深度學習理論下的初中物理單元整體教學的實踐

黃嘉鑫

摘? ?要：立足物理課程標準要求和教材內容，基于深度學習理念，堅持踐行新教學思想為導向，以滬科版八年級第七章“力與運動”為例，探討深度學習理念在初中物理單元整體教學中的應用實踐，以促進新課程教學模式的改進，為物理教師在課堂教學中落實核心素養提供借鑒與可操作性思路。

關鍵詞：深度學習；單元整體教學；核心素養

深度學習具有三個基本特征：批判性思維的形成、知識遷移的應用以及問題的解決。其中，問題的解決是深度學習的一個重要根基點。以教師講授為主的傳統課堂是按“習得—記憶—鞏固”這一順序展開，而現代的課堂則側重于以問題探究為導向，倡導學生經歷“情境—問題—探究—結論—反思—表達—評價—應用—創新”這樣的深度學習模式。基于深度學習的課堂教學發生了重要變革：當代課堂已由“教師的陣地”轉換為“自主學習的陣地”；從以“素養目標—目標達成—效果評價”為單位的程序類課程轉變為“提出主題—進行探究—參與表達”為單位的項目類課程；從班級授課制的模式轉向學生合作學習的模式[ 1 ]；提倡學生在合作中探究，在探究中學習。要真的開展初中物理深度學習，教師首先要先理解深度學習的教育理念，在教師教學方式、學生評價方式等多方面的教育教學理念進行更新，從單元整體教學設計為出發點，目標是指向發展學生的物理核心素養。

物理學是一門以實驗探究為基礎的科學，進行科學探究是物理教學的重要組成部分，下面以滬科版八年級第七章“力與運動”為例[ 2 ]，從單元整體教學方式和深度學習理念這兩個維度展開。

1? 教學目標的確定

1.1? 章節整體教學目標的確定

在單元整體教學目標的確定中，要注重整體性、關聯性、綜合性三大原則。

“力與運動”這一章節的教學目標是：知道同一條直線上的二力合成。了解二力平衡的達成條件；通過實驗和合理的科學推理，認識牛頓第一定律；能運用物體的慣性現象解釋自然界和生活中的有關現象[ 3 ]。可見，本章節的知識點具有較強的綜合性。

單元整體教學要求教師先分析本章節內容的內在關聯性，并進行科學整合，以形成教學單元或教學主題，再圍繞單元學習主題將教材內容進行重構，其目的是發展學生的物理核心素養。在新版課程標準中，“力與運動”這一章節的一級主題是運動和相互作用，二級主題是力與運動。

1.2? 單元教學目標的確定

本單元主要采用情境創設、科學探究的教學方式來實現單元教學目標。在情境中引導學生認識觀察、類比、歸納等認識事物的重要方法，并建立相關概念，感受物理與生活的緊密聯系。在科學探究活動中引導學生完整經歷問題、證據、解釋、交流四個環節，體會轉換、等效替代、模型建構等初中物理常用的研究方法在物理抽象概念的建，研究結果的直觀性、準確性與全面性所起的重要作用。

1.3? 單元作業目標的確定

通過設計，編制多樣化、層次性的作業，實現全體學生的發展；實現學生知識思維的可視化，并促進學生思維從低級水平到高級水平的進階；在情境的選擇中關注作業的育人功能。

1.4? 教材分析與教學單元重組

1.4.1教材分析

在教材中，“力與運動”這一章節是按牛頓第一定律第一課時、力的合成第二課時、力的平衡第三課時這樣的順序安排教學的。但是，牛頓第一定律所述的內容當中，這一內容涉及后學的“力的合成與力的平衡”的相關概念，會使學生在學習牛頓第一定律的時候，不具備完整的知識與分析能力。

而如果將教材按符合學生認識的先后順序進行重組，則更有利于學生對力與運動系統認知的提升，有利于激發學生主動建構知識。單元教學之后，教師若再針對某些問題引導學生進行理論或者實踐創新，則能踐行深度學習的理念。

1.4.2教學單元重組

本教學設計將按以下順序對教學單元進行重組。

（1）力的平衡概念的滲透

學生對于世界的本原認知就是處于靜止狀態的物體，其中蘊含了平衡的物理之美。讓學生先觀察講臺桌上靜止的水溶性粉筆盒，課桌上處于靜止狀態的物理教科書，教室里懸掛的靜止的電燈和電扇，分析它們均處于靜止狀態。教師這時候繼續追問：“當物體處于平衡狀態時它是不受外力的嗎？”“如果受到力，物體受到幾個外力的作用呢？”[ 4 ]

在選取處于平衡狀態的物體時，教師有意識地選取物體受到兩個力及兩個力以上的幾種不同情況進行分析。通過分析這些例子，使學生認識物體在受幾個力作用的時候也可以處于平衡狀態，進一步得出處于平衡的物體受到的力叫做平衡力。這種自然的過渡有利于學生破除“物體受力，運動狀態一定改變”的錯誤概念，先感知而后上升建構理性的概念，使學生的知識結構更加具體與形象[ 4 ] 39 。

（2）慣性的定義與牛頓第一定律的引出

在分析完平衡的概念之后，引出慣性的定義，這種過渡有利于避免學生建立“只有不受力才有慣性”之錯誤概念。慣性概念引出之后，再通過一些慣性的小實驗以及一些生活實例來強化慣性的概念和影響慣性大小的因素。

斜面小車實驗是為牛頓第一定律的得出而做的鋪墊性實驗[ 4 ] 35，教學中通過小車從斜面上下滑的實驗進行分析，步步引導。先讓學生辨析運動的物體（如：小車）也有慣性，不是靜止的物體才有慣性，慣性是對平衡力的引伸。當小車下滑到水平面時，分析小車的受力情況，使學生明確小車是因為受到水平方向的摩擦力，才使得物體停下來，從而引出 “力是使得物體運動狀態改變的原因，而不是維系物體運動狀態的原因”這一概念。在此基礎上，教師科普亞里士多德和伽利略的觀點，并進行分析比較，得出結論。而通過觀察小車在不同材質的水平面上的運動情況，學生不難發現，小車水平方向受到的摩擦力越小，小車運動的距離越遠，速度相應地減小得越慢，從而合理推出，當水平面完全光滑時，小車不受到摩擦力的作用，將保持原來的勻速直線運動狀態，持續運動下去。從而建立 “物體的運動不需要力來維系”這一概念[ 4 ] 37。

在此教學中因絕對不受力的情況是無法設計的，教學中采用的是實驗加推理的方案。教學設計順序是先引導學生加深對慣性概念的理解，再引導學生歸納總結牛頓第一定律，最后科普牛頓這位偉大的科學家的事跡，對學生進行科學態度與責任的素養教育，落實立德樹人的教育方針。

（3）力的合成的教學

教師引導學生思考：在光滑的水平面運動的小球，它處于勻速直線運動狀態，是處于平衡狀態的，那么它是有受到力的作用，而為什么牛頓第一定律的概念卻強調物體不受外力呢？說明這時，物體雖然有受到力的作用，但是卻可以等效為不受外力作用的情況。這涉及到“等效替代”的思想，那為什么可以這樣等效替代呢？教師在這個時候可以進行力的合成的教學：對在光滑水平面上運動的小球進行受力分析，在豎直方向上，對小球進行受力分析，豎直方向的重力和支持力這兩個力方向相反，合成時力要相減，因為二力等大，所以合力為零。因為合力為零，所以可以視為與小球不受外力相同效果，從而完善學生對牛頓第一定律的理解。

整個單元教學重組更加符合學生的認知。通過“小車從斜面上滑下”這一具體的實驗情境，將整個單元的知識進行串聯，串聯知識框架見圖1。從而使教學整體性、綜合性增強，有助于提升學生的物理學科核心素養。

2? 深度學習的實施

2.1? 基于實驗探究實施深度學習

“力與平衡”在整個單元教學的地位是開啟學習先河的主力軍，理應十分重視。在“力與平衡”的實驗教學中，要引導學生分析處于二力平衡時物體的受力特點，受力體的選擇是分析這一問題的關鍵所在。

教師可利用圖2所示的裝置，先對學生設問：可否用一小木塊放置在水平桌面上，探究二力平衡的條件呢？通過引導學生分析小木塊的受力情況，使學生明白：由于木塊與桌面之間存在摩擦力，因此不滿足“二力”這一條件。再進一步引導學生：若將把木塊換成小車，是否可行？學生易知：換成了小車，它與桌面接觸變成了兩個輪子，雖然減少了摩擦，但是并不能避免，因此同樣不能滿足“二力平衡”這一條件。

此時，教師引導學生思考，是否有其它辦法消除摩擦力的影響。

一般，經過思考，學生會想到：用小紙片來代替小車或木塊，就可避免桌面的摩擦。改進后的實驗裝置如圖3所示：在兩架鐵架臺上各放一枚定滑輪，將一正方形小紙片對稱的兩端點各系一細繩，分別跨過定滑輪，再在繩的另一端系一拉環用于懸掛砝碼。改進探究裝置之后，教師可與學生共同分析這一裝置的改進之處。通過分析，使學生明白：改進之后，巧妙地規避了桌面摩擦力帶來的影響，從而使小紙片在水平方向只受“二力”的作用。

接下來，引導學生利用改進后的實驗裝置，深度探究“二力平衡”。這涉及到三個核心問題，其一是“二力平衡時，兩個力的大小始終相等”；其二是“二力平衡時，兩個力的方向始終要在同一直線上”；其三是“二力平衡的兩個力始終是作用于同一個物體的”。教師要基于圖3裝置，利用實驗探究實施深度學習來解決這三個問題。

利用圖3所示裝置，可直觀地和學生共同探究這三個核心知識。首先，讓學生改變細繩兩側所掛砝碼重量，使學生發現：只有當兩側細繩所掛砝碼重量相等時，才可使小紙片處于平衡狀態，從而直觀展現二力平衡時這二力的大小關系。其次，引導學生將小紙片扭轉一定的角度，改變方向后放開手，發現小紙片最后會恢復回原來的方向，研究其內在的原理，使學生直觀感受到“二力平衡時，二力始終作用在同一條直線上”。最后，用小剪刀把小紙片一分為二，學生發現兩邊鉤碼幾乎同時落在桌面上，從而學生不難得出上述結論。

2.2? 基于問題解決實施深度學習

問題解決思想也是深度學習當中的重要內容，下面參考文獻[ 5 ]的框架，討論如何在問題解決中實施深度學習。

教師應引導學生仔細觀察、認真分析。應避免教師直接給學生講授問題解決的方案、避免教師代替學生把問題解決。

而如何基于問題解決實施深度學習呢？以二力平衡的條件是“兩個力必須作用在同一個物體上”這一問題的探究為例。教師應先拋出：“如何分析這個問題？”教師拋出這個問題之后，要給學生留足思考的空間，并適時地鼓勵學生大膽表達。要善于利用身邊的實驗器材進行實驗，注意引導學生發散思維。要及時對學生的回答進行有效的評價，例如從學生的思考態度、科學思維、實踐意識和創新精神上進行評價。當學生充分思考之后，有學生可能提出“可以用剪刀將小紙片剪成兩片，觀察鉤碼掉在講臺上，從而證明結論。”對于正確的想法，教師應及時對學生進行表揚及代幣的獎勵，并且鼓勵學生將自己的想法、思考問題的過程分享給他人，提高分享意識，達到讓學生持續探討、互動的效果，從而形成積極的課堂氛圍。

而學生在思考這個問題的時候，遇到的又一問題是：小紙片只剪一次，無法重復利用。針對這一問題，教師再次引導學生思考：“有沒辦法用別的器材來代替小紙片，或者如何改進小紙片，使它能被重復使用呢？”有學生提出：可以做成如圖4所示，帶有魔術貼的小紙片物理教具，當魔術貼被撕開時，不僅可以觀察小紙片逐漸被鉤碼拉扯、分開的過程，還能重復使用，避免了浪費。

3? 結束語

本實踐案例是在“深度學習”的理論指導下，利用單元教學的做法，對滬科版八年級物理第七章進行教學單元重組，設計了更加符合學生認知的教學順序。以探究二力平衡的條件這一實驗為例，從實驗探究和問題探究兩個維度分析如何進行深度學習，目的是在為新一輪課程改革中的實踐層面的有效推進提供借鑒與可操作性思路。

參考文獻：

［1］ 佐藤學，鐘啟泉，陳靜靜.教師的挑戰，寧靜的課堂革命[M].上海：華東師范大學出版社，2020：1-7.

［2］ 義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組.義務教育教科書物理八年級全一冊[M]. 上海：上海科學技術出版社，2012：124-135.

［3］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：15.

［4］ 楊愛吾，姜鵬遠.直擊新課程學科教學疑難[M].北京：教育科學出版社，2014：37.

［5］ 李春密，馬朝華，田慧生，等.深度學習：走向核心素養（學科教學指南·初中物理）[M].北京：教育科學出版社，2018：60-64.