在原始問題探究中實現深度學習
——以人教版“曲線運動”教學為例

卞志榮

（江蘇省天一中學，江蘇 無錫 214101）

“曲線運動”是人教版必修第2冊第5章第1節教學內容.這節內容看似簡單，但蘊含了極其豐富的思想和方法，教材編寫充滿著課程改革的時代氣息和物理學科的鮮明特點.

首先，教材編排邏輯性，符合學生認知規律.用教育心理學的理念安排教學內容，有層次.遵循從現象到本質，從簡單到復雜，知識與能力相結合，書本與實際相聯系，有利于激發學生學習興趣和探究熱情.

其次，注重實驗探究，提倡探究學習.強調知識的發生發展過程，注重學生認知過程中的方法與體驗，對促進學生主動學習、學會學習和掌握物理學的研究方法很有幫助.

第三，創設實際情境，豐富學生感性認識.讓學生通過觀察，大膽猜想，質疑問難，尋找論據，探索現象背后的本質規律.通過實驗和理論探究，促進學習方式的轉變，強調學生活動和教學交互性.

第四，教材內容精當，利于教學方式轉變.新教材沒有像老教材那樣，把“運動的合成和分解”放到本節之中，給足了教師創造性使用教材的空間，便于教的方式的改變，也為學生留足了探究學習和深度學習的時間和空間.

第五，實驗探究與理論探究相結合.數學思想和方法的應用為學生理論探究插上了有力的翅膀.開闊了學生的視野，體會到了探究的兩種方法和不同學科的交叉滲透.

從以上分析可以看出，新教材給教學提供了實施素養培養的良好素材，但我們在教學實施時也不能照本宣科，應該用我們的教學智慧，在培養學生社會必備品質和關鍵能力上創造性地使用教材，精心設計教學方案.

基于深度學習理論，筆者在教學設計時重新思考了以下問題：（1）“為什么教的問題”即素養目標的精準定位；（2）“教什么的問題”即要提供什么樣的課程或者教學內容；（3）“怎么教的問題”這是教學設計的核心問題，即通過什么樣的策略和方法才能使學生掌握教學內容，并實現素養教學目標；（4）“教得怎么樣的問題”即教學評價的問題.［1］在此基礎上，為了確保深度教學設計更加規范且邏輯性更強，我們研制了指向深度學習的教學設計流程圖（如圖1）.

圖1 面向深度學習的教學設計

在“曲線運動”課堂教學設計中，如何引導和促進學生進行深度學習，我們進行了積極的探索.

1 在概念和規律建立時的深度學習

1.1 探究曲線運動速度方向

按教材僅用砂輪打磨道具和投擲鏈球這兩個實驗和現象（如圖2）得出曲線運動的速度方向沿軌跡切線方向的普遍規律，顯然有點論據不夠充分，即便是教師增加了滴上紅墨水的旋轉陀螺的演示實驗（如圖3）也不足以證明.因為以上3個現象都是圓周運動，不具有普遍性，若是這樣把結論強加于學生，學生也能勉強接受，但這不利于學生物理觀念和科學思維的正確形成.為此，筆者的做法是讓全體學生通過自主實驗，探究結論.實驗①讓小球從斜槽軌道適當高度釋放，小球獲得一定的初速度進入曲線軌道板運動，小球在水寫布上留下清晰的運動軌跡；實驗②把軌道板從不同位置移去，探究小球從不同點離開軌道的運動方向是沿切線方向（如圖4）.在學生實驗后為了引發學生更深層次的學習，我們及時提出了下列問題：① 你知道小球離開軌道為什么是直線運動嗎？引導學生能將學過的慣性知識以及力與運動關系遷移至此；② 小球沿軌道上某點飛出的直線為什么就是切線呢？很自然地過渡到理論探究：通過極限的思想方法從數學角度和物理學的角度分析論證一般性的曲線運動的方向沿軌道上該點的切線方向（如圖5），使得結論更具有普遍性.從而實現了認識從特殊到一般，從感性到理性的質的飛躍，同時感知到實驗探究和理論探究同樣具有強大的魅力，學生視野得到了開闊.

圖2

圖3

圖4

圖5

1.2 探究曲線運動產生的條件

物體做曲線運動條件的探究是本節課的又一個重點.我們承上啟下利用課本第5頁“練習與應用”第2題（如圖6），在河道上任意選幾點讓學生畫出速度的方向并提出問題：① 流水的速度方向有什么特點？引導得出曲線運動一定是變速運動；② 曲線運動是變速運動，其受力有什么特點？讓學生經過簡短的討論后得出：受合外力不為0且合外力的方向與速度方向不在同一直線上，否則也可以做變速直線運動.由此升華了學生對力與運動關系的認識.

圖6

結論是否正確呢？接下來4人一組進行實驗探究.實驗器材：小球、斜槽軌道、條形磁鐵、長方形木板、白紙、圖釘.實驗目的是讓學生畫出小球運動軌跡及磁鐵對應位置.投影學生實驗結果如圖7，并讓學生歸納總結出曲線運動的條件是：物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上.學生經歷理論分析和實驗探究過程獲得曲線運動的條件遠比我們的灌輸要牢固得多.但深度學習不應停留在知識的獲得，更重要的是學生能用所學知識來解決實際問題，實現物理核心素養的提升.為此，我們創設了以下幾個原始問題來促進學生進一步深度學習.

圖7

原始問題1.某質點在恒力F作用下從A點沿圖中曲線運動到B點，到達B點后，質點受到的力突然反向，則它從B點開始的運動軌跡可能是圖8中的哪條線？

圖8

原始問題2.汽車在水平公路上轉彎，沿曲線由M向N行駛.如圖9所示中分別畫出了汽車轉彎時所受合力F的4種方向，你認為哪一幅圖符合實際情況？

圖9

原始問題3.籃球運動是一項深受大家喜愛的體育項目.某同學投出的籃球沿著優美的弧線穿過籃筐，圖10中能正確表示籃球在相應點速度方向的是哪一點？請你畫出籃球經過A、B兩點的速度方向和受力方向，并指出力與速度方向有何不同點？

圖10

根據所學知識解釋此不同點帶來的結果是什么？自然過渡到曲線運動中受力與速度成銳角和鈍角的不同之處：合力沿切線方向的分力F1產生切向加速度，改變速度的大小；沿經向的分力F2產生徑向加速度，改變速度的方向.所以圖甲質點做減速曲線運動，圖乙質點做加速曲線運動.（如圖11），又一次在實際情境中，深化了力與運動的關系、力的合成和分解、牛頓第二定律的遷移應用，使得學生的質疑能力和批判性思維又一次得到了應用和發展.

圖11

2 在原始問題項目研究中的深度學習

原始問題是指自然界及社會生活、生產中未被抽象加工的典型現象.它具有客觀真實性、生態性、隱蔽性、遷移性和開放性的特點，決定了其解決過程必然是探索和發現的過程.面對客觀、真實的原始問題，學生很難找到可以直接模仿的題型，需要學生從問題中捕捉信息、建立模型，靈活遷移知識和方法，尋找解決問題方案，無疑對學生的素養和能力提升具有極大好處.［2］表1所列與本教學內容相關的3個來自生活中的原始問題，由于課堂時間限制，只能選擇其中一例讓學生在課上進行項目式學習，其他兩例可以安排在課后進行研究性學習.

表1 與圓周運動相關的原始問題及項目式學習

圖12

圖13

圖14

3 結語

綜上所述，本節課的教學設計充分體現了新課程倡導的3種教學方式：參與式、探究式、主體活動式.如曲線運動速度概念的建立，教師不是匆忙告知，而是通過多種現象觀察，獲得感性認識，經過猜想獲得初步結論，用所學知識進行理論分析，最后通過實驗探究獲得普遍結論.整節課在情境創設、問題導學、實驗探究、原始問題項目式學習等方面進行了大膽嘗試和創新，引導、指導學生進行深度學習，讓學生在“做中學，研中思”.課堂充滿了思維的挑戰，智慧的碰撞，創造的火花.有意義的深度學習伴隨著學習活動的展開而落地生根.