基于深度學習的高中物理規律教學研究

卜維 任新成

［摘 要］深度學習理論對培養高中學生的物理學科核心素養具有重要意義，對高中物理教學具有直接的指導作用。文章簡要介紹深度學習理論，分析深度學習理論應用于高中物理規律教學的優勢，并以“平拋運動”一節為例闡述如何在高中物理規律教學中引導學生開展深度學習，同時指出基于深度學習開展高中物理規律教學應該注意的問題。

［關鍵詞］深度學習；高中物理；規律教學

［中圖分類號］ ? ?G633.7 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2023）11-0056-04

物理規律反映了一定條件下相關物理量之間存在的必然聯系。物理規律教學是中學物理教學的重要組成部分。學好物理規律，能幫助學生理解科學知識，掌握科學方法，提高觀察能力、思維能力、分析和解決問題的能力，能促進學生學科核心素養的提升。深度學習是一種提倡主動性和批判性的有意義的學習，以培養和發展學生核心素養為本，是落實核心素養的重要路徑。基于此，本文對深度學習理論應用于高中物理規律教學的優勢進行分析，并以“平拋運動”一節為例進行教學設計。

一、深度學習概述

瑞典歌德堡大學的馬頓（Marton）和薩喬（Saljo）兩位學者在1976年最先提出深度學習這一概念。隨著我國課程改革的深入開展，深度學習成為國內教育界學者們研究的焦點課題。我國郭華教授對深度學習做出了這樣的界定：深度學習是學生在教師的引領下，圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程，并提出深度學習的五個特征，即“聯想與結構”“活動與體驗”“本質與變式”“遷移與應用”和“價值與評價”，這五個特征也是判斷深度學習是否發生的重要依據。

二、深度學習理論應用于高中物理規律教學的優勢

將深度學習理論應用于高中規律物理教學，對學生物理學科核心素養的提升有一定的促進作用。

（一）在聯想與結構中形成物理觀念

物理觀念需要通過對物理知識進行學習，并在逐步理解掌握物理知識的過程中形成，系統地學習更有利于學生物理觀念的形成。教師引導學生將新知識與已有知識聯結起來，使學生在接受新事物時，新的認知與背景知識之間不是孤立的，而是相互聯系、相互作用的，是在以背景知識為基礎或方法對新事物進行探究的過程中認識與掌握新事物的，這樣逐步形成的知識體系更有利于學生物理觀念的形成。

（二）在解決問題中培養科學思維

學習與掌握科學思維是學生學習物理的重要目標，深度學習理論的應用為培養學生科學思維提供了方法與途徑。在深度加工知識和解決實際問題的過程中，通過提問引導學生對物理問題進行猜想、推理與論證，讓學生在解決問題中體會科學方法與思維的意義，從而加深學生對解決問題的方法的理解與掌握，進而培養學生的科學思維素養。

（三）在深度加工中提升科學探究素養

教師應引導學生對學習內容進行深度加工，探究科學本質。學生在形成一定認知的基礎上，結合理論與實驗進行探究是培養科學探究素養的最佳時機。通過明確問題、提出猜想、探究方案、獲取證據及得出結論等活動，使學生形成完整的探究思路與流程，隨著問題的解決，學生的科學探究素養也得到了提升。

（四）在教學中培養科學態度與責任素養

物理課程的學習不僅能使學生掌握基本知識，更重要的是使學生認識科學的本質，逐漸形成正確的態度與價值觀。學生科學態度與責任素養的培養應該在整個學習過程中進行，任何一個教學環節都可以將培養學生科學態度與責任素養滲入其中。創設正面、積極的情境，不僅能激發學生的學習興趣，還有利于學生樹立正確的價值觀，增強學生的責任意識。學生在探究知識的過程中，進行嚴密思考和科學探究，可以培養自身嚴謹認真、實事求是的科學態度。

三、基于深度學習的高中物理規律教學

以“平拋運動”一節為例，基于深度學習的五個特征，結合教學實際設計教學方案，說明如何在高中物理規律教學中引導學生開展深度學習，以促進學生核心素養的發展。

（一）激發學習動機，促進知識建構

物理是一門與生活實際密切聯系的學科，生活中的許多現象與情境都蘊含著豐富的物理知識，學生在生活實踐中積累了一定的經驗和感性認識。深度學習中的“聯想與結構”意在喚醒或改造學生的已有經驗，促進學生的經驗與科學知識的相互轉化。這就要求教師根據教學內容創設恰當的情境，激發學生的學習動機，喚醒學生已有的知識經驗，使學生的前概念與科學知識建立緊密的聯系，這樣有助于學生構建完整的知識體系。

［教師活動］展示視頻，創設物理情境，如圖1所示。情境一：中國選手谷愛凌在2022年北京冬奧會自由式滑雪女子坡面障礙技巧決賽中，以一定的初速度從離地面有一定高度的滑雪臺末端水平滑出并平穩落地。情境二：中國女排運動員朱婷沿著水平方向擊球。情境三：飛機沿水平方向投放炸彈。

引導學生觀察以上三個物理情境并提出問題：水平滑出滑雪臺的運動員、被水平擊出的排球和沿水平方向投放的炸彈，這些物體的運動有什么共同之處？

［學生活動］觀察情境，以小組為單位進行討論并得出結論：它們的運動軌跡都是曲線，都有水平方向上的初速度，都只受到重力和空氣阻力作用。

［教師活動］通過對上述三個物理情境的分析，引導學生正確處理重力和空氣阻力的關系，讓學生自主總結得出平拋運動的定義與特點。

設計意圖：創設物理情境，直觀形象地向學生展示相關平拋運動過程，以喚醒學生的已有知識經驗，激發學生的學習動機。通過對情境的觀察與問題的回答，學生的觀察能力和分析能力得到有效提升。在此基礎上，引導學生忽略空氣阻力對運動的影響，進而使學生加深對“抓住主要因素，忽略次要因素”思維方法的認識。

（二）加深感性認識，提出猜想與假設

深度學習首先體現在讓學生成為學習的主人，強調學生學習的主體性。要使學生能夠主動學習，不讓學習成為學生的負擔，就要引導學生以全部的精力和集中的注意力主動參與課堂活動，親身經歷知識的探究過程。在實際教學中，教師依據學生的認知發展規律和教學內容設置以學生為主體的教學活動，提高學生的課堂參與度，豐富學生的真實體驗，加深學生對事物的感性認識，形成猜想與假設。

［教師活動］《朱瞻基行樂圖》中記錄了古人投壺時的熱鬧場景，如圖2所示。“投壺”是我國古代士大夫宴飲時做的一種投擲游戲。游戲的規則是將箭投向壺中，投中多者勝，負者則按照規定罰酒。

［學生活動］在教師的組織下，學生以小組為單位，每組派出一名代表參與課堂中的“投壺比賽”。每個小組代表有三次投壺機會，投箭時要盡可能地將箭水平投出，投中多的小組獲勝。

［教師活動］比賽結束后，針對“投出的箭有時超前，有時落后”的現象提出問題：要使水平投出的箭成功投入壺中，應該控制好哪些因素？引導學生運用“運動的合成與分解”思想，從力和運動的關系入手分析平拋運動的性質。

［學生活動］通過小組討論，學生認為要控制好水平投出的箭的速度和高度，并分析得出箭在水平方向上有一定的初速度，不受力的作用，做勻速直線運動；在豎直方向上，初速度為0，僅受重力作用，做自由落體運動。

設計意圖：通過“投壺比賽”使學生積極主動地參與到課堂活動中，增強了學生的真實體驗。讓學生在親身體驗平拋運動后，對平拋運動現象進行理論分析，初步得出其運動性質，并將得出的結論作為猜想，為后續對平拋運動進行深度加工做好鋪墊。

（三）進行深度加工，探究科學本質

學生對科學知識進行深度加工主要體現在“本質與變式”的過程中，這個過程不是教師直接將知識的本質告訴學生，而是學生在教師的引導下就學習對象提出問題、獲取證據、作出解釋、表達交流的探究過程。只有這樣，科學本質才會生動鮮活地出現在學生面前，進而促使學生與學習內容建立緊密聯系。

［教師活動］先給學生介紹并演示雙軌平拋運動實驗儀（如圖3），然后組織學生進行分組實驗，探究平拋運動在水平方向上和豎直方向上分運動的特點，并用手機拍攝記錄實驗現象。對實驗視頻進行處理得出相關數據，運用Excel軟件對實驗數據進行處理，繪制水平位移與時間的函數圖像及豎直位移與時間的函數圖像。

［學生活動］在教師的引導下進行實驗探究，結合實驗現象，分析實驗數據，得出結論：可將平拋運動分解為水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的自由落體運動，并通過理論推理得出水平方向和豎直方向上的速度、位移的表達式。

［教師活動］提出問題：如何確定做平拋運動的物體的速度和位移？

［學生活動］借助運動合成的思維方法，對水平方向上和豎直方向上運動的速度和位移分別進行合成，得出：做平拋運動的物體，其速度大小為[v=v2x+v2y=v20+（gt2）]，方向為[tanα=vyvx=gtv0]，如圖4所示。位移大小為[s=x2+y2=（v0t）2+12gt22]，方向為[tanα=yx=gt2v0]，如圖5所示。

［教師活動］提出問題：根據物體做平拋運動的現象猜想其軌跡是一條怎樣的曲線。如何證明？

［學生活動］通過猜想和小組討論學生認為物體的運動軌跡是一條拋物線，并運用數學知識進行推理得出做平拋運動的物體其軌跡方程為[y=g2v20x2]。

設計意圖：通過理論推導與實驗探究相結合的方式，引導學生對學習內容進行深度加工，探究科學本質，掌握科學規律。讓學生經歷完整的探究過程，提高其科學探究能力，培養其尊重科學、實事求是的科學態度。在教師提出的問題的引導下，學生運用已有知識和思維方法解決問題，探究平拋運動的規律，形成化曲為直、化繁為簡的思想。

（四）運用科學知識，解決實際問題

對知識進行遷移與應用是學生將科學知識轉化為實踐能力的關鍵。教師應引導學生運用知識解決實際問題，從而提高學生的遷移應用能力和解決問題的能力。在深度學習中，“遷移與應用”不只是檢驗學生學習結果的方式，也是學生學習的重要方式。教師應當創設具體的情境，引導學生對情境進行分析，把握事物的本質所在，并用科學知識解決實際問題。

［教師活動］提出問題：某位同學正在進行投壺比賽，其水平拋出箭的位置距離地面的高度為[0.8 m]，壺在該同學正前方距離[1.6 m]處。在盡可能保持箭水平的前提下，被拋出的箭經歷多長時間可以投入壺中？要使箭能正好投入壺中，拋出的速度應為多少？箭投入壺中的那一瞬間，其速度、位移的大小和方向是怎樣的？（[g=10 m/s2]，忽略空氣阻力的影響）

［學生活動］運用本節課所學的物理知識對該問題進行解答。

設計意圖：讓學生經歷分析現象、把握本質并解決問題的過程，引導學生解決之前面臨的問題，幫助學生運用科學知識解決實際問題，使學生的學習不局限于教材，而是實現了由理論知識到解決實際問題的遷移，使學生更加深入地認識平拋運動的本質，使深度學習得以真正發生。

（五）理解學習過程，實現學科育人

樹人是深度學習的最終目的，教學是以培養人為目標的社會活動，內隱著“價值與評價”。“價值與評價”是幫助學生樹立正確的價值觀，發展學科核心素養。讓學生學會反思、質疑、評價與批判的活動，不是某個獨立的教學環節，而是貫穿于整個課堂教學活動中的。教師應當在每一個教學環節，引導學生對學習內容和學習過程進行質疑、反思與評價，使學生與科學知識建立起有意義的聯系，增強學生的責任意識與愛國精神，實現物理學科的育人價值。

本節課一開始，通過對滑雪、打排球和飛機扔炸彈情境的分析，幫助學生喚醒已有的知識與經驗，引導學生思考物理情境中的現象與規律。同時，谷愛凌和朱婷取得的優秀成績，能激發學生的民族自豪感。介紹投壺的相關信息，能豐富學生對我國傳統文化的認識，而投壺比賽的設置與學生體驗，使學生對平拋運動形成感性認識，這其中充斥著學生對實際情境的評價與反思。從提出猜想到學生分組實驗探究，正是學生有根據地評價與反思學習過程和學習內容的過程。對實際問題的解決使學生對實際現象有更加科學、客觀的認識，是幫助學生樹立正確觀念的體現。

四、基于深度學習開展高中物理規律教學的注意事項

（一）要給學生創設積極的學習環境

營造輕松活躍的學習氛圍是實現深度學習的關鍵步驟。和諧自由的課堂環境，良好的師生關系，有助于學生以積極的情緒投入學習，這樣能有效激發學生的求知欲，并使其順利開展深度學習。

首先，在創設情境時應選取學生較為感興趣或相對熟悉的案例引發學生思考，為整節課營造輕松活躍的氛圍；其次，應構建良好的師生關系和生生關系，良好的師生關系與生生關系不僅能使學生更積極主動地進行探究學習，還會使他們有可能完成更高難度的任務；最后，教師在創設積極活躍的學習環境的同時，也要注意對課堂秩序的維護與管理，確保教學任務的高效完成。

（二）要給學生足夠的自主探究機會

深度加工知識是進入深度學習的關鍵環節，是學生在已有認知的基礎上學習接受新事物，形成新的知識體系并能運用其分析和解決問題的過程。

在學生對知識進行探索與學習時，教師應設置能充分調動學生學習積極性的教學活動，給學生足夠的自主探究機會。而教師更多的是做一個合格的指導者與輔助者，在學生探究思考的過程中，及時指導學生，引導學生有效開展深度學習。

（三）創設的物理情境要符合學生的認知規律

在教學中重視情境的創設是新課程標準的要求，創設的情境要符合學生的認知規律 。首先，教師在選擇情境素材時要與學生的已有知識經驗及日常生活緊密聯系，以此激發學生的探究欲望，激活學生思維，使其形成正確、積極的學習動機。其次，創設的情境不能過于復雜或過于簡單，而是要使情境中的問題處于學生的最近發展區。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

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（責任編輯 易志毅）