指向深度學(xué)習(xí)的高中物理情境教學(xué)設(shè)計(jì)

胡智清

摘 ? 要：深度學(xué)習(xí)是深化基礎(chǔ)教育課程改革的重要抓手和落實(shí)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的實(shí)踐途徑，深化課堂教學(xué)改革強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)情境。文章以“勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的描述”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，提出指向深度學(xué)習(xí)的高中物理情境教學(xué)設(shè)計(jì)的基本步驟為：結(jié)合課標(biāo)要求分析教材情境，根據(jù)實(shí)際條件開(kāi)發(fā)教學(xué)情境，結(jié)合學(xué)情設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。基于學(xué)情選擇適切的情境，基于學(xué)情設(shè)計(jì)學(xué)生能解決的任務(wù)和問(wèn)題，基于學(xué)情設(shè)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，才能讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生，才能真正指向深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；情境化；教學(xué)設(shè)計(jì)；勻速圓周運(yùn)動(dòng)

深度學(xué)習(xí)是指學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間進(jìn)行聯(lián)系，從而將已有的知識(shí)遷移到新的情境中，作出決策和解決問(wèn)題[ 1 ]。普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地。深化課堂教學(xué)改革強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)情境，聯(lián)系社會(huì)生活實(shí)際的重要性。無(wú)論是核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，還是深度學(xué)習(xí)的達(dá)成，都離不開(kāi)“情境”的參與[ 2 ]。只有堅(jiān)持真實(shí)情境這個(gè)總前提，倡導(dǎo)深度學(xué)習(xí)才有意義。本文以“勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的描述”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勚赶蛏疃葘W(xué)習(xí)的教學(xué)情境的選擇和基于情境的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。

1 ?分析教材情境

本節(jié)選用的教材為魯科版（2019版）必修二第3章“圓周運(yùn)動(dòng)”的第1節(jié)教材“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”作為本章的導(dǎo)入，第1節(jié)主要內(nèi)容分4個(gè)部分，第1部分先簡(jiǎn)單定義什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再以同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的兩點(diǎn)快慢比較得出線速度的概念，并說(shuō)明線速度是矢量；第2部分通過(guò)自行車大小齒輪邊緣兩點(diǎn)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(zhuǎn)速等概念；第4部分先通過(guò)一個(gè)周期的圓周運(yùn)動(dòng)證明線速度、角速度和周期的關(guān)系，接著在“物理聊吧”欄目介紹機(jī)器內(nèi)部的齒輪，并提出問(wèn)題，最后用一道例題和“遷移”指導(dǎo)學(xué)生利用線速度、角度和周期的關(guān)系解決問(wèn)題。

該部分內(nèi)容，教材以圖片的形式給出豐富的情境，筆者梳理分析其對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)意圖如表1所示。這些情境都來(lái)自生活實(shí)際，且配了精美的圖片增加情境的可視化，可見(jiàn)，教材非常重視情境的創(chuàng)設(shè)，那么教學(xué)中如何取舍、選擇和利用這些情境呢？

2 ?開(kāi)發(fā)教學(xué)情境

教材的呈現(xiàn)方式是靜態(tài)的、平面的文本和圖片，教學(xué)中可以將這些情境開(kāi)發(fā)為動(dòng)態(tài)的、立體的情境。情境的開(kāi)發(fā)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(xué)情境相關(guān)度更高的圖片替代。如“計(jì)算機(jī)硬盤”教材中的配圖如圖1，只是呈現(xiàn)硬盤的圖片，筆者用圖2替代，提供硬盤轉(zhuǎn)速信息，讓學(xué)生猜想7200RPM和5400RPM的物理意義，創(chuàng)設(shè)了有意義的科學(xué)猜想情境。

2.2 ?用視頻替代圖片

如“夢(mèng)幻般的星空”“充滿刺激的過(guò)山車”“砂輪打磨金屬”“變速自行車”等情境，可以搜索下載對(duì)應(yīng)的視頻，課堂上播放短視頻，增加可視化的視覺(jué)效果。播放的視頻應(yīng)契合主題，短平快，截取最合適的片段，并將視頻中重要細(xì)節(jié)截圖梳理出證據(jù)，設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題，或者啟發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題。

2.3 ?開(kāi)發(fā)為演示實(shí)驗(yàn)

如“自行車鏈條”可以開(kāi)發(fā)為演示實(shí)驗(yàn)，將自行車搬進(jìn)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(guó)傳統(tǒng)詩(shī)詞開(kāi)發(fā)討論情境

周期的概念教學(xué)中，學(xué)生對(duì)周期的概念既熟悉又陌生，如果按照教材的內(nèi)容按部就班地講解，學(xué)生的思維互動(dòng)就少了。因此筆者將與周期有關(guān)的三首詩(shī)詞“春生夏長(zhǎng)，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(yǔ)，讓學(xué)生猜謎。要求學(xué)生每一句話猜一個(gè)字。這樣的教學(xué)情境既能增加課堂趣味性，又可以培養(yǎng)學(xué)生的中華傳統(tǒng)文化自信。

2.5 ?深度閱讀教材創(chuàng)設(shè)質(zhì)疑創(chuàng)新情境

教材用弧長(zhǎng)與時(shí)間的比值定義線速度，然后直接說(shuō)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(xué)生實(shí)際。但是“弧長(zhǎng)”的本質(zhì)上是路程，路程與時(shí)間的比值是速率，速率是沒(méi)有方向的，這不前后矛盾嗎？這里可以設(shè)置一個(gè)互動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)復(fù)習(xí)速率和速度兩個(gè)概念，啟發(fā)學(xué)生質(zhì)疑，再用曲線運(yùn)動(dòng)的定義方法——將平均速度取極限，得到圓周運(yùn)動(dòng)線速度的大小和方向。教材在第二章第1節(jié)通過(guò)“迷你實(shí)驗(yàn)室”欄目中，為了得出“物體在某點(diǎn)速度的方向，就是沿曲線在該點(diǎn)的切線方向”的結(jié)論，利用了平均速度定義取極限的方法。從兩個(gè)角度去幫助學(xué)生構(gòu)建線速度的概念，可以讓學(xué)生明白“線速度”不是新的特有的概念，其本質(zhì)就是“瞬時(shí)速度”。這樣的過(guò)程雖然慢點(diǎn)，但讓學(xué)生經(jīng)歷概念建構(gòu)的過(guò)程遠(yuǎn)比概念本身更加重要，這樣建構(gòu)的概念也會(huì)更加系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化。

2.6 ?將零散情境整合為大情境

教材針對(duì)不同知識(shí)提供了不同的情境，如果課堂教學(xué)中每個(gè)情境都使用，會(huì)使教學(xué)零散，不利于促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。這就要求教師對(duì)情境進(jìn)行整合，將零散情境整合為一個(gè)大情境，這個(gè)大情境可以解決多個(gè)問(wèn)題。如表1中的情境4、6、10和12都與自行車有關(guān)，實(shí)際教學(xué)中可以以自行車變速器為大情境，展開(kāi)探究教學(xué)。

3 ?設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)

情境只是載體，選擇合適的情境后，要依托載體，設(shè)計(jì)問(wèn)題，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。下面列舉本節(jié)幾個(gè)基于情境的互動(dòng)片段。

3.1 ?片段1：觀察現(xiàn)象，構(gòu)建模型

【教學(xué)活動(dòng)】 播放視頻：自然界中的圓周運(yùn)動(dòng)。視頻的內(nèi)容為“福建的星空”和“空間站看地球”。提問(wèn)：在視頻中看到哪些圓周運(yùn)動(dòng)？預(yù)設(shè)：學(xué)生的回答可能不規(guī)范，只會(huì)說(shuō)地球做圓周運(yùn)動(dòng)。對(duì)于學(xué)生的回答，教師先不評(píng)價(jià)，演示：（1）繞講臺(tái)走一圈；（2）原地自轉(zhuǎn)一圈。提問(wèn)：兩個(gè)動(dòng)作都屬于圓周運(yùn)動(dòng)嗎？能不能簡(jiǎn)單地說(shuō)“老師做圓周運(yùn)動(dòng)”？講解：說(shuō)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該說(shuō)某物體做什么運(yùn)動(dòng)，即有一個(gè)研究對(duì)象。如果以老師為研究對(duì)象，動(dòng)作一中，老師是沿著圓周運(yùn)動(dòng)的，軌跡是圓，因此老師做的是圓周運(yùn)動(dòng)。動(dòng)作二中，如果仍然是研究老師，那么老師的空間位置并沒(méi)有改變，軌跡不是圓周，因此不是圓周運(yùn)動(dòng)；但若研究老師的手指，則屬于圓周運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材：“例如，鐘表的指針、齒輪，電風(fēng)扇的葉片等，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的每一點(diǎn)都在做圓周運(yùn)動(dòng)。”這里不是簡(jiǎn)單地說(shuō)鐘表指針在做圓周運(yùn)動(dòng)，而是說(shuō)指針上的某點(diǎn)在做圓周運(yùn)動(dòng)。結(jié)論：圓周運(yùn)動(dòng)模型，指的是質(zhì)點(diǎn)模型繞圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，而不是物體自身的轉(zhuǎn)動(dòng)。

【設(shè)計(jì)反思】 該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中，不是簡(jiǎn)單地使用生活中常見(jiàn)的圓周運(yùn)動(dòng)，而是用“福建的星空”和“空間站看地球”兩段視頻，目的是讓學(xué)生從兩個(gè)獨(dú)特的視角觀察圓周運(yùn)動(dòng)，在觀察中尋找地球自轉(zhuǎn)和空間站繞地球轉(zhuǎn)的證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證素養(yǎng)。學(xué)生只是知道地球自轉(zhuǎn)這個(gè)概念，并沒(méi)有想過(guò)如何觀察，證明地球是在自轉(zhuǎn)。針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤回答，教師隨手演示，提出問(wèn)題引發(fā)質(zhì)疑，再引導(dǎo)學(xué)生精讀教材，讓學(xué)生自主解惑，理解“圓周運(yùn)動(dòng)”與“轉(zhuǎn)動(dòng)”的差別，歸納構(gòu)建圓周運(yùn)動(dòng)模型，從而培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力。可見(jiàn)，本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)培養(yǎng)了學(xué)生“科學(xué)論證”和“模型建構(gòu)”兩個(gè)核心素養(yǎng)，有效促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

3.2 ?片段2：通過(guò)動(dòng)圖比較定義勻速圓周運(yùn)動(dòng)概念

【教學(xué)活動(dòng)】 比較兩個(gè)動(dòng)圖：摩天輪和鏈球的運(yùn)動(dòng)。提問(wèn)：這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)從快慢角度看，有什么差別？回答：鏈球越轉(zhuǎn)越快，摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)快慢不變。閱讀教材：在任意相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)都相等的圓周運(yùn)動(dòng)稱為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。板書(shū)：勻速圓周運(yùn)動(dòng)。播放視頻，提問(wèn)：鏈球做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎？

【設(shè)計(jì)反思】教材簡(jiǎn)單一句話“仔細(xì)觀察鐘表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)指針上的每一點(diǎn)經(jīng)過(guò)相等時(shí)間各自都會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)相等的弧長(zhǎng)。”接著就給出什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)比較生硬。筆者使用比較的方法，讓學(xué)生觀察動(dòng)圖，一個(gè)是快慢不變的摩天輪，一個(gè)是逐漸加快的鏈球，學(xué)生通過(guò)比較容易回答“鏈球越轉(zhuǎn)越快，摩天輪快慢不變。”這樣的情境設(shè)計(jì)滲透比較法。

3.3 ?片段3：線速度概念的建立

【教學(xué)活動(dòng)】 比較自行車車輪上同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的A、B（A點(diǎn)離軸近，B點(diǎn)離軸遠(yuǎn)）兩點(diǎn)。提問(wèn)：A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快呢？通常我們說(shuō)B點(diǎn)比A點(diǎn)快，為什么？因?yàn)橄嗤瑫r(shí)間內(nèi)，B走過(guò)的路程大于A的路程。這里的路程就是走過(guò)的弧長(zhǎng)。閱讀教材：線速度：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體上某點(diǎn)通過(guò)的弧長(zhǎng)s與所用時(shí)間t之比稱為勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)概念。提問(wèn)：速率是路程比時(shí)間，速度是位移比時(shí)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(wèn)：如果說(shuō)線速度是速率，那么線速度是矢量還是標(biāo)量呢？回答：線速度是標(biāo)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(zhì)疑：那怎么說(shuō)線速度是矢量呢？回顧必修一教材P25。提問(wèn)：為了測(cè)量瞬時(shí)速度，可以用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度。如果物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，任意時(shí)間內(nèi)的平均速度都等于瞬時(shí)速度。追問(wèn)：同理可得，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，任意時(shí)間內(nèi)的平均速度都等于瞬時(shí)速度嗎？解答：我們發(fā)現(xiàn)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，任意時(shí)間內(nèi)的平均速度不等于瞬時(shí)速度。但是，可以用測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的平均速率的方法，來(lái)測(cè)量勻速圓周運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速率。提問(wèn)：為什么說(shuō)線速度是矢量？講解：圓周運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，速度方向時(shí)刻變化著，我們知道瞬時(shí)速率后，只要給出對(duì)應(yīng)時(shí)刻的速度方向，就可以全面把握瞬時(shí)速度了。提問(wèn)：那么，圓周運(yùn)動(dòng)線速度的方向怎么判定呢？閱讀教材：做曲線運(yùn)動(dòng)的物體在某點(diǎn)的速度方向，是沿曲線在該點(diǎn)的切線方向。因此，圓周運(yùn)動(dòng)線速度的方向總是沿圓周的切線方向。播放動(dòng)圖，證明圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向沿切線方向。說(shuō)明：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻速率圓周運(yùn)動(dòng)。勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)。

【設(shè)計(jì)反思】 以上環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生深度閱讀教材，并將必修一教材的內(nèi)容截圖作為比較，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教材的內(nèi)容進(jìn)行深度思考、質(zhì)疑，從而培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力。

4 ?小結(jié)

教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)過(guò)程是對(duì)教材的二次開(kāi)發(fā)過(guò)程，教師應(yīng)基于教材，結(jié)合學(xué)情創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)情境，基于情境設(shè)計(jì)有利于學(xué)生思維發(fā)展的學(xué)習(xí)任務(wù)或問(wèn)題，讓學(xué)生真正經(jīng)歷學(xué)習(xí)的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 何玲，黎加厚.促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí) [J].現(xiàn)代教學(xué)，2005（5）：29.

［2］ 童大振，胡揚(yáng)洋，包雷.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的物理問(wèn)題情境：內(nèi)涵、作用與啟示[J].課程·教材·教法，2023，43（3）：125-131.