深度學習背景下“探究彈性勢能表達式”教學設計*

史紅姝

(北京交通大學附屬中學 北京 100081)

李俊鵬

(北京市海淀區教師進修學校 北京 100195)

張利國

(北京交通大學附屬中學 北京 100081)

進入新世紀，科技快速發展，未來社會變得越來越無法確定、不可預知.如何讓現在的孩子適應未來的世界，是世界各國教育共同面臨的巨大挑戰.21世紀初，我國啟動的基礎教育課程改革不僅順應了世界教育改革的主流趨勢，也是推進素質教育、轉變人才培養方式、參與國際人才競爭的戰略舉措.在全面深化課程改革的大勢之下，“深度學習”教學改進項目應運而生.深度學習是發展核心素養的學習，它指向過程，關注學生在其培養過程中的體悟，而非結果導向；深度學習是理解性學習，它更強調深層次思考，即解釋、思辨、推理、驗證、應用等更有難度、更加復雜和更具綜合性的學習結果，且能夠將已理解的知識應用于生活[1].

筆者嘗試將深度學習的理論應用于課堂實踐，以下以人教版《物理·必修2》，第七章“機械能守恒定律”第五節“探究彈性勢能表達式”的教學設計為例，談談筆者的一些思考，在此與同行共議.

1 學習內容分析

1.1 從深度學習的角度對本節學習內容的分析

(1)深度學習的第一個特征是：聯想與結構.來到課堂上的學生不是白紙一張，而是帶著已有的經驗來的，這些經驗有的是日常生活經驗，有的是以往所學知識的內化并在學生生活中得以實踐的經驗，在進入教學之前，這些經驗大多只是自在的存在著的，因而需要教師的幫助以喚醒、改造，使之能夠自覺進入教學，輔助當下的教學，又使經驗進入新的結構并得到進一步的提升[2].因此本節的引課選擇了學生在旅游景點看到過或體驗過的蹦極游戲為例，以討論蹦極游戲的安全性為切入點引起學生的興趣，然后圍繞這一問題展開后續實驗，并最終利用學生歸納、推導、討論出的結果來回答這一生活實踐中的問題.

(2)深度學習的第二個特征是：活動與體驗.這是深度學習的核心特征，“活動”是指以學生為主體的主動活動，“體驗”是指學生在活動中產生的內心體驗.學生要成為學習的主體而不是被動的知識接收器，就得有“活動”的機會，有“親身經歷”知識發現、形成、發展的過程的機會[3].本節將得出彈性勢能表達式的探究過程和推導過程歸還給學生，由學生通過親手操作和自身的思考推導兩個途徑得出結論，教師只給予問題引導.

(3)深度學習的第三個特征是：本質與變式.即發生深度學習的學生能夠抓住教學內容的本質屬性，全面把握知識的內在聯系，并能夠由本質推出若干變式[4].本節在推導彈性勢能表達式的過程中，需要學生識別出彈簧彈力隨形變量變化，不是恒力，在求解力在位移上的累積的過程中需要將推導勻變速直線運動位移公式時使用過的微元法和圖像法遷移到本節，推導位移表達式和彈簧彈力做功只是知識載體，微元法與圖像法才是本質.

(4)深度學習的第四個特征是：遷移與應用.在深度學習中，“遷移”是經驗的擴展與提升，“應用”是將內化的知識外顯化、操作化的過程，也是將間接經驗直接化、將符號轉為實體、從抽象到具體的過程，是知識活化的標志，也是學生學習成果的體現[5].本節的設計，在通過實驗和推導兩個途徑得出彈簧彈性勢能表達式后，再次回到引課提出的蹦極游戲安全性問題，由學生通過推導分析游戲中更換游戲者時應如何調節彈性繩才能保證游戲的安全，從而將所學知識遷移到實際生活中.

1.2 從核心素養的角度對本節學習內容的分析

物理核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”4個方面構成，本節內容涉及彈力做功與彈性勢能的關系，與重力做功與重力勢能關系相呼應，且再次涉及到功能關系，又一次的分析可以深入對勢能的理解，從而完善“物理觀念”中的“能量觀念”；在經歷設計實驗、采集數據和分析數據的過程中可以提升科學探究能力；在利用給定情景分析推導彈簧彈性勢能表達式的過程中可以再次體會科學思維中的類比法、控制變量法、微元法、圖像法等方法的使用；在實驗過程中和利用新學習的知識解決生活中問題的過程中可以體會物理與生活的緊密聯系和實事求是的科學態度.

2 學情分析

在學習本節知識之前，學生通過本章前4節的學習已經掌握了求功的基本公式W=Fxcosθ，在勻變速直線運動相關規律的學習中已經掌握了用微元法配合圖像法求解勻變速直線運動位移的方法，在初中的學習中已經初步了解了機械能守恒定律的條件和實驗探究的步驟以及處理數據的方法.

3 學習目標

(1)在分析彈性勢能和重力勢能的轉化過程中、彈力做功和彈性勢能變化的關系過程中逐步完善能量觀念.

(2)通過測量彈性勢能大小、探究彈性勢能與其影響因素的關系、推導彈性勢能表達式的歷程，再次體會科學思維中的類比法、控制變量法、微元法、圖像法等方法.

(3)通過探究彈性勢能與其影響因素的關系的實驗發展實驗探究能力.

(4)通過對蹦極游戲安全性分析的過程體會物理與生活相結合的科學態度；通過設計實驗、采集數據、分析數據的過程體會嚴謹認真、實事求是的科學態度.

4 重點與難點

重點：探究彈性勢能與形變量的關系，利用微元法、圖像法推導彈性勢能的表達式.

難點：探究彈性勢能與形變量的關系的實驗中利用能量的轉化得到彈性勢能大小的物理原理.

5 教法與學法

教法：思維引領，問題引導.

學法：問題思考,實驗探究.

6 教學流程

“探究彈性勢能表達式”的教學流程如圖1所示.

圖1 “探究彈性勢能”教學流程

7 教學環節(表1)

表1 “探究彈性勢能”教學環節

續表

續表

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