基于深度學(xué)習(xí)理念的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)
——以人教版“變阻器”為例

鄭小平

(廣州市真光中學(xué)初中部芳花校區(qū) 廣東 廣州 510145)

1 深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

1976年,Ference Marton和Roger Saljo在對(duì)比淺層學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)闡述了深度學(xué)習(xí)的概念,開啟深度學(xué)習(xí)概念化研究之路.《現(xiàn)代漢語(yǔ)小詞典》對(duì)“深度”的解釋是向下或向上的距離、觸及事物本質(zhì)的程度和事物向更高階段發(fā)展的程度[1].可見,深度學(xué)習(xí)是觸及心靈深處的學(xué)習(xí),是深入知識(shí)內(nèi)核的學(xué)習(xí),是展開問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)[2].

結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的諸多研究和著述,李松林等針對(duì)深度學(xué)習(xí)在中國(guó)中小學(xué)課堂中的實(shí)踐瓶頸,將深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制歸納為:發(fā)生機(jī)制、維持機(jī)制、促進(jìn)機(jī)制和支持機(jī)制.情景誘發(fā)—問(wèn)題驅(qū)動(dòng)是深度學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)制,切身體驗(yàn)—高階思維是深度學(xué)習(xí)的維持機(jī)制,實(shí)踐參與—問(wèn)題解決是深度學(xué)習(xí)的促進(jìn)機(jī)制,在線學(xué)習(xí)—現(xiàn)實(shí)虛擬是深度學(xué)習(xí)的支持機(jī)制[3].基于《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》對(duì)“變阻器”的教學(xué)要求,結(jié)合深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,本節(jié)課教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 基于深度學(xué)習(xí)理念的教學(xué)流程圖

將深度學(xué)習(xí)的4個(gè)實(shí)現(xiàn)機(jī)制運(yùn)用到初中物理教學(xué)中,可以避免枯燥、碎片化的概念堆砌,有利于物理概念的建構(gòu)、深化、運(yùn)用和遷移,在問(wèn)題解決中培養(yǎng)高階思維、發(fā)展核心素養(yǎng).

2 變阻器的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

變阻器是初中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的重要組成部分,變阻器的學(xué)習(xí)直接影響到第17章“歐姆定律”和第18章“電功率”的學(xué)習(xí).本節(jié)課安排在第16章最后一節(jié)的位置,符合由簡(jiǎn)到繁、由易到難的學(xué)習(xí)規(guī)律,在初中電學(xué)學(xué)習(xí)中起到承上啟下的作用.本節(jié)內(nèi)容由“變阻器”和“變阻器的應(yīng)用”兩部分構(gòu)成,認(rèn)識(shí)變阻器的結(jié)構(gòu)是掌握變阻器正確使用方式的前提,也為學(xué)習(xí)變阻器的運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

2.2 學(xué)情分析

滑動(dòng)變阻器是一個(gè)較為復(fù)雜的電學(xué)儀器,不僅接線柱多,而且伴隨滑片移動(dòng)電路處于動(dòng)態(tài)變化中,因此理解和正確使用滑動(dòng)變阻器對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度.在設(shè)計(jì)本節(jié)課時(shí),先從學(xué)生熟悉的“可調(diào)亮度的臺(tái)燈”入手,通過(guò)裝置改進(jìn)循序漸進(jìn)的構(gòu)建變阻器概念,讓學(xué)生沉浸于思考—實(shí)操—?dú)w納的氛圍中,降低學(xué)習(xí)難度.引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,獲取滑動(dòng)變阻器的相關(guān)信息,歸納總結(jié)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器的正確使用方式.這種概念的建構(gòu)方式較“概念空降式引入”而言,更具嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性、邏輯性,符合初中學(xué)生的心智水平,讓知識(shí)的獲取水到渠成.

2.3 教學(xué)目標(biāo)分析

根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》和人教版《物理(九年級(jí)全一冊(cè))》,本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)制定如下:知道滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu);明晰滑動(dòng)變阻器的元件符號(hào);理解滑動(dòng)變阻器的工作原理;掌握滑動(dòng)變阻器正確使用方法,會(huì)把滑動(dòng)變阻器正確連入電路來(lái)改變電路中的電流及用電器兩端電壓.

2.4 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是知道滑動(dòng)變阻器的工作原理;教學(xué)難點(diǎn)是會(huì)把滑動(dòng)變阻器正確連入電路.

2.5 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

2.5.1 創(chuàng)設(shè)“真”情境,提出“真”問(wèn)題

【創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境1】引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖2提供的器材,開展分組實(shí)驗(yàn),嘗試用不同的方法讓燈泡的亮度發(fā)生改變.

圖2 “改變燈泡的亮度”所需實(shí)驗(yàn)器材

【問(wèn)題進(jìn)階思考】在不改變電源兩端電壓的情況下,哪些措施能使小燈泡的亮度發(fā)生持續(xù)變化?

【創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境2】教師利用如圖3所示的器材,演示“用鎳鉻合金絲控制小燈泡的亮度”的實(shí)驗(yàn).引導(dǎo)學(xué)生思考:

圖3 “用鎳鉻合金絲控制小燈泡的亮度”實(shí)驗(yàn)裝置

(1)小燈泡亮度的變化跟接入電路中的鎳鉻合金絲長(zhǎng)度的關(guān)系?

(2)本裝置能調(diào)節(jié)小燈泡亮度的理論依據(jù)是什么?

【創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境3】播放“智能臺(tái)燈”的廣告視頻,引導(dǎo)學(xué)生思考:與智能臺(tái)燈調(diào)節(jié)亮度的設(shè)備(如圖4所示)相對(duì)比,演示實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)裝置有何不足之處?

圖4 淘寶上“智能臺(tái)燈”的電位器

設(shè)計(jì)意圖:該教學(xué)片段通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境,讓學(xué)生知道小燈泡的亮度是可以調(diào)整的.通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)和逐層遞進(jìn)的問(wèn)題鏈,把改變燈泡亮度的方法鎖定在改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度這個(gè)策略上.通過(guò)對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)裝置和“智能臺(tái)燈”的機(jī)械旋鈕,探尋裝置改進(jìn)方案,為變阻器結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)做好鋪墊.該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)落腳于生活物理,巧設(shè)“問(wèn)題串”,激發(fā)學(xué)生求知欲,觸發(fā)深層學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),感受科技給人類帶來(lái)便利.

2.5.2 立足“前概念” 巧設(shè)問(wèn)題串

從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平出發(fā),設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng),能有效降低思維的難度,維持學(xué)生深度學(xué)習(xí)的狀態(tài).前面的教學(xué)活動(dòng)已經(jīng)激起學(xué)生濃郁的求知欲,接著趁熱打鐵拋出問(wèn)題串,提高學(xué)生思維的密度.進(jìn)階“問(wèn)題串”設(shè)計(jì)如下:

【問(wèn)題1】在不改變鎳鉻合金絲總長(zhǎng)度的前提條件下,如何改進(jìn)這個(gè)裝置,讓它既能調(diào)節(jié)燈泡亮度,又小巧、便捷.

【問(wèn)題2】將長(zhǎng)的鎳鉻合金絲緊密地纏繞在絕緣管上的好處是什么?

【問(wèn)題3】教師將圖3中的鎳鉻合金絲取下,緊密纏繞在絕緣管上,如圖5所示.引導(dǎo)學(xué)生思考:將長(zhǎng)的鎳鉻合金絲一圈圈挨著,緊密地纏繞在絕緣管上,當(dāng)電路閉合時(shí),會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

圖5 鎳鉻合金絲纏繞過(guò)程

【問(wèn)題4】為了避免繞成一圈圈的電阻絲直接通電,你有什么好的方法?

【問(wèn)題5】教師將如圖6所示的漆包鎳鉻合金絲接入電路,閉合開關(guān),移動(dòng)動(dòng)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并思考:無(wú)論如何移動(dòng)動(dòng)點(diǎn),小燈泡始終不亮的原因?

圖6 將漆包鎳鉻合金絲接入電路中的實(shí)驗(yàn)

【問(wèn)題6】為了使接觸點(diǎn)移動(dòng)時(shí)能改變電阻絲接入電路中的電阻大小,你有什么好的方法?

【問(wèn)題7】教師用美工刀在漆包鎳鉻合金絲表面劃一條線,再將漆包鎳鉻合金絲接入電路.閉合開關(guān),沿著去除絕緣漆部分移動(dòng)動(dòng)點(diǎn)(如圖7所示),引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.提出問(wèn)題:這個(gè)裝置是根據(jù)改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度改變接入電路中電阻大小這一原理制成的,請(qǐng)給這個(gè)裝置命名?

圖7 劃去一條絕緣漆后的漆包鎳鉻合金絲

這7個(gè)問(wèn)題立足學(xué)生前概念,層層遞進(jìn),符合初中生的思維能力水平.在“變阻器”概念構(gòu)建結(jié)束后,要及時(shí)回歸教材內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第68～69頁(yè)“變阻器”和“實(shí)驗(yàn)”兩部分內(nèi)容,回答以下問(wèn)題:

(1)滑動(dòng)變阻器各個(gè)結(jié)構(gòu)名稱.

(2)要使滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)被測(cè)電路的電流,滑動(dòng)變阻器應(yīng)該與被測(cè)電路串聯(lián)還是并聯(lián)?

判斷依據(jù)是什么?

(3)滑動(dòng)變阻器有4個(gè)接線柱,當(dāng)它與被測(cè)電路串聯(lián)時(shí),共有幾種接法?

(4)當(dāng)滑片移動(dòng)時(shí),這6種接法都能改變滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻大小嗎?

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證問(wèn)題(4)的答案.同時(shí),通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納得出要使滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻變小或變大,滑片分別向哪個(gè)方向移動(dòng)?

設(shè)計(jì)意圖:經(jīng)過(guò)環(huán)節(jié)一的激趣,學(xué)生求知欲較濃.加上環(huán)節(jié)二的循循善誘,順利搭建滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)模型.通過(guò)文本閱讀,提高獲取信息能力,通過(guò)科學(xué)探究,培養(yǎng)分析歸納能力.該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí),各個(gè)教學(xué)過(guò)程循序漸進(jìn),加深學(xué)生對(duì)滑動(dòng)變阻器的認(rèn)識(shí)和理解.

2.5.3 解決實(shí)際問(wèn)題,提升運(yùn)用能力

【實(shí)際問(wèn)題1】用滑動(dòng)變阻器控制電阻兩端電壓

進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生按圖8電路圖連接實(shí)物,其中R是阻值為5 Ω的定值電阻,R′是滑動(dòng)變阻器,完成下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn).

圖8 開展分組實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的電路圖

(1)閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,使R兩端的電壓成倍數(shù)變化,依次為1.5 V、3 V、4.5 V等.

(2)換用10 Ω和15 Ω的定值電阻接入電路中,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)變阻器的滑片位置,保持每次接入的定值電阻兩端的電壓不變.

【實(shí)際問(wèn)題2】如圖9是一種測(cè)定油箱內(nèi)油量的裝置.其中R是滑動(dòng)變阻器的電阻片,滑動(dòng)變阻器的滑片跟滑桿連接,滑桿可以繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng),另一端固定著一個(gè)浮子.請(qǐng)問(wèn):在這個(gè)裝置中,電流表示數(shù)越大,表示油箱中的油量越多還是越少?請(qǐng)說(shuō)明理由.

圖9 “油量表”裝置簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作,養(yǎng)成學(xué)以致用的思維,強(qiáng)化滑動(dòng)變阻器的正確使用方式.利用油量表的情境,考查學(xué)生的遷移能力,養(yǎng)成活學(xué)活用的意識(shí).知識(shí)的學(xué)習(xí)最終要通過(guò)問(wèn)題解決和知識(shí)遷移表現(xiàn)出來(lái),在實(shí)踐參與和問(wèn)題解決中提高學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的深度,發(fā)展高階思維.

2.5.4 環(huán)節(jié)四:及時(shí)進(jìn)行自評(píng),指明改進(jìn)方向

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》建議開展課堂評(píng)價(jià),這一點(diǎn)與深度學(xué)習(xí)理論不謀而合.在本節(jié)課的結(jié)尾,讓學(xué)生及時(shí)開展學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),能更加有效督促學(xué)生養(yǎng)成深度學(xué)習(xí)的習(xí)慣.具體評(píng)價(jià)如表1所示.

表1 “變阻器”課堂學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表

設(shè)計(jì)意圖:開展過(guò)程性評(píng)價(jià)符合當(dāng)下教育需求,將課堂評(píng)價(jià)作為學(xué)生檔案材料存檔,能全面客觀地了解學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展?fàn)顩r.在課堂評(píng)價(jià)表中,詳細(xì)羅列了本節(jié)課需要掌握的知識(shí)與技能、過(guò)程與方法和情感態(tài)度價(jià)值觀等方面內(nèi)容,學(xué)生邊完成自我評(píng)價(jià),邊梳理整節(jié)課的知識(shí)體系,有助于形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò).同時(shí),開展及時(shí)的評(píng)價(jià)和反饋,能激勵(lì)學(xué)生持續(xù)進(jìn)步.

3 反思感悟

物理概念是物理學(xué)的基石,對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),只有掌握了物理概念才能解決物理問(wèn)題[4].所以,初中物理教學(xué)要重視物理概念的建構(gòu)過(guò)程,促進(jìn)學(xué)生對(duì)抽象概念的理解,引導(dǎo)學(xué)生在問(wèn)題解決中提升能力,發(fā)展核心素養(yǎng)[5].本節(jié)課通過(guò)對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)1中調(diào)節(jié)亮度的裝置和“智能臺(tái)燈”的電位器,創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,為深度學(xué)習(xí)的開展奠定基礎(chǔ).隨后,通過(guò)精心設(shè)計(jì)的問(wèn)題串,幫助學(xué)生組建“變阻器”的結(jié)構(gòu),掌握變阻器的工作原理.

接著,通過(guò)分組實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生尋找證據(jù),歸納總結(jié)得出滑動(dòng)變阻器的正確使用方式.最后,給學(xué)生提供實(shí)操和實(shí)際案例,培養(yǎng)他們學(xué)以致用和知識(shí)遷移的能力.本節(jié)課設(shè)計(jì)較為合理,基本能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果.后期要對(duì)本節(jié)課涉及的教學(xué)儀器做進(jìn)一步的改進(jìn),制作成一套美觀、整潔的實(shí)驗(yàn)裝備,以供下次更有序地開展教學(xué).