基于深度學習理念的高中物理思維型課堂構建
——以“氣體的等溫變化”教學為例 *

古壽林

(江蘇省常州市第二中學,江蘇 常州 213003)

1 深度學習和思維型課堂的內涵

1.1 深度學習

淺層學習是單純的機械記憶,主要為知識的描述和復制,割裂了知識點的聯系。深度學習與淺層學習不同的地方在于強調學習者主動地建構知識、批判性的學習,要求學習者理解學習內容的完整含義,建立已有知識與新知識的聯系,將已有的知識遷移到新的情境中,做出決策和解決問題。深度學習注重營造以學生為中心的學習環境,要求通過預評估了解學生已有的知識經驗,根據學生的知識背景確定教學起點,使教學活動更有針對性；創設真實、能夠反映知識形成和應用的學習情境,激發學生的學習興趣；注重引導學生通過自主學習和小組協作學習完成知識的意義建構、問題的解決,實現對知識的深層次掌握,體會知識的價值和意義。

1.2 思維型課堂

思維型課堂以學思結合的教學理念為指導,以知識積累為基石,以技能訓練為輔助,培養學生的思維能力,使學生的思維具有深刻性、靈活性,從而養成良好的思維品質,在此基礎上促進學生智力的提升。

指向深度學習的高中物理思維型課堂是以深度學習理論為指導,著重發展學生的高階思維，提升學生的思維品質和解決實際問題的能力。

下面以“氣體的等溫變化”教學為例,探討基于深度學習理念的高中物理思維型課堂的構建途徑。

2 指向深度教學的思維型課堂實踐

2.1 教材和學情分析

教材和學情分析是實施深度教學的基礎和保證,通過教材分析深刻把握知識背后的邏輯,通過學情分析把握學生的前概念和認知結構,從而更好地激發認知沖突和促進意義建構。

(1) 教材分析

人教版物理選修3-3第八章第一節“氣體的等溫變化”對一定質量氣體的等溫過程進行了重點探究,得出了玻意耳定律,其中涉及的研究思路與方法將會繼續運用在后面章節的學習中。為了明確整個章節的編排思路,更好地發揮方法的遷移作用,第一節的教學變得尤為重要。實驗作為該節教學的基礎,可以創設生動的學習情境,激發學生的興趣與求知欲,幫助學生認識與運用規律。

(2) 學情分析

學生通過初中物理的學習已經建立了固體、液體和氣體的概念,在生活中也有熱脹冷縮的經驗,但對于氣體的三個狀態參量(壓強、體積和溫度)之間的關系是不清楚的。學生通過力學的學習,已經習慣對看得見、摸得著的宏觀物體進行狀態和過程分析,對于看不見、摸不著的氣體可能認識不到位。

2.2 思維型課堂的進階策略

(1) 創設生動的實驗情景引入

師：首先請一位男同學和一位女同學上講臺,配合老師做游戲。游戲規則是這樣的：每人都有一只相同的氣球,女同學直接吹氣球,男同學則將氣球套在瓶口上,對著瓶子吹氣球,看誰能把氣球吹得更大一些。

結果是女同學獲勝了，教師請男同學談感受。

男同學：老師不公平,這樣吹很費力,怎么也吹不大。

師：是什么原因呢？

男同學：封在瓶中的氣體被壓縮,體積減小,壓強增大,無法吹大氣球。

師：打足氣的車胎,若是在烈日下暴曬,車胎會怎么樣？

生：車胎內的氣體因溫度升高而壓強增大。

設計意圖：“吹氣球”實驗的設計,目的是激發學生求知的欲望,營造活躍的課堂氛圍，從而提高學生探究的積極性和主動性。并且通過做實驗和列舉生活實例說明了：氣體的壓強、體積、溫度是相互聯系的,這三個狀態參量之間是存在著一定關系的，從而引出這節課的研究內容。

(2) 定性與定量探究相結合

師：一定質量的氣體在溫度保持不變的條件下,它的壓強和體積會發生怎樣的變化呢？下面請大家動手實驗。這里一定質量的氣體指的是什么？如何保證氣體的溫度不變？

生：一定質量的氣體指的是用注射器封閉的這部分空氣。手不能握著注射器，實驗時應緩慢推動活塞來保證氣體的溫度不變。向下推動活塞,管中封閉空氣體積的減小,越往下越難推動活塞,說明氣體的壓強增大。

師：這僅僅是個定性實驗,通過這個實驗我們知道了：一定質量的氣體,在溫度保持不變的條件下,它的體積減小,壓強增大,若要知道兩者的定量關系，還得進一步探究。實驗器材是20mL注射器、DIS的壓強傳感器等，氣體的體積由注射器所標的示數直接讀出,壓強由壓強傳感器直接測得，結果如圖1所示。

圖1

師：大家分析數據,猜想一定質量氣體的壓強P與體積V有什么定量關系？

生：壓強P和體積V可能成反比。

師：我們可以采取什么方式進行數據處理，來證明壓強P和體積V成反比？

生1：可以計算P和V的乘積,看每一組數據的PV乘積是否相等。

師：通過電腦計算,我們發現在實驗誤差允許的范圍內,PV的乘積是相等的。那么,其他同學有沒有不同的方法來驗證壓強P與體積V成反比呢？

生2：可以畫出P-V圖像。

師：利用剛才的實驗數據畫出P-V圖像后,發現圖線是一段曲線,通過這段圖線能夠說明壓強P與體積V一定是反比關系嗎？

生：不可以。這段曲線可能是拋物線的一段,也可能是橢圓的某一段。

師：我們如何用圖像法來說明壓強P與體積V的反比關系？

生3：可以畫出P-1/V的圖像,如果圖像是一條過原點的直線的話,就可以證明壓強P與體積V是成反比的。

師：如圖2所示，我們對實驗數據的9個點進行擬合。可以看到：P-1/V的圖像是一條非常接近過原點的直線。在實驗誤差允許的范圍內,壓強P與體積V是成反比的。

圖2

(3) 通過深度分析,把握問題本質

師：前面我們發現P-1/V的圖像并沒有完全過原點,是存在著實驗誤差的。請同學們仔細分析,本實驗的誤差來源于哪里？

生：注射器與傳感器相連部分的體積沒有考慮進去。

師：那么應該怎樣減小本實驗的實驗誤差？

生：注射器與傳感器相連部分的體積是1mL,數據采集完成后把氣體體積加上1mL,重新畫出P-1/V的圖像。

也可以選用容積較大(如50mL)的注射器,在實驗過程中,可忽略注射器與傳感器相連部分的氣體的體積，數據及P-1/V圖像如圖3所示。

圖3

(4) 引導遷移,用所學知識解決實際問題

師：請同學們依據氣體等溫變化的規律,解釋前面吹氣球的實驗現象。

生：將氣球反扣在瓶口上時,瓶內氣球和瓶壁之間封閉了一定質量的氣體,開始時的壓強為一個大氣壓,當吹氣球時,瓶內氣體體積減小,壓強增大,故不容易將氣球吹大。

思維型課堂注重遷移應用,遷移能力是通過深度學習所獲取的關鍵能力,不僅是遷移所學知識,更重要的是遷移思想方法,解決“未知”問題,提升學生的思維品質。

3 教學反思

在實際教學中,通過物理實驗創設符合學生認知規律的真實情境,激發學生的學習興趣,豐富學生物理學習的表象,為形成概念、掌握規律奠定了基礎，對物理實驗誤差的深度分析則培養了學生的高階思維能力和嚴謹的科學態度。物理學科知識的邏輯性和系統性強、以物理實驗為基礎等特征要求學生進行深度學習,以利于學生形成物理觀念,加深學生對物理思想方法和知識價值的理解,在高中物理教學中培養學生深度學習能力具有一定的必要性和可行性。