深度學習理念下高中物理大單元教學探究

巫如江

深度學習理念下高中物理大單元教學的設計，可以分實驗、建構(gòu)、拓展和實踐四個步驟培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。教師要先幫助學生建立物理思維，然后加深其對物理知識的理解，再促進其對物理知識的應用，以此來達成目的。大單元教學可以將碎片化的知識聯(lián)系起來，但對知識內(nèi)容的挖掘不夠深度，而深度學習可以很好地補齊這一短板。因此本文從深度學習的理念出發(fā)，探討如何有效地開展大單元教學。

一、實驗，理解知識本質(zhì)

物理知識源于實際現(xiàn)象，因此對物理知識的探究應從現(xiàn)象入手。教師在進行大單元教學時可以從實驗入手，引導學生理解物理知識所表達的本質(zhì)含義。這樣動態(tài)實驗的教學方式有助于學生理解最基本的物理概念。

例如，在教學“內(nèi)能”時，教師可以將上一學年的“功和機械能”與“內(nèi)能”“內(nèi)能的利用”整合為一個大單元進行教學。教師首先引導學生通過做實驗認識什么是內(nèi)能。最簡易的實驗就是夏天時與學生一起雙手抱著冰塊持續(xù)一段時間，冰很快融化成了水，而手的溫度也降了下來。這個時候?qū)W生就會發(fā)現(xiàn)內(nèi)能就是熱量的變化，但這并不正確。這時教師可以展示另一個實驗如燃燒實驗。小木塊、酒精都可以燃燒，這種情況下小木塊燒成了木炭，木炭逐漸變成了灰，而酒精在逐漸減少。這種情況下如何總結(jié)這兩者的內(nèi)能？學生很快就會想到燃燒，二者都可以燃燒，說明內(nèi)能是物體在燃燒的過程中所產(chǎn)生的能量，但這個能量卻是熱量。思考到這一步，學生的思維就會進入一個瓶頸，這時教師就可以進行引導：燃燒除了感受到熱還有什么？學生馬上就會想到火焰，這時學生就會逐漸明白為何內(nèi)能是熱運動和分子勢能的總和。學生也會根據(jù)這些實驗聯(lián)想到應該如何合理地利用內(nèi)能，例如在冬天產(chǎn)生熱。

實驗從另一個角度來說是一種活動，它可以很好地吸引學生的注意力，讓學生把專注力聚焦到整個實驗過程中。這樣的實驗所展示的物理知識要比課本所描述的物理知識更加形象與生動，學生也更容易消化吸收，理解其中的本質(zhì)。

二、整合，建構(gòu)科學體系

教師通過實驗引導學生了解物理知識的含義后，可以利用大單元教學的優(yōu)勢，將其中蘊藏的物理知識進行整合，建構(gòu)知識體系，加深學生對物理知識本質(zhì)的理解。

仍以上述大單元教學為例，教師在實驗結(jié)束后，應及時引導學生整合通過實驗得到的認知。學生首先從功和機械能入手，做功和機械能在一定程度上會產(chǎn)生熱，而這涉及了熱運動，也就是內(nèi)能。例如活塞受熱運動，在這個過程中空氣受熱膨脹，加壓推動活塞，對活塞做功，同時活塞運動產(chǎn)生動能，也就是機械能。這說明做功、機械能和內(nèi)能之間是存在轉(zhuǎn)化關(guān)系的，彼此之間應該是聯(lián)系在一起的。而且三者的單位都可以是焦耳（J），說明它們在生活中應該都是可以被利用的。這就是學生對基礎知識進行整合之后所生成的基本的科學體系——能量轉(zhuǎn)換的閉環(huán)圖。而且在這個過程中學生加深了對能量的認知，因為他們通過思考會發(fā)現(xiàn)能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失。這種情況下，學生的思維觸角很容易延伸到能量守恒定律中。

知識體系的整合是再次學習和理解的過程，學生通過這個過程可以達到重溫知識的目的，提高復習效率。此外，知識體系的構(gòu)建離不開基本的物理模型的運用，在這個過程中學生對物理的學習興趣和專注力也會提高一個層次，學習方式也會更加豐富。

三、拓展，延伸學科視野

知識體系的構(gòu)建意味著學生可以接觸更多的信息，或者說學生需要開拓自身的視野與思維，學習更多與物理相關(guān)的知識。因此，教師要引導學生開闊眼界，將物理知識從課本的框架中延伸出去，了解更多課外的物理知識。

仍以上述大單元教學為例，當學生能夠自行體會能量的轉(zhuǎn)化時，教師應該繼續(xù)引導學生，讓他們自行去探索與能量相關(guān)的知識以及在生活中的具體運用。有學生提出：生活中經(jīng)常出現(xiàn)不規(guī)范用電引起電路起火的現(xiàn)象，說明其中有內(nèi)能的變化，這又是什么原因？生活中除了熱機還有什么電器的使用涉及能量的變化？帶著這些問題，學生首先求助于課本，發(fā)現(xiàn)在后續(xù)的學習內(nèi)容中涉及電路起火的原理，而生活中除了熱機也有很多電器的使用都涉及能量的轉(zhuǎn)化。例如電扇在轉(zhuǎn)動的時候，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。學生發(fā)現(xiàn)生活中的機器在運轉(zhuǎn)過程中都不可避免地產(chǎn)生熱量，也就是說或多或少都會涉及內(nèi)能的出現(xiàn)，而內(nèi)能卻是不需要的。在這里，學生就會提出在解決問題的過程中衍生的新問題：“如何減少內(nèi)能的出現(xiàn)？”而這卻恰好是熱機效率問題的延伸。學生在思考這類問題時更加深入。

學科視野的延伸在一定程度上可以拓展學生的思維，使學生的思考方式變得更靈活，加深對物理知識的理解，從而更好地提升學生的解題能力和實際應用能力。

四、實踐，解決具體問題

任何知識的學習終歸是取之于生活、用之于生活的。物理學科的學習更是這樣，在經(jīng)歷了實驗、建構(gòu)和拓展三個層次后，最終要回歸到物理知識的實際應用上，讓學生真切地體驗物理知識在實際生活中的應用。

仍以上述大單元教學為例，教師引導學生對物理知識進行適當?shù)难由旌螅涂梢酝ㄟ^解決具體的實際問題來進行實踐演練，從而提升學生對物理知識的實際應用能力。首先教師可以讓學生從熱機的轉(zhuǎn)化效率問題入手。如A熱機用1000J的燃油只能放出800J的熱量，請問該熱機的轉(zhuǎn)化效率是多少？學生很快就可以得到答案為80%。緊接著教師可以將問題轉(zhuǎn)換為：小明家中的熱水器燒熱1L的水所需要的電量是0.1度，現(xiàn)在變成了1度，請問熱水器的效率是如何變化的？可能存在的原因是什么？學生看到這個問題，第一時間可能會回答不上來，但是在仔細思考以后會發(fā)現(xiàn)所用的電量提高到原來的10倍，那么效率應該是降低到原來的1/10，而對于熱水器效率降低的原因，學生可能很難回答出來。針對這一點，教師可以引導學生思考能量的轉(zhuǎn)化問題，再進一步聯(lián)系實際生活就會聯(lián)想到水垢影響了熱量的傳遞等，從而讓學生理解能量轉(zhuǎn)化效率降低的原因。這樣學生的綜合能力就會逐漸得到提升。

實踐既可以強化學生的應用能力，也可以強化其解題能力。因為實際生活中的物理問題可以看作是復雜的物理問題，是課本上知識的組合與變形。學生經(jīng)歷過實際生活中的物理問題以后就會發(fā)現(xiàn)理論認識與實際應用的差距，從而更加認真地學習物理知識。

深度學習下的大單元教學，使學生的注意力和思維大部分時間都集中在物理課堂的學習中，拓展了學生的視野與思維，提升了學生的物理核心素養(yǎng)。

責任編輯 羅 峰