物理教學從知識傳輸到深度學習的轉變
——以“一般的拋體運動”為例

吳 敏 劉霽華

（1.常州市第二中學，江蘇常州 213003；2.常州市教育科學研究院，江蘇常州 213001）

1 問題的提出

深度學習與孤立記憶和非批判性地被動接受知識的淺層學習相對，是在理解的基礎上，批判性地學習新知和思想，并將其融入已有的認知結構中，建立聯系并能遷移到新情境中，作為決策和解決問題的一種學習.［1］這種學習直接指向了對學習內容的本質理解與思考，指向了有效的學習遷移和真實問題的解決，指向了學習者批判性、創造性等高階思維的培養，指向了積極的學習動機和正確價值觀的形成，這些實質上都是核心素養培養的基本要素.

但當前教學以知識為中心，灌輸、平移學習內容的淺層學習仍然支配著課堂，教師重講授、輕實踐，重結論、輕過程的簡單性、確定性教學方式還普遍存在.開展深度學習，采用怎樣的教學方式、教學策略，使學生成為真正的“探究者”“思考者”而非“記憶者”，是當前物理教學的現實問題.本文以人教版新教材“一般的拋體運動”［2］為例，提出我們在實踐中開展深度學習的轉變與思考，和同行們探討.

2 物理教學開展深度學習的轉變

2.1 教學內容的定位轉變——從“重難點”轉變為“發展點”

一般的拋體運動是平拋運動之后的教學內容，在實際教學中由于在高考中不要求進行運算考查，所以“委屈”地變成了教師心目中的非重點內容，教學安排一般是寥寥數語交代水平、豎直分解的處理方法，推導出若干關系式，對蘊含的深層意義不做探討.這種主體被“告知”的過程，使這部分“非重點”內容失去了開展深度學習的價值.站在深度學習的角度，“一般的拋體運動”具有著拓展運動多樣性和普遍性的認識、開展在平拋基礎上遷移運用和變式思考的重要價值，是學生核心素養培養的絕佳素材，是培養遷移創新能力的重要“發展點”.

2.2 提出問題的性質轉變——從“知識性”轉變為“本源性”

知識性問題，直接指向結論，只能帶來表面化的認識.而指向科學本源和本質性的問題，則能觸發對現象的深刻思考，使學習由知識傳授轉變為真實的研究，促進深度理解.［3］

情境體驗：展示校園花圃里噴水的場景，觀察水流在空中劃過的痕跡，順利地從平拋過渡到斜拋.拋接球（氣球、皮球）的體驗活動認識到空氣阻力的影響，建立理想化的斜拋運動模型.

提出問題：在平拋運動的研究中，我們根據其受力特點和運動特點，提出平拋運動是水平方向的勻速運動和豎直方向的自由落體運動的合運動，而且這兩個分運動是獨立的.

問題1：運動的獨立性是普遍規律嗎？斜拋運動是否適用？

問題2：根據運動的獨立性，結合受力、運動特點，斜拋運動可以如何處理？

這里問題的提出方式從傳統的“斜拋運動可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的豎直上拋運動嗎？”等表象的結論性問題轉變為對科學內在的一般性、普適性的追問.

2.3 實驗探究的目的轉變——從“獲得結論”轉變為“研究發現”

實驗探究：如圖1，實驗儀器為電磁定位系統“Magic板”和“拋子”信號源（Dis集成的硬、軟件系統），Magiac 板捕捉信號源在空中的位置，可以記錄“拋子”在空中的軌跡.如圖2，選擇50 Hz，設置“拋子”零點，點擊開始記錄，利用彈射裝置把“拋子”斜拋出去，即可得到合運動和兩個分運動的空中點跡.如圖3，利用系統提供的數據處理功能，可得x、y方向的速度圖像的擬合線，得到兩個方向上的加速度.

圖1

圖2

圖3

結果評價：加速度的數值理論上水平方向應該為零，豎直方向為9.8m／s2，但實驗結果卻會隨機性地出現較大偏差.如果簡單歸結為實驗誤差或空氣阻力，便得出結論，這種教學方式顯然是不深刻的，很可能掩蓋了事實真相.

提出問題：為什么有時的數據比較好，有時偏差較大呢？實驗誤差是空氣阻力造成的嗎？

實驗探究：和學生一起用手機慢鏡頭追蹤“拋子”運動的“真相”.發現原來是“拋子”在拋出后，有時會在空中出現翻轉現象，有時不翻轉，導致了實驗的不可重復.

借助Magic魔板便捷地追蹤、顯示了斜拋運動的軌跡，自帶的數據分析功能用于說明水平、豎直兩個方向上的分運動規律.但是，我們后續的研究過程，打破了學生把實驗問題簡單機械地歸結為空氣阻力的淺層思維，使學生們認識到現代技術支持下的實驗也存在著各種不確定的偶然因素.搞清其原因，不僅能探尋準確的結論，更能培養學生的科學態度，展示了從“獲得結論”到“研究發現”的深度學習過程.

2.4 數據處理的過程轉變——從“被動接受”轉變為“自主設計”

選擇“拋子”不翻轉的實驗數據展開分析.盡管系統已經給出了兩條圖像，但其過程是不可見的，存在著“被動接受”的缺憾.教師導出豎直方向運動的（水平方向原理相同，略）實驗數據讓學生“自主設計”數據的分析.

自主設計：嘗試1：利用豎直方向數據直接在Excel軟件中繪制圖像，擬合為二次函數（如圖4），得到重力加速度.

圖4

圖5

圖6

結果評價：（1）在上述圖像法處理數據中，展示了“化曲為直”的多種方法，對學生的數據處理能力是很好的培養.（2）信息化處理同一組數據，兩種擬合出的直線圖像，得到的結果存在小量誤差，說明電腦的擬合線也存在選擇性的差異.

不能讓“一鍵式”的信息化手段使學生成為實驗的旁觀者，而是要設計活動，讓主體親身參與實踐，開展對數據的自主分析，培養學生處理實驗數據的能力，才能實現深度學習.

2.5 拓展學習的方式轉變——從“簡單告訴”轉變為“遷移創新”

在原有情境和問題解決的基礎上開展拓展學習，是開展深度學習的重要手段.但在教學中常常出現為拓展而拓展現象，采用“簡單告訴”的方式，這就失去了深度學習的價值.我們把平拋擊中自由落體運動的現象，遷移到斜拋運動，對比研究，形成思維沖突，推動深度思維的發展.

對比實驗：教師用圖7儀器開展實驗，在平拋與自由落體運動中，激光器瞄準小球，發射子彈的同時小球自由下落，在空中發生碰撞.管口傾斜，激光器仍然瞄準小球，教師設問：這次能碰撞嗎？實驗演示，手機動態鏡頭APP回放實驗過程，同步生成如圖8所示的頻閃照片.

圖7

圖8

提出問題：同學們，能解釋平拋與自由落體運動小球碰撞的現象嗎？如圖9，平拋的子彈和同時自由落體小球始終保持在同一高度，同一時刻位置的連線是平行線.

圖9

類比問題：斜拋子彈與自由落體的小球，同一時刻子彈和小球的位置也連起來，會是什么情況呢？

生成發現：如圖10，同一時刻子彈和小球位置的連線居然也是平行線，相互的平行線意味著什么呢？根據平行的幾何關系，自由落體下落的距離與斜拋運動相對于初速度方向上的豎直下落距離相等.以此類推，任意相等時間內，對應的兩段豎直距離總是相等，即斜拋運動在豎直方向上與自由落體同步.再觀察沿初速度方向上，很明顯，相等時間內都是等距的線段，這表明沿初速度方向上做的是勻速直線運動.這一生成發現建立在直觀生動的實驗情境上，徹底擺脫了單向直白的說教.

圖10

拓展延伸：平拋運動分解為初速度方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動，斜拋運動也可以分解為初速度方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動.（如圖11）

圖11

形成觀念：運動的獨立性原理具有一般性，不一定非要在水平和豎直兩個方向進行分解.教師舉例豎直上拋、豎直下拋公式，都是這一原理的具體表現.通過拓展延伸形成了物體運動的多樣統一、物理原理的簡單自洽，體現出力的獨立作用原理和運動獨立性原理是普遍規律.

3 物理教學開展深度學習的思考

上述教學過程說明深度學習的實現不是新奇實驗的表演，也不是知識難度的提升，更不是教師單向的拓展.在教學過程中需要我們關注以下幾個問題.

3.1 善于運用技術，發揮技術的教育功能

現代技術在物理教學中的應用為問題的研究創設了平臺，為深度學習的開展提供了支持.教學中要避免學生成為現代技術的單向“接收器”和“觀賞者”，要根據不同的任務需要，借助技術手段對學習內容進行深度加工，將技術的功能轉變為開展深度學習的有效手段，使學生成為技術的選擇者、使用者、評價者.例如，借助信息技術開展實驗過程的追蹤與分析，進行自主的數據分析與評價，在上述圖9、圖10中，利用技術實現了子彈擊球從動態畫面到靜態畫面的自動轉變.學生通過對真實實驗情境的對比分析，發現了斜拋運動新的處理方法，打破了之前水平、豎直分解的思維定式，推動主體思維的深化.

3.2 合理提出問題，關注物理現象的本質

深度學習，不是知識難度的加深，而是研究的問題具有發展思維、建構意義的價值.這要求我們在教學中能夠依托物理現象，提出本源性、本質性、實踐性問題，以此展開有效的問題解決實踐，在實踐中落實自主決策、自我調整、共同發現等發展高階思維的深度學習過程.

3.3 基于原有經驗，落實主體真實的參與

深度學習，不是知識容量的增加，而是主體思維的真實參與.只有在學生已有經驗的基礎上，開展遷移性、對比性研究，才能形成思維沖突，實現深度學習所期望的知識結構重組與理解的深化，反之可能變成被動接受更多的知識.所以學生的主動參與，特別是在原有思維和經驗基礎上的發現和發展，才是有意義的深度學習.