基于深度学习理念的高中物理思维型课堂构建——以“气体的等温变化”教学为例 *

古寿林

(江苏省常州市第二中学,江苏 常州 213003)

1 深度学习和思维型课堂的内涵

1.1 深度学习

浅层学习是单纯的机械记忆,主要为知识的描述和复制,割裂了知识点的联系。深度学习与浅层学习不同的地方在于强调学习者主动地建构知识、批判性的学习,要求学习者理解学习内容的完整含义,建立已有知识与新知识的联系,将已有的知识迁移到新的情境中,做出决策和解决问题。深度学习注重营造以学生为中心的学习环境,要求通过预评估了解学生已有的知识经验,根据学生的知识背景确定教学起点,使教学活动更有针对性；创设真实、能够反映知识形成和应用的学习情境,激发学生的学习兴趣；注重引导学生通过自主学习和小组协作学习完成知识的意义建构、问题的解决,实现对知识的深层次掌握,体会知识的价值和意义。

1.2 思维型课堂

思维型课堂以学思结合的教学理念为指导,以知识积累为基石,以技能训练为辅助,培养学生的思维能力,使学生的思维具有深刻性、灵活性,从而养成良好的思维品质,在此基础上促进学生智力的提升。

指向深度学习的高中物理思维型课堂是以深度学习理论为指导,着重发展学生的高阶思维，提升学生的思维品质和解决实际问题的能力。

下面以“气体的等温变化”教学为例,探讨基于深度学习理念的高中物理思维型课堂的构建途径。

2 指向深度教学的思维型课堂实践

2.1 教材和学情分析

教材和学情分析是实施深度教学的基础和保证,通过教材分析深刻把握知识背后的逻辑,通过学情分析把握学生的前概念和认知结构,从而更好地激发认知冲突和促进意义建构。

(1) 教材分析

人教版物理选修3-3第八章第一节“气体的等温变化”对一定质量气体的等温过程进行了重点探究,得出了玻意耳定律,其中涉及的研究思路与方法将会继续运用在后面章节的学习中。为了明确整个章节的编排思路,更好地发挥方法的迁移作用,第一节的教学变得尤为重要。实验作为该节教学的基础,可以创设生动的学习情境,激发学生的兴趣与求知欲,帮助学生认识与运用规律。

(2) 学情分析

学生通过初中物理的学习已经建立了固体、液体和气体的概念,在生活中也有热胀冷缩的经验,但对于气体的三个状态参量(压强、体积和温度)之间的关系是不清楚的。学生通过力学的学习,已经习惯对看得见、摸得着的宏观物体进行状态和过程分析,对于看不见、摸不着的气体可能认识不到位。

2.2 思维型课堂的进阶策略

(1) 创设生动的实验情景引入

师：首先请一位男同学和一位女同学上讲台,配合老师做游戏。游戏规则是这样的：每人都有一只相同的气球,女同学直接吹气球,男同学则将气球套在瓶口上,对着瓶子吹气球,看谁能把气球吹得更大一些。

结果是女同学获胜了，教师请男同学谈感受。

男同学：老师不公平,这样吹很费力,怎么也吹不大。

师：是什么原因呢？

男同学：封在瓶中的气体被压缩,体积减小,压强增大,无法吹大气球。

师：打足气的车胎,若是在烈日下暴晒,车胎会怎么样？

生：车胎内的气体因温度升高而压强增大。

设计意图：“吹气球”实验的设计,目的是激发学生求知的欲望,营造活跃的课堂氛围，从而提高学生探究的积极性和主动性。并且通过做实验和列举生活实例说明了：气体的压强、体积、温度是相互联系的,这三个状态参量之间是存在着一定关系的，从而引出这节课的研究内容。

(2) 定性与定量探究相结合

师：一定质量的气体在温度保持不变的条件下,它的压强和体积会发生怎样的变化呢？下面请大家动手实验。这里一定质量的气体指的是什么？如何保证气体的温度不变？

生：一定质量的气体指的是用注射器封闭的这部分空气。手不能握着注射器，实验时应缓慢推动活塞来保证气体的温度不变。向下推动活塞,管中封闭空气体积的减小,越往下越难推动活塞,说明气体的压强增大。

师：这仅仅是个定性实验,通过这个实验我们知道了：一定质量的气体,在温度保持不变的条件下,它的体积减小,压强增大,若要知道两者的定量关系，还得进一步探究。实验器材是20mL注射器、DIS的压强传感器等，气体的体积由注射器所标的示数直接读出,压强由压强传感器直接测得，结果如图1所示。

图1

师：大家分析数据,猜想一定质量气体的压强P与体积V有什么定量关系？

生：压强P和体积V可能成反比。

师：我们可以采取什么方式进行数据处理，来证明压强P和体积V成反比？

生1：可以计算P和V的乘积,看每一组数据的PV乘积是否相等。

师：通过电脑计算,我们发现在实验误差允许的范围内,PV的乘积是相等的。那么,其他同学有没有不同的方法来验证压强P与体积V成反比呢？

生2：可以画出P-V图像。

师：利用刚才的实验数据画出P-V图像后,发现图线是一段曲线,通过这段图线能够说明压强P与体积V一定是反比关系吗？

生：不可以。这段曲线可能是抛物线的一段,也可能是椭圆的某一段。

师：我们如何用图像法来说明压强P与体积V的反比关系？

生3：可以画出P-1/V的图像,如果图像是一条过原点的直线的话,就可以证明压强P与体积V是成反比的。

师：如图2所示，我们对实验数据的9个点进行拟合。可以看到：P-1/V的图像是一条非常接近过原点的直线。在实验误差允许的范围内,压强P与体积V是成反比的。

图2

(3) 通过深度分析,把握问题本质

师：前面我们发现P-1/V的图像并没有完全过原点,是存在着实验误差的。请同学们仔细分析,本实验的误差来源于哪里？

生：注射器与传感器相连部分的体积没有考虑进去。

师：那么应该怎样减小本实验的实验误差？

生：注射器与传感器相连部分的体积是1mL,数据采集完成后把气体体积加上1mL,重新画出P-1/V的图像。

也可以选用容积较大(如50mL)的注射器,在实验过程中,可忽略注射器与传感器相连部分的气体的体积，数据及P-1/V图像如图3所示。

图3

(4) 引导迁移,用所学知识解决实际问题

师：请同学们依据气体等温变化的规律,解释前面吹气球的实验现象。

生：将气球反扣在瓶口上时,瓶内气球和瓶壁之间封闭了一定质量的气体,开始时的压强为一个大气压,当吹气球时,瓶内气体体积减小,压强增大,故不容易将气球吹大。

思维型课堂注重迁移应用,迁移能力是通过深度学习所获取的关键能力,不仅是迁移所学知识,更重要的是迁移思想方法,解决“未知”问题,提升学生的思维品质。

3 教学反思

在实际教学中,通过物理实验创设符合学生认知规律的真实情境,激发学生的学习兴趣,丰富学生物理学习的表象,为形成概念、掌握规律奠定了基础，对物理实验误差的深度分析则培养了学生的高阶思维能力和严谨的科学态度。物理学科知识的逻辑性和系统性强、以物理实验为基础等特征要求学生进行深度学习,以利于学生形成物理观念,加深学生对物理思想方法和知识价值的理解,在高中物理教学中培养学生深度学习能力具有一定的必要性和可行性。