指向深度學習的高中物理情境教學設計

胡智清

摘 ? 要：深度學習是深化基礎教育課程改革的重要抓手和落實學生發展核心素養的實踐途徑，深化課堂教學改革強調基于真實情境。文章以“勻速圓周運動快慢的描述”一節的教學設計為例，提出指向深度學習的高中物理情境教學設計的基本步驟為：結合課標要求分析教材情境，根據實際條件開發教學情境，結合學情設計教學活動。基于學情選擇適切的情境，基于學情設計學生能解決的任務和問題，基于學情設計學生的學習活動，才能讓學習真正發生，才能真正指向深度學習。

關鍵詞：深度學習；情境化；教學設計；勻速圓周運動

深度學習是指學生在理解的基礎上，能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，從而將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題[ 1 ]。普通高中物理課程標準指出重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落地。深化課堂教學改革強調基于真實情境，聯系社會生活實際的重要性。無論是核心素養的培養，還是深度學習的達成，都離不開“情境”的參與[ 2 ]。只有堅持真實情境這個總前提，倡導深度學習才有意義。本文以“勻速圓周運動快慢的描述”一節的教學設計為例，談談指向深度學習的教學情境的選擇和基于情境的教學活動設計。

1 ?分析教材情境

本節選用的教材為魯科版（2019版）必修二第3章“圓周運動”的第1節教材“生活中的圓周運動”作為本章的導入，第1節主要內容分4個部分，第1部分先簡單定義什么是勻速圓周運動，再以同軸轉動的兩點快慢比較得出線速度的概念，并說明線速度是矢量；第2部分通過自行車大小齒輪邊緣兩點快慢的比較，得出角速度的概念；第3部分介紹周期、頻率和轉速等概念；第4部分先通過一個周期的圓周運動證明線速度、角速度和周期的關系，接著在“物理聊吧”欄目介紹機器內部的齒輪，并提出問題，最后用一道例題和“遷移”指導學生利用線速度、角度和周期的關系解決問題。

該部分內容，教材以圖片的形式給出豐富的情境，筆者梳理分析其對應設計意圖如表1所示。這些情境都來自生活實際，且配了精美的圖片增加情境的可視化，可見，教材非常重視情境的創設，那么教學中如何取舍、選擇和利用這些情境呢？

2 ?開發教學情境

教材的呈現方式是靜態的、平面的文本和圖片，教學中可以將這些情境開發為動態的、立體的情境。情境的開發方法如下。

2.1 ?用信息更豐富的圖片

教材的配圖，提供的信息可能不夠豐富，可以搜索與教學情境相關度更高的圖片替代。如“計算機硬盤”教材中的配圖如圖1，只是呈現硬盤的圖片，筆者用圖2替代，提供硬盤轉速信息，讓學生猜想7200RPM和5400RPM的物理意義，創設了有意義的科學猜想情境。

2.2 ?用視頻替代圖片

如“夢幻般的星空”“充滿刺激的過山車”“砂輪打磨金屬”“變速自行車”等情境，可以搜索下載對應的視頻，課堂上播放短視頻，增加可視化的視覺效果。播放的視頻應契合主題，短平快，截取最合適的片段，并將視頻中重要細節截圖梳理出證據，設計相關的問題，或者啟發學生提出問題。

2.3 ?開發為演示實驗

如“自行車鏈條”可以開發為演示實驗，將自行車搬進課堂，或者制作自行車的鏈條模型。如“砂輪打磨金屬”情境可以用如圖3所示的演示儀器替代。

2.4 ?融合中國傳統詩詞開發討論情境

周期的概念教學中，學生對周期的概念既熟悉又陌生，如果按照教材的內容按部就班地講解，學生的思維互動就少了。因此筆者將與周期有關的三首詩詞“春生夏長，秋收冬藏。”“人有悲歡離合，月有陰晴圓缺。”“日出扶桑，入于咸池。”編成謎語，讓學生猜謎。要求學生每一句話猜一個字。這樣的教學情境既能增加課堂趣味性，又可以培養學生的中華傳統文化自信。

2.5 ?深度閱讀教材創設質疑創新情境

教材用弧長與時間的比值定義線速度，然后直接說線速度是矢量，教材這樣“分步走”的編寫思路雖然生硬，但是切合學生實際。但是“弧長”的本質上是路程，路程與時間的比值是速率，速率是沒有方向的，這不前后矛盾嗎？這里可以設置一個互動環節，通過復習速率和速度兩個概念，啟發學生質疑，再用曲線運動的定義方法——將平均速度取極限，得到圓周運動線速度的大小和方向。教材在第二章第1節通過“迷你實驗室”欄目中，為了得出“物體在某點速度的方向，就是沿曲線在該點的切線方向”的結論，利用了平均速度定義取極限的方法。從兩個角度去幫助學生構建線速度的概念，可以讓學生明白“線速度”不是新的特有的概念，其本質就是“瞬時速度”。這樣的過程雖然慢點，但讓學生經歷概念建構的過程遠比概念本身更加重要，這樣建構的概念也會更加系統化、結構化。

2.6 ?將零散情境整合為大情境

教材針對不同知識提供了不同的情境，如果課堂教學中每個情境都使用，會使教學零散，不利于促進學生深度學習。這就要求教師對情境進行整合，將零散情境整合為一個大情境，這個大情境可以解決多個問題。如表1中的情境4、6、10和12都與自行車有關，實際教學中可以以自行車變速器為大情境，展開探究教學。

3 ?設計教學活動

情境只是載體，選擇合適的情境后，要依托載體，設計問題，開展教學活動。下面列舉本節幾個基于情境的互動片段。

3.1 ?片段1：觀察現象，構建模型

【教學活動】 播放視頻：自然界中的圓周運動。視頻的內容為“福建的星空”和“空間站看地球”。提問：在視頻中看到哪些圓周運動？預設：學生的回答可能不規范，只會說地球做圓周運動。對于學生的回答，教師先不評價，演示：（1）繞講臺走一圈；（2）原地自轉一圈。提問：兩個動作都屬于圓周運動嗎？能不能簡單地說“老師做圓周運動”？講解：說運動，應該說某物體做什么運動，即有一個研究對象。如果以老師為研究對象，動作一中，老師是沿著圓周運動的，軌跡是圓，因此老師做的是圓周運動。動作二中，如果仍然是研究老師，那么老師的空間位置并沒有改變，軌跡不是圓周，因此不是圓周運動；但若研究老師的手指，則屬于圓周運動。引導學生閱讀教材：“例如，鐘表的指針、齒輪，電風扇的葉片等，在轉動時，其上的每一點都在做圓周運動。”這里不是簡單地說鐘表指針在做圓周運動，而是說指針上的某點在做圓周運動。結論：圓周運動模型，指的是質點模型繞圓心做圓周運動，而不是物體自身的轉動。

【設計反思】 該環節的設計中，不是簡單地使用生活中常見的圓周運動，而是用“福建的星空”和“空間站看地球”兩段視頻，目的是讓學生從兩個獨特的視角觀察圓周運動，在觀察中尋找地球自轉和空間站繞地球轉的證據，培養學生的科學論證素養。學生只是知道地球自轉這個概念，并沒有想過如何觀察，證明地球是在自轉。針對學生的錯誤回答，教師隨手演示，提出問題引發質疑，再引導學生精讀教材，讓學生自主解惑，理解“圓周運動”與“轉動”的差別，歸納構建圓周運動模型，從而培養學生的模型建構能力。可見，本環節的設計培養了學生“科學論證”和“模型建構”兩個核心素養，有效促進學生思維發展，實現深度學習。

3.2 ?片段2：通過動圖比較定義勻速圓周運動概念

【教學活動】 比較兩個動圖：摩天輪和鏈球的運動。提問：這兩個運動從快慢角度看，有什么差別？回答：鏈球越轉越快，摩天輪轉動快慢不變。閱讀教材：在任意相等時間內通過的弧長都相等的圓周運動稱為勻速圓周運動。板書：勻速圓周運動。播放視頻，提問：鏈球做的是勻速圓周運動嗎？

【設計反思】教材簡單一句話“仔細觀察鐘表指針的轉動，會發現指針上的每一點經過相等時間各自都會轉過相等的弧長。”接著就給出什么是勻速圓周運動，這樣的設計比較生硬。筆者使用比較的方法，讓學生觀察動圖，一個是快慢不變的摩天輪，一個是逐漸加快的鏈球，學生通過比較容易回答“鏈球越轉越快，摩天輪快慢不變。”這樣的情境設計滲透比較法。

3.3 ?片段3：線速度概念的建立

【教學活動】 比較自行車車輪上同軸轉動的A、B（A點離軸近，B點離軸遠）兩點。提問：A、B兩點哪點運動得快呢？通常我們說B點比A點快，為什么？因為相同時間內，B走過的路程大于A的路程。這里的路程就是走過的弧長。閱讀教材：線速度：勻速圓周運動的物體上某點通過的弧長s與所用時間t之比稱為勻速圓周運動的線速度。這里“線速度”是新的物理量嗎？回顧：速率與速度是兩個概念。提問：速率是路程比時間，速度是位移比時間。那么按照線速度的定義，線速度是速率還是速度？回答：線速度是速率。提問：如果說線速度是速率，那么線速度是矢量還是標量呢？回答：線速度是標量。閱讀教材：“線速度是矢量，不僅有大小，而且有方向。線速度的方向是怎樣的呢？”質疑：那怎么說線速度是矢量呢？回顧必修一教材P25。提問：為了測量瞬時速度，可以用很短時間內的平均速度代替瞬時速度。如果物體做勻速直線運動，任意時間內的平均速度都等于瞬時速度。追問：同理可得，物體做勻速圓周運動，任意時間內的平均速度都等于瞬時速度嗎？解答：我們發現，勻速圓周運動時，任意時間內的平均速度不等于瞬時速度。但是，可以用測量一段時間內的平均速率的方法，來測量勻速圓周運動的瞬時速率。提問：為什么說線速度是矢量？講解：圓周運動是曲線運動，速度方向時刻變化著，我們知道瞬時速率后，只要給出對應時刻的速度方向，就可以全面把握瞬時速度了。提問：那么，圓周運動線速度的方向怎么判定呢？閱讀教材：做曲線運動的物體在某點的速度方向，是沿曲線在該點的切線方向。因此，圓周運動線速度的方向總是沿圓周的切線方向。播放動圖，證明圓周運動的速度方向沿切線方向。說明：勻速圓周運動是勻速率圓周運動。勻速圓周運動是變速運動。

【設計反思】 以上環節，引導學生深度閱讀教材，并將必修一教材的內容截圖作為比較，引導學生對教材的內容進行深度思考、質疑，從而培養學生質疑創新能力。

4 ?小結

教學情境的創設過程是對教材的二次開發過程，教師應基于教材，結合學情創設有利于學生深度學習的教學情境，基于情境設計有利于學生思維發展的學習任務或問題，讓學生真正經歷學習的過程。

參考文獻：

［1］ 何玲，黎加厚.促進學生深度學習 [J].現代教學，2005（5）：29.

［2］ 童大振，胡揚洋，包雷.促進深度學習的物理問題情境：內涵、作用與啟示[J].課程·教材·教法，2023，43（3）：125-131.