重演知识发生过程 促进物理深度学习——以“运动的描述”教学为例

(1. 广东省台山市第一中学,广东 台山 529200;2. 广东省深圳市龙华高级中学,广东 深圳 518109)

1 引言

深度学习是一种基于高阶思维发展的理解性学习,具有注重批判性理解、强调内容整合、促进知识建构、着意迁移运用等特征。如图1所示，要实现深度学习，教师需要对教学内容进行整体规划，设置真实的情境，使学生在重演科学探究的过程中，掌握科学思维方法，明了物理知识发生的原因、形成的经过及发展的方向，在解决实际问题的过程中学会迁移运用，通过思维导图的制作建构较完整的知识体系，达到促进深度学习的目标。本文以“运动的描述”为例，探讨在“知识重演”中促进深度学习的有效教学路径。

图1

2 重演知识的发生过程,促进深度学习

2.1 单元整体备课，构建知识架构

物理知识是存在严密逻辑关联的有机整体，教学中不能因课时将它们割裂开，人为造成知识的碎片化。要以大单元备课的思路统整教学内容，将看似零散的知识串联起来，知识的发生过程、科学的发展历程或者学生现有的知识储备都可以作为规划知识重演的线索。单元整体备课的目的是构建知识架构，避免出现碎片化的浅层学习。

“运动的描述”一章以概念为主，是高中物理的开端，也是运动学的基础，只有理解了这些概念，才能深入探究运动规律。教师在进行教学设计时，容易将单个运动学概念作为独立的教学单元来处理，不利于学生形成知识体系。整体单元教学设计是要让学生在学习中明白：为什么要引入这些物理量？它们之间有什么关联？这些物理量是如何描述运动的？如何将这些概念作为一个整体，重演物理学家研究运动的过程？“运动的描述”整体教学设计框架如下：

(1) 描述物体空间位置变化需要的物理量及其科学方法(图2);

(2) 用类比的方法引出速度和加速度的概念;

(3) 用速度和加速度描述物体的运动;

(4) 学习测量速度与加速度的实验原理、方法。

图2

本章规划知识架构的思路是以学生现有分析问题的思路为主线，体现“有实际需要才引入新的物理量”的研究思路，与科学研究的发展历程基本一致，也突显了类比等科学方法，引导学生进行深度学习。

2.2 设置真实情景，回溯知识源头

物理源自生活，物理概念的建立和规律的探究需要有合适的情境，真实的情境就是知识产生的源头，能促进学生的知识建构，对抽象概念的构建起着关键作用。北京大学赵凯华先生指出：加速度是人类认识史上最难建立的概念之一,也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念。结合学生的生活经验和知识基础，对加速度的引入，进行如下的教学设计。

教学片段1：加速度的引入

环节1：播放中央电视台科普综艺节目“加油向未来”中张培萌与山鹰战机50米竞速的视频(图3)。

环节2：请从运动学的角度分析，人与飞机竞速赛跑，最初张培萌为什么可以获胜？

设计意图：为解释这一现象，学生能意识到是“起跑快”，但原有描述运动的物理量显然无法描述“起跑快”，需要引入新的物理量来描述这种情况，使学生理解引入“加速度”这一物理量是为解决实际的问题，明确这一知识的来源。

环节3：列举猎豹追捕羚羊和汽车销售海报中的加速性能等生活实例(图4)，用生活经验体会加速度，说明引入加速度这一物理量的必要性。

2.3 经历科学探究，发展科学思维

深度学习还包括学习有深度的知识，如科学知识的来源与产生、知识的作用与价值、知识间的关系与结构等，其中学习物理学研究中的科学方法是深度学习的重要内容。

教材内容多是科学研究的结果，是静态知识，它略去了知识形成与发展的生动过程，尤其是物理学家们独特的思维、精巧的方法，使学习者难以体验探索和发现的喜悦。教师的任务就是要丰富教学内容，以问题链的形式引导学生进行科学探究，让学生亲自参与知识的再发现过程，像物理学家一样思考问题，在学习与思辩中形成对客观事物的本质及内在规律的认识与理解，将物理学方法内化，达成发展科学思维的目标。

教学片段2：描述物体位置变化

问题1：如何确定一个有形状和大小的物体的位置？

问题2：如何用数学方法描述一个点的位置？

问题3：路程能否描述物体位置的变化？

问题4：如果一个物体运动的路程为10米，它的最终位置在哪里？

问题5：如何才能确定最终的位置，以上描述缺少了什么关键信息？

设计意图:科学研究是一个复杂的思维过程，绝大多数学生是不能独立完成的，因此，需要教师用问题引导学生的思考，以阶梯式的问题降低思维跨度，让学生体会科学探究带来的成就感，激发学习兴趣，使他们掌握科学探究的基本方法，提升其科学思维，培养他们的物理学科核心素养。

教学片段3：用类比方法建立加速度的概念(图5)

图5

环节1：物体的位置会发生变化，但不同物体位置变化情况不同，如何比较位置变化的快慢？

环节2：速度也是变化的，速度变化快慢也是人们关注的物理量，如何用类比方法比较速度变化的快慢？

环节3：与之相对应，加速度也可能是变化的，如何比较加速度的变化快慢？有实际价值吗？速度变化快慢是一个很重要的物理量，与生活和科学研究密切相关。

第一，要增或减农村金融机构的政策性职能。农村地区的金融性机构要与地方政府合作，帮助政府共同完成乡村建设目标，而在这个过程中，金融机构也能够通过优化服务的方式开拓农村市场，创造更多的经济利益，而经济利益的实现必然是以地区整体经济的发展为前提。

设计意图:科学思维是物理学科核心素养的重要方面，是深度学习的重要内容，对科学思维方法的教学不能只用渗透的方式，需要在教学中适时显化，围绕教学内容展开学习，并在不断学习中得到巩固。类比方法是科学研究中常用的方法，也是高中物理学习的重要方法，通过类比建立加速度的概念，有助于学生掌握这一基本的科学研究方法，达到深度学习的目的。

环节4：摇一摇、智能接听以及游戏控制功能的实现都是通过手机内的加速度传感器来实现。

环节5：利用“手机物理工坊”等APP，用手机内的加速度传感器测量手机运动的加速度(图6)，感受生活中的加速度。

图6

设计意图:在理论学习后，需要实践体验，这是实现深度学习的重要途径。由于应用打点计时器测加速度需要学生具备一定的理论和实验技能，而应用手机传感器测量加速度，操作简单、直观明了，能在真实情境下感受生活中的加速度，达到实践体验的目的，此实验还为“自由落体运动”及“超重与失重”奠定了良好的基础。

2.4 解决实际问题，提升关键能力

解决实际问题是实践运用的过程，也是教学目标之一。《中国高考评价体系》要求：通过设置真实的问题情境，考查学生灵活运用所学知识分析解决问题的能力，允许学生从多角度作答，使“死记硬背”“机械刷题”“题海战术”的收益大大降低，引导学生的关注点从“解题”向“解决问题”、从“做题”向“做人做事”转变。

教学片段4：生活中的加速度计算

环节1：展示如图4所示的汽车销售海报，分析海报中与运动相关的信息。

环节2：由“百公里加速”所用时间计算汽车启动阶段的加速度。

教学片段5：测量速度

应用“打点计时器”“光电门、数字计时器”或“闪光照片”测量速度，这三种方法科学研究的背景比较浓厚，但仪器不方便携带及操作。而手机与生活关系密切，用于实验，更能激发学生进行科学研究、解决实际问题的欲望。应用相机、手机“连拍”功能(需已知连拍时间间隔)合成的照片测速度(图7)是“闪光照片”实验原理的迁移应用；利用“模糊照片”(图8)测速度(需知道照片曝光时间)是“光电门、数字计时器”实验原理的迁移应用。还有用“滴水法”测量速度是“打点计时器”实验原理的迁移应用等。

图7

图8

设计意图:用手机等生活器材测速度具有项目式学习和综合实践活动的特征，体现了STSE的理念，在解决实际问题的过程中，培养学生灵活运用知识的能力，在动手动脑的过程中实现深度学习。

2.5 运用思维导图，构建知识网络

让学生运用思维导图完成知识体系的建构，可以更直观地呈现物理概念、规律间的联系，还原大单元的教学规划。思维导图还为师生、生生交流提供了良好的素材，形象直观地显示了制作者的知识结构的优缺点，使交流更有针对性。思维导图“显化”了研究问题的科学方法，突显科学思维在科学探究中的重要作用，同时也使学生在建构思维导图的过程中，逐渐养成运用科学思维方法研究问题的习惯。

为促进学生的深度学习，在教学中需要让学生自主思考、积极参与，让学生真正动起来。深度学习的课堂应突出“三大量”——大信息量、大参与量、大思维量，在物理教学中重演知识发生的过程，符合深度学习的课堂特征，是促进深度学习的有效路径。