认知·构建·应用：物理深度学习的三维度———以“功”一节教学为例

◇ 山东 王慧娟

深度学习是在已有知识体系基础上进行有意义的构建,是培养物理学科核心素养的重要途径.“概念知、规律会、题做错”是目前高中物理教学中较为普遍的问题,归根究底就是并未达到“知其然,知其所以然”,更谈不上合理地迁移与应用.鉴于此,让深度学习融入物理学科,对培养学生物理学科核心素养具有重要作用,是亟待解决的重要问题.本文以人教版高中物理《必修2》“功”一节为例,探讨基于深度学习的高中物理教学实践,提出构建物理深度学习的有效策略,为广大教育工作者提供参考.

1 导入环节：以问题联系新旧知识,训练元认知

众所周知,学习过程就是解决问题的过程,所以实际课堂上,教师要以问题为载体,引领学生进行预习,达到“温故而知新”.“元认知”由“个体元认知”与“任务元认知”两方面组成.物理课堂上,教师要以“问题”为主线,引领学生思考“新知”与“旧知”之间的联系,使学生在不知不觉中建立起具有个性化的知识体系.教师要依据教材内容与学生认知水平,设计课前预习单,指导学生认知“新知”与“旧知”之间的联系,在一定程度上提升学生的元认知能力,为其深度学习打下坚实的基础.

学习“功”之前,教师可利用各种多媒体技术将“预习单”(如图1)展现在学生面前,让学生结合教材内容进行思考与联系.学生在思考新旧知识联系的过程中,会不知不觉地回顾与“功”有关的知识点和学习经验,且下意识地梳理脑海中已有的知识体系.如,面对“问题1”时,学生会联想到已学过的“做功的要素”——力与力的方向上移动的距离,紧接着回顾“位移”概念,学生更精准地认知“做功的要素”——力在力的方向上的位移.由此可见,以“问题”联系新旧知识,能促使学生轻松完成个体元认知知识的梳理.在此基础上继续解决后续问题,学生也会对任务元认知产生深刻的认识.

图1 “功”课前预习单

2 讲授阶段：以加工促进知识构建与应用

深度学习的完成不是一蹴而就的,而是需要脚踏实地、层层递进、逐步加深.在实际教学过程中,教师往往采用创设情境的方式,引导学生主动参与、积极思考.而在本节课中,教师可先通过创设变化情境,引导学生通过分析“旧知”而逐步接受“新知”,继而完成新知识的意义构建.随后,教师可创设真实情境,用类比的方式完成对知识的转化,继而实现对知识的深加工,从而有效地促进知识体系的建构.

2.1 以情境激活先期知识,完成意义构建

深度学习理论主张重视“旧知”、关注“新知”与“旧知”之间的内在联系.只有以旧知为“引线”,通过简单的复习激活学生的先期知识,才能高效地“点亮”新知,完成新知的意义建构,促进学生知识体系的完善,也为学生的深度学习打下坚实的基础.值得注意的是,物理概念和规律往往简明扼要却内涵丰富,若只是简单的规律总结,学生会根据现有认知水平对该知识点进行选择性获取,从而出现理解偏差.因此,在实际教学过程中,教师应借助变化的情境,引导学生主动参与课堂教学,认真分析不同情境下的物理变化,从而总结出相应的物理规律.

通过简单的复习可知“做功的两个要素是力和力方向上产生的位移”,而其中“力”与“位移”是学生所具备的先期知识,学生迅速完成了知识脉络的梳理.此时,教师设置了“托住粉笔盒”“托住粉笔盒向上运动”“托住粉笔盒向下运动”三种变化情境,让学生根据情境进行功的分析,使他们迅速、轻松、无偏差地掌握“做功的核心要素”这一知识点.随后,教师趁热打铁引导学生计算“木箱在力F的作用下前进了l,此时力所做的功”(如图2、图3所示).通过这个过程,学生完成了新知识的意义建构.

2.2 以经验促进类比加工,实现知识应用

图2 受力方向与地面平行

图3 受力方向与地面成一定夹角

物理学科抽象且与生活息息相关.而学生往往容易利用自身的“生活经验”来判断物理问题.当学生的日常经验有误时,他们容易做错题,导致其学习自信受到打击,从而产生“畏难”的情绪.而这种情绪作用于物理学习极易导致恶性循环.因此,教师在实际教学过程中要创设真实的生活情境,让学生在具体情境中进行分析,这不仅能够提高学生“发现—分析—解决”问题的能力,还有助于增强学生对物理知识的理解,有效促进物理知识的迁移与实际运用.而针对晦涩难懂的物理概念、物理规律,教师可以采用类比的方式帮助学生实现知识的深加工,落实深度学习.

通过对图3中功的计算可知,当受力方向与地面夹角为α时,F所做的功为W＝Flcosα.而经过分析可知,当0°≤α＜90°时,W＞0;当α＝90°,W＝0;当90°≤α＜180°时,W＜0.而学生也通过这一组数据逐步对“正功”与“负功”有了模糊的了解,但对其理解依旧不够深入.此时,教师可展示向上推车的图片(如图4),让学生进行受力分析,继而计算各力所做的功.在完成该情境下的受力分析与功的计算后,教师顺势引出“正功”与“负功”的概念,并对其进行简要说明,学生得以把控相关概念的精准内涵.同时,在讲解过程中采用“B借给A一件物品,对于A来说,A借了B一件东西,而对B来说,B把物品借给了A”这一简单、清晰的例子进行类比,帮助学生更好地理解知识点.

图4 向上推车

3 结语

深度学习是落实物理学科核心素养的“助推器”,通过有效的深度学习,能够强化学生对知识的认知,让学生经历知识的构建,尤其能够提供应用知识的平台,让学生按照“认知—构建—应用”的逻辑顺序进行学习.教师要围绕“认知”“构建”以及“应用”三个维度进行教学设计,强化物理学科的育人功能,推动“立德树人”教育总目标的实现.