物理教學(xué)從知識(shí)傳輸?shù)缴疃葘W(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變
——以“一般的拋體運(yùn)動(dòng)”為例

吳 敏 劉霽華

（1.常州市第二中學(xué)，江蘇常州 213003；2.常州市教育科學(xué)研究院，江蘇常州 213001）

1 問題的提出

深度學(xué)習(xí)與孤立記憶和非批判性地被動(dòng)接受知識(shí)的淺層學(xué)習(xí)相對(duì)，是在理解的基礎(chǔ)上，批判性地學(xué)習(xí)新知和思想，并將其融入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，建立聯(lián)系并能遷移到新情境中，作為決策和解決問題的一種學(xué)習(xí).［1］這種學(xué)習(xí)直接指向了對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的本質(zhì)理解與思考，指向了有效的學(xué)習(xí)遷移和真實(shí)問題的解決，指向了學(xué)習(xí)者批判性、創(chuàng)造性等高階思維的培養(yǎng)，指向了積極的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和正確價(jià)值觀的形成，這些實(shí)質(zhì)上都是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基本要素.

但當(dāng)前教學(xué)以知識(shí)為中心，灌輸、平移學(xué)習(xí)內(nèi)容的淺層學(xué)習(xí)仍然支配著課堂，教師重講授、輕實(shí)踐，重結(jié)論、輕過程的簡(jiǎn)單性、確定性教學(xué)方式還普遍存在.開展深度學(xué)習(xí)，采用怎樣的教學(xué)方式、教學(xué)策略，使學(xué)生成為真正的“探究者”“思考者”而非“記憶者”，是當(dāng)前物理教學(xué)的現(xiàn)實(shí)問題.本文以人教版新教材“一般的拋體運(yùn)動(dòng)”［2］為例，提出我們?cè)趯?shí)踐中開展深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變與思考，和同行們探討.

2 物理教學(xué)開展深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變

2.1 教學(xué)內(nèi)容的定位轉(zhuǎn)變——從“重難點(diǎn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)展點(diǎn)”

一般的拋體運(yùn)動(dòng)是平拋運(yùn)動(dòng)之后的教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)中由于在高考中不要求進(jìn)行運(yùn)算考查，所以“委屈”地變成了教師心目中的非重點(diǎn)內(nèi)容，教學(xué)安排一般是寥寥數(shù)語交代水平、豎直分解的處理方法，推導(dǎo)出若干關(guān)系式，對(duì)蘊(yùn)含的深層意義不做探討.這種主體被“告知”的過程，使這部分“非重點(diǎn)”內(nèi)容失去了開展深度學(xué)習(xí)的價(jià)值.站在深度學(xué)習(xí)的角度，“一般的拋體運(yùn)動(dòng)”具有著拓展運(yùn)動(dòng)多樣性和普遍性的認(rèn)識(shí)、開展在平拋基礎(chǔ)上遷移運(yùn)用和變式思考的重要價(jià)值，是學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的絕佳素材，是培養(yǎng)遷移創(chuàng)新能力的重要“發(fā)展點(diǎn)”.

2.2 提出問題的性質(zhì)轉(zhuǎn)變——從“知識(shí)性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨驹葱浴?/h3>

知識(shí)性問題，直接指向結(jié)論，只能帶來表面化的認(rèn)識(shí).而指向科學(xué)本源和本質(zhì)性的問題，則能觸發(fā)對(duì)現(xiàn)象的深刻思考，使學(xué)習(xí)由知識(shí)傳授轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)的研究，促進(jìn)深度理解.［3］

情境體驗(yàn)：展示校園花圃里噴水的場(chǎng)景，觀察水流在空中劃過的痕跡，順利地從平拋過渡到斜拋.拋接球（氣球、皮球）的體驗(yàn)活動(dòng)認(rèn)識(shí)到空氣阻力的影響，建立理想化的斜拋運(yùn)動(dòng)模型.

提出問題：在平拋運(yùn)動(dòng)的研究中，我們根據(jù)其受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，提出平拋運(yùn)動(dòng)是水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，而且這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的.

問題1：運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性是普遍規(guī)律嗎？斜拋運(yùn)動(dòng)是否適用？

問題2：根據(jù)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，結(jié)合受力、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，斜拋運(yùn)動(dòng)可以如何處理？

這里問題的提出方式從傳統(tǒng)的“斜拋運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)嗎？”等表象的結(jié)論性問題轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)科學(xué)內(nèi)在的一般性、普適性的追問.

2.3 實(shí)驗(yàn)探究的目的轉(zhuǎn)變——從“獲得結(jié)論”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把芯堪l(fā)現(xiàn)”

實(shí)驗(yàn)探究：如圖1，實(shí)驗(yàn)儀器為電磁定位系統(tǒng)“Magic板”和“拋?zhàn)印毙盘?hào)源（Dis集成的硬、軟件系統(tǒng)），Magiac 板捕捉信號(hào)源在空中的位置，可以記錄“拋?zhàn)印痹诳罩械能壽E.如圖2，選擇50 Hz，設(shè)置“拋?zhàn)印绷泓c(diǎn)，點(diǎn)擊開始記錄，利用彈射裝置把“拋?zhàn)印毙睊伋鋈?，即可得到合運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的空中點(diǎn)跡.如圖3，利用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)處理功能，可得x、y方向的速度圖像的擬合線，得到兩個(gè)方向上的加速度.

圖1

圖2

圖3

結(jié)果評(píng)價(jià)：加速度的數(shù)值理論上水平方向應(yīng)該為零，豎直方向?yàn)?.8m／s2，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻會(huì)隨機(jī)性地出現(xiàn)較大偏差.如果簡(jiǎn)單歸結(jié)為實(shí)驗(yàn)誤差或空氣阻力，便得出結(jié)論，這種教學(xué)方式顯然是不深刻的，很可能掩蓋了事實(shí)真相.

提出問題：為什么有時(shí)的數(shù)據(jù)比較好，有時(shí)偏差較大呢？實(shí)驗(yàn)誤差是空氣阻力造成的嗎？

實(shí)驗(yàn)探究：和學(xué)生一起用手機(jī)慢鏡頭追蹤“拋?zhàn)印边\(yùn)動(dòng)的“真相”.發(fā)現(xiàn)原來是“拋?zhàn)印痹趻伋龊?，有時(shí)會(huì)在空中出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，有時(shí)不翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)的不可重復(fù).

借助Magic魔板便捷地追蹤、顯示了斜拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，自帶的數(shù)據(jù)分析功能用于說明水平、豎直兩個(gè)方向上的分運(yùn)動(dòng)規(guī)律.但是，我們后續(xù)的研究過程，打破了學(xué)生把實(shí)驗(yàn)問題簡(jiǎn)單機(jī)械地歸結(jié)為空氣阻力的淺層思維，使學(xué)生們認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代技術(shù)支持下的實(shí)驗(yàn)也存在著各種不確定的偶然因素.搞清其原因，不僅能探尋準(zhǔn)確的結(jié)論，更能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，展示了從“獲得結(jié)論”到“研究發(fā)現(xiàn)”的深度學(xué)習(xí)過程.

2.4 數(shù)據(jù)處理的過程轉(zhuǎn)變——從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白灾髟O(shè)計(jì)”

選擇“拋?zhàn)印辈环D(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展開分析.盡管系統(tǒng)已經(jīng)給出了兩條圖像，但其過程是不可見的，存在著“被動(dòng)接受”的缺憾.教師導(dǎo)出豎直方向運(yùn)動(dòng)的（水平方向原理相同，略）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讓學(xué)生“自主設(shè)計(jì)”數(shù)據(jù)的分析.

自主設(shè)計(jì)：嘗試1：利用豎直方向數(shù)據(jù)直接在Excel軟件中繪制圖像，擬合為二次函數(shù)（如圖4），得到重力加速度.

圖4

圖5

圖6

結(jié)果評(píng)價(jià)：（1）在上述圖像法處理數(shù)據(jù)中，展示了“化曲為直”的多種方法，對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力是很好的培養(yǎng).（2）信息化處理同一組數(shù)據(jù)，兩種擬合出的直線圖像，得到的結(jié)果存在小量誤差，說明電腦的擬合線也存在選擇性的差異.

不能讓“一鍵式”的信息化手段使學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的旁觀者，而是要設(shè)計(jì)活動(dòng)，讓主體親身參與實(shí)踐，開展對(duì)數(shù)據(jù)的自主分析，培養(yǎng)學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，才能實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí).

2.5 拓展學(xué)習(xí)的方式轉(zhuǎn)變——從“簡(jiǎn)單告訴”轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑w移創(chuàng)新”

在原有情境和問題解決的基礎(chǔ)上開展拓展學(xué)習(xí)，是開展深度學(xué)習(xí)的重要手段.但在教學(xué)中常常出現(xiàn)為拓展而拓展現(xiàn)象，采用“簡(jiǎn)單告訴”的方式，這就失去了深度學(xué)習(xí)的價(jià)值.我們把平拋擊中自由落體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，遷移到斜拋運(yùn)動(dòng)，對(duì)比研究，形成思維沖突，推動(dòng)深度思維的發(fā)展.

對(duì)比實(shí)驗(yàn)：教師用圖7儀器開展實(shí)驗(yàn)，在平拋與自由落體運(yùn)動(dòng)中，激光器瞄準(zhǔn)小球，發(fā)射子彈的同時(shí)小球自由下落，在空中發(fā)生碰撞.管口傾斜，激光器仍然瞄準(zhǔn)小球，教師設(shè)問：這次能碰撞嗎？實(shí)驗(yàn)演示，手機(jī)動(dòng)態(tài)鏡頭APP回放實(shí)驗(yàn)過程，同步生成如圖8所示的頻閃照片.

圖7

圖8

提出問題：同學(xué)們，能解釋平拋與自由落體運(yùn)動(dòng)小球碰撞的現(xiàn)象嗎？如圖9，平拋的子彈和同時(shí)自由落體小球始終保持在同一高度，同一時(shí)刻位置的連線是平行線.

圖9

類比問題：斜拋?zhàn)訌椗c自由落體的小球，同一時(shí)刻子彈和小球的位置也連起來，會(huì)是什么情況呢？

生成發(fā)現(xiàn)：如圖10，同一時(shí)刻子彈和小球位置的連線居然也是平行線，相互的平行線意味著什么呢？根據(jù)平行的幾何關(guān)系，自由落體下落的距離與斜拋運(yùn)動(dòng)相對(duì)于初速度方向上的豎直下落距離相等.以此類推，任意相等時(shí)間內(nèi)，對(duì)應(yīng)的兩段豎直距離總是相等，即斜拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上與自由落體同步.再觀察沿初速度方向上，很明顯，相等時(shí)間內(nèi)都是等距的線段，這表明沿初速度方向上做的是勻速直線運(yùn)動(dòng).這一生成發(fā)現(xiàn)建立在直觀生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)情境上，徹底擺脫了單向直白的說教.

圖10

拓展延伸：平拋運(yùn)動(dòng)分解為初速度方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，斜拋運(yùn)動(dòng)也可以分解為初速度方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).（如圖11）

圖11

形成觀念：運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理具有一般性，不一定非要在水平和豎直兩個(gè)方向進(jìn)行分解.教師舉例豎直上拋、豎直下拋公式，都是這一原理的具體表現(xiàn).通過拓展延伸形成了物體運(yùn)動(dòng)的多樣統(tǒng)一、物理原理的簡(jiǎn)單自洽，體現(xiàn)出力的獨(dú)立作用原理和運(yùn)動(dòng)獨(dú)立性原理是普遍規(guī)律.

3 物理教學(xué)開展深度學(xué)習(xí)的思考

上述教學(xué)過程說明深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)不是新奇實(shí)驗(yàn)的表演，也不是知識(shí)難度的提升，更不是教師單向的拓展.在教學(xué)過程中需要我們關(guān)注以下幾個(gè)問題.

3.1 善于運(yùn)用技術(shù)，發(fā)揮技術(shù)的教育功能

現(xiàn)代技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用為問題的研究創(chuàng)設(shè)了平臺(tái)，為深度學(xué)習(xí)的開展提供了支持.教學(xué)中要避免學(xué)生成為現(xiàn)代技術(shù)的單向“接收器”和“觀賞者”，要根據(jù)不同的任務(wù)需要，借助技術(shù)手段對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深度加工，將技術(shù)的功能轉(zhuǎn)變?yōu)殚_展深度學(xué)習(xí)的有效手段，使學(xué)生成為技術(shù)的選擇者、使用者、評(píng)價(jià)者.例如，借助信息技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)過程的追蹤與分析，進(jìn)行自主的數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)，在上述圖9、圖10中，利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了子彈擊球從動(dòng)態(tài)畫面到靜態(tài)畫面的自動(dòng)轉(zhuǎn)變.學(xué)生通過對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)了斜拋運(yùn)動(dòng)新的處理方法，打破了之前水平、豎直分解的思維定式，推動(dòng)主體思維的深化.

3.2 合理提出問題，關(guān)注物理現(xiàn)象的本質(zhì)

深度學(xué)習(xí)，不是知識(shí)難度的加深，而是研究的問題具有發(fā)展思維、建構(gòu)意義的價(jià)值.這要求我們?cè)诮虒W(xué)中能夠依托物理現(xiàn)象，提出本源性、本質(zhì)性、實(shí)踐性問題，以此展開有效的問題解決實(shí)踐，在實(shí)踐中落實(shí)自主決策、自我調(diào)整、共同發(fā)現(xiàn)等發(fā)展高階思維的深度學(xué)習(xí)過程.

3.3 基于原有經(jīng)驗(yàn)，落實(shí)主體真實(shí)的參與

深度學(xué)習(xí)，不是知識(shí)容量的增加，而是主體思維的真實(shí)參與.只有在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展遷移性、對(duì)比性研究，才能形成思維沖突，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)所期望的知識(shí)結(jié)構(gòu)重組與理解的深化，反之可能變成被動(dòng)接受更多的知識(shí).所以學(xué)生的主動(dòng)參與，特別是在原有思維和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，才是有意義的深度學(xué)習(xí).