指向深度学习的高中物理学历案设计研究——以“向心加速度”教学设计为例

卞望来

(江苏省南菁高级中学,江苏 江阴 214437)

1 问题的提出

1.1 何为深度学习

1976 年由马顿和塞利约一起发表的《学习的本质区别-1:成果和过程》中最初提到了深度学习．他们认为浅层学习处于较低的认知水准,是一种低级认知技能的取得,涉及低阶思维活动;而深度学习则处于高级的认知水准,面向高级认知技能的取得,涉及高阶思维活动．韦格尔认为,深度学习有赖于条件化知识、元认知和探究共同体．詹森等人认为,深度学习是新内容或技能的取得,其务必经过一步以上的学习和多步的剖析或加工．我国学者何玲、黎加厚认为深度学习是经过理解学习的基础上,学习者能够批判性地学习新的思维和事实,并将它们融入原来的认知结构中,能将已有的知识迁移到新的情境中,并得出解决学习问题的决策．

深度学习有以下4方面特征．(1) 理解学习．深度学习强调的是对知识、观念的理解,学生通过学习能深刻了解知识的本质,加深对深层知识和复杂观念的理解．(2) 内容整合．学生通过学习将新信息与已知的观念和原理联系起来,整合到原有的认知结构中,从而引起对新的知识信息的理解及迁移应用．(3) 自主建构．在教学过程中,教师要想方设法为学生学习构建平台,激发学生学习的潜能,让学生主动学习．只有这样学生才能对知识进行内化,积极建构形成稳固的知识体系．(4) 迁移运用．深度学习要求学生对学习情境深刻理解,在新情境中分析判断差异并将规定思路迁移运用．

1.2 什么是学历案

“学历案”是由华东师大课程与教学研究所所长崔允漷教授最初提出的,它是教师设计的指导学生学习用的文本,它是一种学习的认知地图、可多次使用的学习档案．学历案是在班级教学情景下,基于学生立场,围绕某一详细的学习单元(主题或单位),从希望学生“学会什么”出发,设计并开展“学生何以学会”的过程,方便学生自主建构或共同建构经验的专业方案．详细的说:学历案是教师预设的、学生学习用的方案,主要帮助学生更好地进行学习,经历“真学习”,以达成意义与价值(经验增加),展示某一学习片段的完整历程．一份学历案有6个方面内容:学习主题,学习目标,评估任务,学习过程,检测与作业,学后反思．这样以学生为课堂主人,以教师为指导者,师生一起完成教学任务,显示了集体智慧的学历案教学使用,给教师“教”和学生“学”的方式均带来了巨大变化．

1.3 指向深度学习的高中物理学历案设计

指向深度学习的高中物理学历案设计就是要考虑学生认知心理特征和知识水平,从知识的整体性和学生的思维入手,围绕学生作为“学习者”的主体责任,为学生提供专业化的深度学习机会,设计多层次学习内容,追求课堂上每位学生的“真学习”,把培养学生科学素养的目标落到实处．在设计中要注重提高学生的思维品质、科学探究能力,培养学生的物理核心素养．本研究的着力点是:特别注重学生学习“体验”的设计,强调个性化问题的设计,体现活动设计,突出学习方式(合作学习、实践过程、借助工具等)设计,实现“做”中学和“教”中学．促进了学生主动地学习,从而实现了学生成为课堂的主体．应用学历案进行教学,真正体现了以学生为中心,是进入深度学习的必由之路．

2 学历案的呈现与评估

2.1 学习主题

向心加速度．人教版高中《物理》(必修2)第5章第5节．

2.2 课标要求

理解向心加速度,掌握向心加速度二类表达式,会推导向心加速度公式．

2.3 学习目标

(1) 通过复习回顾,对比匀速直线运动与圆周运动,由力的作用效果可知,学生能确定作圆周运动的物体是变速运动,必定受力．

(2) 通过几个实例让学生分析作匀速圆周运动的物体,要受到什么方向的力．

(3) 由牛顿第二定律和理论推导二个方面得到匀速圆周运动的向心加速度方向必定指向圆心．

(4) 引导学生学会推导匀速圆周运动的向心加速度的大小表达式,并比较二类表达式的差别．

(5) 分析平抛运动的加速度与匀速圆周运动的加速度的相同点与不同点．

2.4 评估任务

(1) 通过对比剖析匀速圆周运动是变速运动及理解向心加速度方向．(检测目标1、2)

(2) 由理论和定律二方面确定匀速圆周运动的向心加速度方向．(检测目标3)

(3) 通过三角形相似计算和实例分析向心加速度大小情况．(检测目标4、5)

2.5学法建议

(1) 匀速圆周运动是一种重要的曲线运动,通过实例让学生深刻理解它是一种变速运动．

(2) 匀速圆周运动的向心加速度方向是本节教学的一个难点,教学中要让学生自己去领悟,运用探究和牛顿第二定律二个方法得到,而且还要让学生掌握其方向时刻在变化．

(3) 在实际应用中,让学生去掌握向心加速度的大小二个表达式的不同点．

(4) 学历案中的A组作业练习为合格要求,B组为较高要求．

2.6 学习过程

2.6.1 课前准备

复习:匀速圆周运动的概念和描述匀速圆周运动的物理量及其公式?物体不受力或所受合力为零时,物体处于什么样的状态?物体受力或所受合力不为0时,物体又处于什么样的状态?

2.6.2 课中学习

探究1： 匀速圆周运动性质.

(1) 比较匀速直线运动与圆周运动速度有什么不同点?受力上有什么不同点?(检测目标1)

圆周运动速度方向时刻改变,所以圆周运动是一种变速运动,有加速度,物体受力作用．那么,做匀速圆周运动的物体的加速度又有什么特征,受什么方向的力呢?

(2) 如图1所示，地球绕太阳做(近似地)匀速圆周运动,地球受到什么力的作用?这个力沿什么方向?

图1

(3) 光滑桌面上一个小球由于细线的牵引,绕桌面的钉子做匀速圆周运动,小球受到几个力的作用?这几个力的合力沿什么方向?(检测目标2)

学生活动,得出结论:物体所受合力指向圆周运动轨迹的圆心,所以根据牛顿第二定律,加速度也指向圆周运动轨迹的圆心．

追问:能否就此得出所有做匀速圆周运动的物体的加速度都如此?

答:不能,因为只是几个特殊实例．我们应从加速度的定义出发,对匀速圆周运动的加速度方向定性分析．

环节评估:通过分析,让学生初步掌握匀速圆周运动是一种变速运动,因而有加速度,说明物体受到力的作用．通过2个匀速圆周运动实例分析,做匀速圆周运动物体受力且指向圆心,由牛顿第二定律可得,加速度方向指向圆心．

探究2： 匀速圆周运动的加速度方向.

(1) 直线运动中的速度变化量:(图2向右,图3向左)

图2 图3

(2) 曲线运动中的速度变化量(如图4).

图4

(3) 匀速圆周运动中的速度变化量.

图5

结论:任何做匀速圆周运动加速度方向均指向圆心,这个加速度叫向心加速度．向心加速度方向时刻改变,向心加速度是变的．(检测目标3)

环节评估:这部分学习要求很高,由加速度的定义式出发,由矢量关系可知,要知道加速度方向,只要知道速度变化方向,由直线运动,到一般曲线运动,再到匀速圆周运动,逐步深入,加深了学生对向心加速度方向理解,夯实向心加速度概念,巩固矢量运算方法．教学中,我们遵循由特殊到一般,再到特殊,也有利于培养学生的探究精神．

探究3：向心加速度大小.

又因为Δt→0,AB弦长与AB弧长近似相等,即有s=rΔθ.所以加速度

课本第22页,思考与讨论．(检测目标4)

案例：平抛运动和匀速圆周运动都是特殊的曲线运动,它们的加速度有何不同?(检测目标5)

答:平抛运动加速度为重力加速度,大小方向均不变,因而平抛运动是匀变速曲线运动．

匀速圆周运动加速度为向心加速度,大小不变,方向不断变化,因而匀速圆周运动是非匀变速曲线运动．(可引导学生作图分析)

环节评估:通过相似三角形推导得到向心加速度公式,通过学习书上实例分析什么情况下|a|与r成反比,|a|与r成正比．这样的学习能使学生完整掌握向心加速度．后面通过一道例题的分析,巩固了匀速圆周运动的向心加速度．

2.6.3 课后检测

A组(巩固练习)：课本第22页问题与练习:1-4.

B组(拓展练习)：归纳匀速圆周运动的向心加速度的大小、方向特点,总结匀速圆周运动是一种什么性质的运动?探究向心加速度的产生原因是什么?你能否推断一般圆周运动的加速度吗?

2.7 学后反思

(1) 通过本节课学习,请你回顾本课中3个探究课题:匀速圆周运动性质,匀速圆周运动的加速度方向,向心加速度大小．你根据这样逐步深入学习物理的安排对于今后的学习有什么启发,写下你的感受．

(2) 关于本课学习匀速圆周运动的向心加速度,你有什么心得要与同学、老师交流?你能进一步说说向心加速度的作用．

3 研究的意义

指向深度学习的高中物理学历案设计,要对学习问题进行较为详细描述,引导学生去探究问题,要让学生在学习过程中能将高中物理知识建成一个整体性的物理学习系统．实现以下两个目标．

3.1 关注学生的发展潜力

本研究倡导“自主、探究、合作”的学习方式,将学历案设计放在更为广阔的时间和空间的背景下,关注每位学生学习的过程和结果,关注每位学生达成学习目标的途径,让设计的问题着眼于学生的“最近发展区”,培养学生的问题意识,提高思维品质,提升学生的学习能力,让每位学生从学会到会学,充分挖掘学生的潜能．

3.2 回归课堂教学的出发点．

本设计按“教-学-评一致性”的学习活动来编制的,从自然科学的自身规律、学生的学习心理、认知规律和教育基本规律出发,积极考虑培养学生核心素养,提高教师的专业水平,改善教学流程,优化学生的学习过程,引导学生走向深度学习,让每位学生成为课堂的主角、学习的主体,让课堂教学更科学、更有效．