基于深度学习理念的高中物理教学实践①——以“交变电流”教学为例

章 强 庞惠华

(1.江苏省南菁高级中学，江苏 无锡 214437；2.江苏省江阴高级中学，江苏 无锡 214400)

1 深度学习与物理课堂教学

当前物理教学中存在以下问题：教师注重知识的传授和习题的反复训练，忽视学生习得新知识和形成知识体系的过程；注重学生对知识掌握的熟练程度，忽视培养学生的兴趣和自主探究能力。学生在学习过程中也必然习惯性养成“被动接受”的学习方式，在面对新情境、新问题时往往束手无策。

深度学习围绕学科核心内容整合教材相关章节，开展基于项目、问题、探究、挑战的学习，有助于学生获得更多主动学习的经历。美国著名教育家布鲁姆将在认知领域的学习目标分为“知道、领会、应用、分析、综合及评价”六个层次，深度学习对应于后四个较高级的认知层次，强调对“学习本质”的回归，不仅注重知识的习得，还注重学生学习过程的体验，侧重于高阶思维能力的发展和复杂问题解决能力的提升。

基于深度学习理念的课堂教学应该具备如下特征：(1)用教材而不依赖教材，能对教材内容进行重组和补充，提炼出深度学习的框架；(2)重知识更重过程，尊重学生的认知规律，让学生有足够的时间真正去探究；(3)在关注学习结果的同时，更注重激发学生的学习兴趣，提升其思维能力，让学生在遇到新问题时，具有探究的兴趣和能力。

2 教材的深度分析与改进

2019年11月笔者受邀参加了江苏省华罗庚中学的“聚焦核心素养，实施深度教学”公开教学活动，对“交变电流”的教学进行了分析和改进。

人教版教材在“交变电流”一节中，通过手摇发电机的实验演示，让学生来区分交变电流与直流电，然后介绍交流发电机的构造，最后通过对四个不同时刻的分析，总结出交流电的产生机理。仔细对比教材内容和课堂教学实际，笔者发现：(1)教材只是精炼地介绍了本节学习的知识重点，交流电作为电磁感应的应用，课堂教学应唤醒学生应用已有知识来解决问题的意识；(2)本节的教学难点是学生的自主建模，建模应是教学的重要环节。经过深度分析教材，笔者把“交变电流”一节的教学分为以下环节：情境导入、概念介绍、讨论建模、数学推导、得出结论(图1)。

图1

3 教学活动的设计与开展

3.1 模拟发电情景，激发探究兴趣

教材中的课题引入是用演示实验展示交流电的特征，在手摇发电机两端分别并联两个极性相反的发光二极管，当手摇发电机转柄时可以看到发光二极管交替闪亮。通过实验现象只能得出交流电方向的周期性变化，为了更直观地显示教学目标中正弦交流电的特征，经过反复实践，笔者选择了微型风力发电机(图2)，结合电流传感器来显示交流电随时间变化的关系。教师在授课中邀请学生操作，增加了学生的参与机会，在呈现图像时选择风力发电机即将停止前的一段图像(图3)，引导学生思考分析，课堂实录如表1。

图2

图3

表1

3.2 辨析设备构造 提高建模能力

微型风力发电机的内部构造不可见，课堂中引导学生应用已有知识猜想：风力发电机内部应该有哪些元件？通过上一章“电磁感应”的学习，学生自然想到磁铁和线圈。教师展示手摇式发电机，肯定大家猜想的正确性，但由于实验室手摇式发电机构造较为复杂，其中磁场是辐向磁场(图4)。改变手摇式发电机中的磁场，新磁场由两个相互靠近的异名磁极提供，该磁场可以近似看成是匀强磁场，改进型手摇式发电机同样可以使发光二极管交替闪烁(图5)。

图4

对于该手摇式发电机产生交流电的原理，需要引导学生将实物图抽象成原理图，让学生自行画出原理图，整个建模的过程可以归纳为如图6所示的步骤。

图6

3.3 设计学习任务，引导真正探究

基于深度学习理念的高中物理课堂应该关注学生思维的活跃度，而不是形式上的热闹。学生思维是否活跃取决于教师设计的学习任务是否合理，为了提升学生的思维能力，必须设置有思维深度和挑战性的学习任务。问题难度应处于学生“最近发展区”，给学生提供充足的思考空间和时间，允许学生有试错的机会，让学生自寻解决的路径。对于难度超出学生当前能力的问题，教师可以给学生铺设足够的“台阶”，或者拆解问题，让学生顺利完成探究。

在模型建构环节，从线圈转动的“一般位置”入手，让学生分析此位置的磁通量变化情况、电流方向、等效电源的正负极等问题，让学生自己提出想要解决的问题。首先要分析两个特殊位置——中性面和垂直中性面的位置，分析后学生自然明白线圈转动的“一般位置”是在两个特殊位置学习基础上的整合。尊重学生的认知规律，注重学生在学习过程中的体验，让学生学会学习，才会回归学习的本质。

在线圈转动“一般位置”处电动势瞬时值表达式的推导过程中，笔者针对图7所示的情景，设计了6个问题(表2)，铺设足够的台阶，减少问题的坡度，使学生保持足够的学习自信。

图7

表2

3.4 比较推导方法，增加思维广度

教材中正弦式交流电瞬时值的推导方法是建立在“转动切割”模型之上的，用的是动生电动势公式E=BLV，但从感应电流产生的本质来看是闭合回路中的磁通量发生变化。引导学生分析线圈转动过程磁通量的变化规律也是本节内容深层次的认知要求，学生可以分析得出磁通量随时间的变化满足余弦规律(从中性面开始计时)，让磁通量和电动势瞬时值随时间变化的规律在同一个时间轴上呈现，深度对比两个物理量在峰值、相位、周期以及表达式的区别和联系。“授人以鱼不如授之以渔”，学生学会了对比和知识迁移，事半功倍。

拆开风力发电机的后盖，可以看到风力发电机和手摇式发电机在构造上有所不同，风力发电机是旋转磁极式，而手摇式发电机是旋转电枢式。

4 结语

深度学习要求培养学生的高阶思维，使学生具有较强的逻辑分析能力、批判思维能力和解决复杂问题的能力。高中阶段对科学思维培养的要求为：具有构建理想模型的意识和能力，能正确使用物理思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论，并能解释自然现象和解决实际问题。深度学习理念和物理学科核心素养的培养目标不谋而合，在高中物理教学中，不仅要注重知识学习的结果，让学生获得知识和技能，同时也要关注学生学习的过程和认知规律，发展学生的高阶思维。基于深度学习理念的高效课堂关注学生的自然成长，不仅关注“学了什么”，而且还关注“学会了什么”，真正培养具有高阶思维能力、具有创新意识的新时代科技人才。