時器測加速度需要學生具備一定的理論和實驗技能，而應用手機傳感器測量加速度，操作簡單、直觀明了，能在真實情境下感受生活中的加速度，達到實踐體驗的目的，此實驗還為“自由落體運動”及“超重與失重”奠定了良好的基礎。

2.4 解決實際問題，提升關鍵能力

解決實際問題是實踐運用的過程，也是教學目標之一。《中國高考評價體系》要求：通過設置真實的問題情境，考查學生靈活運用所學知識分析解決問題的能力，允許學生從多角度作答，使“死記硬背”“機械刷題”“題海戰術”的收益大大降低，引導學生的關注點從“解題”向“解決問題”、從“做題”向“做人做事”轉變。

教學片段4：生活中的加速度計算

環節1：展示如圖4所示的汽車銷售海報，分析海報中與運動相關的信息。

環節2：由“百公里加速”所用時間計算汽車啟動階段的加速度。

教學片段5：測量速度

應用“打點計時器”“光電門、數字計時器”或“閃光照片”測量速度，這三種方法科學研究的背景比較濃厚，但儀器不方便攜帶及操作。而手機與生活關系密切，用于實驗，更能激發學生進行科學研究、解決實際問題的欲望。應用相機、手機“連拍”功能(需已知連拍時間間隔)合成的照片測速度(圖7)是“閃光照片”實驗原理的遷移應用；利用“模糊照片”(圖8)測速度(需知道照片曝光時間)是“光電門、數字計時器”實驗原理的遷移應用。還有用“滴水法”測量速度是“打點計時器”實驗原理的遷移應用等。

圖7

圖8

設計意圖:用手機等生活器材測速度具有項目式學習和綜合實踐活動的特征，體現了STSE的理念，在解決實際問題的過程中，培養學生靈活運用知識的能力，在動手動腦的過程中實現深度學習。

2.5 運用思維導圖，構建知識網絡

讓學生運用思維導圖完成知識體系的建構，可以更直觀地呈現物理概念、規律間的聯系，還原大單元的教學規劃。思維導圖還為師生、生生交流提供了良好的素材，形象直觀地顯示了制作者的知識結構的優缺點，使交流更有針對性。思維導圖“顯化”了研究問題的科學方法，突顯科學思維在科學探究中的重要作用，同時也使學生在建構思維導圖的過程中，逐漸養成運用科學思維方法研究問題的習慣。

為促進學生的深度學習，在教學中需要讓學生自主思考、積極參與，讓學生真正動起來。深度學習的課堂應突出“三大量”——大信息量、大參與量、大思維量，在物理教學中重演知識發生的過程，符合深度學習的課堂特征，是促進深度學習的有效路徑。