基于真實(shí)物理情境在深度學(xué)習(xí)中的教學(xué)探究

周見林

摘要：《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出中學(xué)教學(xué)要聚焦學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，本文選取三個(gè)案例，提出通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)物理情境，促進(jìn)學(xué)生思維層次遞增，在深度學(xué)習(xí)中提升核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：真實(shí)情境;深度學(xué)習(xí);核心素養(yǎng)

在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中，提出了中學(xué)教學(xué)要聚焦學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，推行在真實(shí)情境下的深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)，是指在教師引導(dǎo)下學(xué)生積極投入到批判性學(xué)習(xí)中，優(yōu)化自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在真實(shí)情境的探究中獲得發(fā)展。

本文通過(guò)三個(gè)案例，展示如何創(chuàng)設(shè)真實(shí)物理情境，通過(guò)深度學(xué)習(xí)，學(xué)生在課堂中實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

一、基于問(wèn)題創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的思維體驗(yàn)

美國(guó)教育家德加默說(shuō)“提問(wèn)得好即教得好”。“好問(wèn)題”通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的生活體驗(yàn)，激發(fā)其求知欲，引發(fā)其深度學(xué)習(xí)。

例如，在“4.6 超重和失重”的學(xué)習(xí)中，課文最后提出火箭發(fā)射加速上升時(shí)、航天器在太空軌道上運(yùn)行時(shí)等超重、失重的情境，但學(xué)生對(duì)此情境感受不清。此時(shí)，老師可以結(jié)合學(xué)生的體驗(yàn)從物理的角度提出問(wèn)題：人坐電梯會(huì)有“沉”或“飄”的感覺(jué)，它對(duì)人體內(nèi)臟之間產(chǎn)生的壓力會(huì)如何變化呢？

以下是以問(wèn)題創(chuàng)設(shè)的三個(gè)情境及各自的思維體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生深入體驗(yàn)“超重、失重”，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維水平的發(fā)展。

[層次1]火箭發(fā)射時(shí)，宇航員要承受超重的考驗(yàn)。某火箭發(fā)射過(guò)程中，有一段時(shí)間的加速度達(dá)到3.5g，問(wèn)：該宇航員對(duì)座椅的壓力為自身體重的幾倍？

思維體驗(yàn)1：由計(jì)算可知，大約為自身體重的4.5倍。

老師：如果一個(gè)體重與你相當(dāng)?shù)娜苏驹谀愕募缟希敲茨銓?duì)地面的壓力是自重的幾倍？

學(xué)生：是自重的2倍。

老師：要想達(dá)到你對(duì)地面的壓力是自身體重的4.5倍，相當(dāng)于你身上背了3.5個(gè)自己。請(qǐng)問(wèn)，這樣的重，你能承受嗎？

[層次2]上面情況下，質(zhì)量為1kg的體內(nèi)臟器，在該超重過(guò)程中需要的支持力有多大？

思維體驗(yàn)2：由計(jì)算可知，需要45N的支持力。

老師：如果“你”是宇航員的內(nèi)臟，此時(shí)與平時(shí)相比，有何不同體驗(yàn)？

學(xué)生：平時(shí)，周圍對(duì)“我”10N的支持力就夠了，現(xiàn)在需要45N的力，恐怕適應(yīng)不了。

[層次3]通過(guò)以上分析，火箭升空時(shí)，宇航員是直立，是平坐，還是平躺合適？

思維體驗(yàn)3：宇航員由于需要承受幾倍的重力，為了減輕這種負(fù)擔(dān)，所以最合適的方式是平躺，一定程度上能緩解這種幾倍的壓力。

二、基于圖視創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出“在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中要重視情境的創(chuàng)設(shè)”，“創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用”。

有意識(shí)地選擇學(xué)生日常生活中經(jīng)常接觸到情境作為素材，可以激發(fā)學(xué)生認(rèn)知上的沖突，提升他們的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與深度，從而有效幫助學(xué)生優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

例如，在考查振動(dòng)與波的知識(shí)中，經(jīng)常出現(xiàn)對(duì)波面理解，如2020年1月浙江省選考第16題：“波源O垂直于紙面做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，所激發(fā)的橫波在均勻介質(zhì)中向四周傳播，如圖1中虛線表示兩個(gè)波面……”。

學(xué)生對(duì)水波波面的實(shí)際觀看體驗(yàn)有但不深，所以可以采用圖片展示或視頻播放的方式來(lái)創(chuàng)設(shè)情境，如圖2（a）、圖2（b）所示。其中圖2（b）是一個(gè)水面波與多普勒效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)視頻，通過(guò)觀看能讓學(xué)生有直觀的體驗(yàn)和感受，起到更好的教學(xué)效果。

[例題]“蜻蜓點(diǎn)水”是常見的自然現(xiàn)象，蜻蜓點(diǎn)水后在平靜的水面上會(huì)出現(xiàn)波紋。某同學(xué)在研究蜻蜓運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中獲得了一張蜻蜓點(diǎn)水的俯視照片，照片反映了蜻蜓連續(xù)三次點(diǎn)水后某瞬間的水面波紋。如果蜻蜒飛行的速度恰好與水波的傳播速度相等，不考慮蜻蜓每次點(diǎn)水所用的時(shí)間，在下列四幅圖中，與照片相吻合的是（）

如今的學(xué)生很少見到“蜻蜓點(diǎn)水”的現(xiàn)象，百度搜索也只能搜到如圖3（a）所示的一次點(diǎn)水的照片。怎樣讓學(xué)生感受到連續(xù)多次點(diǎn)水的情境呢？可以變通讓“瓦片打水漂”的照片替代，或拍錄一個(gè)“瓦片打水漂”的視頻來(lái)替代“蜻蜓點(diǎn)水”的情境，如圖3（b）所示。

三、基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提升學(xué)生的探究能力

學(xué)生在真實(shí)情境中更容易對(duì)事物形成物理前概念，可以把問(wèn)題設(shè)計(jì)情境化，讓學(xué)生在情境中不斷生成問(wèn)題，解決問(wèn)題，從而有效實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

例如，在《光的偏振》一課中，學(xué)生對(duì)“波的振動(dòng)方向”與“狹縫”方向平行或垂直時(shí)傳播情況的理解，只能機(jī)械地按照課本圖片進(jìn)行理解，但沒(méi)有任何實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)。為此，教師可以通過(guò)設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)?zāi)M”、“實(shí)驗(yàn)演示”等實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題在真實(shí)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，理解掌握光的偏振的特性和本質(zhì)。

[層次1：實(shí)驗(yàn)?zāi)M]

實(shí)驗(yàn)器材：如圖4（a），學(xué)生電源、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈力線（1mm左右）、自制紙盒狹縫。

原理：選擇淺色的彈性線，使其振動(dòng)形成寬度達(dá)4cm左右的繩波;選擇黑板作背景，形成明顯的色差，讓學(xué)生能夠觀察到比較明顯的現(xiàn)象;讓“繩波”平行或垂直穿過(guò)自制紙質(zhì)“狹縫”，觀察“繩波”在“狹縫”后的傳播情況。

步驟：彈力線一端拴住打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振針，另一端讓學(xué)生拉直彈力線;打開電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器振針的振動(dòng)會(huì)在彈性線上形成一列繩波，讓“狹縫”分別沿平行和垂直方向套住繩子來(lái)進(jìn)行探究。

現(xiàn)象：當(dāng)繩波振動(dòng)方向與“狹縫”平行時(shí)能穿過(guò)，如圖4（b）所示;當(dāng)“狹縫”轉(zhuǎn)動(dòng)到與繩波振動(dòng)方向垂直時(shí)，繩波一點(diǎn)也通不過(guò)，被“狹縫”完全擋住，如圖4（c）所示。

[層次2：實(shí)驗(yàn)演示]

實(shí)驗(yàn)器材：4組偏振實(shí)驗(yàn)器材、偏振片、手電筒+電池等。

原理：1.當(dāng)大角度快速轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，學(xué)生能觀察到黑板上透射光的亮度變化;但當(dāng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，光照區(qū)域亮度變化不明顯。2.設(shè)計(jì)對(duì)比演示，分4組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，但偏振片角度各不相同，透射光投射到黑板上對(duì)亮度進(jìn)行同屏比較。

步驟：1.把4只手電筒放在桌架上，打開手電照射到黑板上，得到亮度基本相同的四束光影，如圖5（a）所示。2.將4組偏振器材按照0°、30°、60°、90°順序排放在近手電筒光圈前，觀察比較黑板上光影的亮度，如圖5（b）所示。

現(xiàn)象：當(dāng)檢偏器的透振方向平行與起偏器的透振方向（0°）時(shí)，光線能通過(guò)偏振片，當(dāng)兩者方向垂直（90°）時(shí)光線被遮擋不能透過(guò)檢偏器。

華師大崔允漷教授指出深度學(xué)習(xí)有四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：高認(rèn)知，高投入，真任務(wù)和真情境，以及反思。深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)，應(yīng)當(dāng)基于真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，最終促成學(xué)生解決物理問(wèn)題的能力。

所以，通過(guò)教師策略性的引導(dǎo)，學(xué)生圍繞真實(shí)物理情境展開學(xué)習(xí)，以創(chuàng)設(shè)的模擬演示作為起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)思維層次升華，從而形成正確的物理觀念，提高實(shí)驗(yàn)探究能力，樹立起正確的科學(xué)思維水平。

參考文獻(xiàn)

1 李允和.促進(jìn)物理問(wèn)題解決深度學(xué)習(xí)的教學(xué)探討[J].物理教師，2020（11）：13—15.

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