創設探究式實驗情境 構建深度學習型課堂*

王馳明

(西安交通大學蘇州附屬中學 江蘇 蘇州 215000)

1 深度學習的內涵

深度學習是一種自主性、理解性學習,強調學習的主動性和思維的挑戰性.是以真實情境為背景,以核心問題為驅導,以高階思維培養為指向,以科學探究為手段,通過引導學習者主動參與,發現問題、解決問題的學習過程.教學中需要教師把知識轉化為問題,將問題融合于情境之中,學生在情境中思考問題,在問題解決中掌握知識.因此,探索新的教學方法,科學運用符合學生心理特征和認知規律的教學策略,通過創新實驗創設真實的學習情境,把知識問題化、問題情境化,情境可視化,引導學生進行深度學習,助推學生提升學科素養,是有益的教學實踐探索.

2 “曲線運動”的深度學習案例

一般認為,深度學習有以下3個特征,一是基于真實情境的任務驅動型學習,二是基于任務驅動的學生深度參與型學習,三是基于合作交流探究的自主構建型學習[1].本文以人教版必修二第五章第1節“曲線運動”新課中知識構建為例,探討如何借助知識、問題、情境的設計活動,促進學生深度學習.

2.1 創設真實情境 激發學生內驅力

情境1：教師將籃球帶進課堂,邀請學生參與一場籃球“挑戰賽”,挑戰者如果能用3種以上的方法使籃球在空中做直線運動,挑戰就算成功,班級其他學生可以作為挑戰者的智囊團,為挑戰者出謀劃策.

設計意圖：情境的創設不只是為了激發學生的學習興趣,還能為學生解決實際問題提供真實的場景,幫助學生形成高質量的問題,激發學生的內驅力.挑戰者通常會使籃球在空中做豎直上拋、自由落體、加速豎直向下運動,在嘗試第四種方法時遇到困難,大多采用兩人配合使籃球在空中做短距離的拋體運動,此時引導學生思考以上幾種方法中籃球在空中是否都做直線運動?

2.2 提出探究問題 促進學生深度參與的思維力

2.2.1 探究曲線運動的方向

情境2：如圖1所示,運動員順時針進行短道速滑運動,若不小心在如圖1所示O位置摔倒后會從O點沿1、2、3、4哪個軌道滑出?如何判斷此刻運動員的速度方向?

圖1 短道速滑運動示意圖

生甲:3號軌道.

師:如何判斷?

生乙:忽略摩擦,由于慣性運動員保持原有運動狀態不變,沿3號軌道做勻速直線運動.

師:追問生乙,原有的狀態指哪個位置的狀態?

生乙:離開軌道瞬間在O位置的狀態.

師:如圖2所示,我們通過一些技術手段可以保留運動員運動的軌跡,研究運動員從3號軌道滑出,對我們研究O點速度有什么幫助?

圖2 運動員沿3號軌道運動的軌跡

生丙:如果我們能夠保留運動員從O點滑出的運動軌跡,就能夠確定O點的速度方向,所以,要想得到軌道上不同位置瞬時速度方向,需要保留運動員在不同位置滑出軌道的運動軌跡.

情境3：為了描繪物體運動軌跡,設計如圖3實驗,器材A1、A2、B1、B2、C1、C2為6塊可拆卸的擋板放置在水平凹槽里按如圖3所示順序放置,6塊擋板拼接后形成一條曲線軌道.用鋼球替代運動員,鋼球沿斜面下滑后沿C1C2中間區域進入軌道.運動的鋼球蘸有墨水,用墨跡保留鋼球運動軌跡,可以分析鋼球離開軌道的瞬時速度方向.利用拆卸軌道的方式,使鋼球在圖4所示的A、B、C這3處不同位置脫離曲線軌道,模擬運動員在賽道不同位置摔倒后滑出軌道的情形.

圖3 實驗裝置圖

圖4 鋼球模擬實驗

如圖4所示紅色墨水記錄的是鋼球從斜面下滑進入軌道后在A、B、C這3處離開軌道時的軌跡,從而確定鋼球在A、B、C位置瞬時速度的方向.

設計意圖：忽略摩擦,由于慣性鋼球會保持原有運動狀態不變,而原有運動狀態即為鋼球離開軌道瞬間在A、B、C這3點的狀態,我們通過這種方法保留鋼球運動軌跡就能確定鋼球在A、B、C這3點的速度方向.

2.2.2 探究曲線運動的條件

師:曲線運動的速度方向沿切線方向,時刻發生改變,曲線運動是勻速運動還是變速運動?

生丁:變速運動.

師:是什么原因使物體的速度發生改變呢?

生戊:做曲線運動的物體合外力不為零.

師:施加什么樣的力能夠使物體的運動狀態發生改變從而做曲線運動?如果施加的合力方向與速度方向在同一條直線上,物體就可能做曲線運動嗎?

情境4：探究曲線運動條件實驗裝置如圖5所示,通過出水口水流軌跡,判斷物體做曲線運動的條件,為了顯示出清晰的水流軌跡,在水中添加一些顏料,讓出水口豎直向下,打開出水閥門,觀察水流的軌跡.

圖5 曲線運動實驗裝置圖

師:有什么辦法讓水流呈曲線?出水口朝什么方向噴水,可以使水流做曲線運動?

生己:出水口與豎直方向呈一定角度.

師:調整出水口方向,使出水口分別斜向上、水平向右、斜向下,打開出水閥門,觀察水流方向.我們在每個水柱上取一作用點,請同學們分析該點的速度方向和受力方向.

生庚:分別在3種情況下選擇一個“小水柱”畫出水柱的瞬時速度方向和受力方向如圖6所示.合力方向與速度方向不共線時物體做曲線運動.

圖6 畫出水柱速度和受力

設計意圖：通過實驗還原純粹物理情境就顯得非常重要,它能基于任務驅動,使學生深度參與學習,幫助學生思維進階,從初始形象思維到抽象具體思維再上升到創造性思維,促進學生高階思維的發展,實現思維的有效進階[2].

2.3 啟發形成概念 提升學生自主建構的學習力

師:當出水口保持靜止且豎直向下噴水,如何能使水流做曲線運動?

生辛:用電吹風沿著水平方向吹氣.

師:嘗試在水柱上取一個作用點畫出該點受力方向,總結合力與曲線運動軌跡的關系.

生壬:畫出受力示意圖如圖7所示,曲線運動的軌跡夾在合力與速度之間,與速度相切,向合力方向彎曲,但不平行.

圖7 畫出受力示意圖

設計意圖：只注重探究結果的活動,往往就是一個“假探究”.真探究往往從實驗設計開始,幫助學生建立基于合作探究的自主構建型學習情境,把握知識背后的思想方法、邏輯、意義和價值.

2.4 解決實際問題 應用知識方法 提升思維的創造性

師:通過這節課的學習我們是不是可以對課前的籃球“挑戰賽”做一個評判呢?思考并回答以下問題:

(1)僅拆除B1,看鋼球能否保持原來的曲線運動?

(2)僅拆除B2,看鋼球能否保持原來的曲線運動?

(3)請學生們注意觀察器材兩側的軌道壁,有什么發現嗎?

(4)請思考要保持原來的曲線運動,最多能同時拆除幾塊板?

生:回顧籃球的4種運動形式,用本節所學知識對4種運動形式是否都為直線運動做出判斷.

設計意圖：能否靈活應用所學知識和思想方法解決實際復雜問題是判斷深度學習發生的重要標志,面對實際問題,進行綜合分析和提出解決方案的過程,本身就是一個創造性過程,所以,教學中設置待解決的實際問題,有助于提升思維的創造性[3].對課堂開始進行的籃球“挑戰賽”成功與否的評判,彰顯了本節設計首位呼應的整體性和嚴密性.

3 促進深度學習教學實踐的意義

3.1 有利于培養學生思維進階發展

物理學科以實驗為基礎、以高階思維能力發展為中心,深度學習就“深”在思維層次上.通過創新實驗還原純粹物理情境,把知識問題化、問題情境化、情境可視化,使學生深度參與學習.物理實驗可視化教學通過對實驗內容和現象的可視化表達,有效精煉出知識的核心內容,實現隱性知識的顯性化,使學生將模糊不清的思想轉化成為清晰的外在形態,降低了學習的復雜度和認知難度[4],學生思維經歷了從初始形象思維到抽象具體思維再上升到創造性思維,促進學生高階思維的發展,實現思維的有效進階.

3.2 有利于促進教師的專業成長

教師的課堂設計應當是把知識轉化為問題,將問題融合于真實的情境之中,把抽象的情境通過實驗可視化.這對教師的課程執行力、領導力和開發力提出十分高的要求.在促進深度學習的高中物理教學實踐研究中,教師必須認真專研課標、教材和高考評價體系,創新實驗方案,不斷地利用或開發實驗教具,在實踐中不斷反思總結,形成教學經驗和教學風格促進教師專業快速成長.

3.3 有利于物理學科核心素養在課堂中落地

落實物理學科核心素養,需要學生從真實的、復雜的探究情境出發運用已有的科學知識與經驗,通過常規思維和高階思維,自主探究與交流合作,在情境中思考,在問題解決中掌握知識,變淺層學習為深度學習.核心素養理念和新高考評價體系是基礎教育的航向標,教師必須遵循教育發展規律,尊重學生認知特點,構建指向培養物理學科核心素養的課堂教學、重視學生物理觀念的形成、培養學生的科學思維能力,實現物理學科核心素養在課堂落地.