基于深度学习的深度备课——以“大气压强”为例

任 少 铎

(厦门市海沧区东孚中学，福建 厦门 361000)

传统备课和教学一直忽略学生的知识盲点和思维误区，按照固定的模式照本宣科，导致学生学习不够深入，只是靠记忆去应对习题。笔者以“大气压强”为例，通过深度备课，突破了学生的知识盲点和思维误区，从而有效促进学生的深度学习，使其可以从本质上理解大气压强及其相关现象，真正提升物理学科核心素养。

一、深度学习、深度备课的内涵及相互关系

1.深度学习的内涵

深度学习又称为深层学习，与浅层学习有本质区别。浅层学习将知识看成是模式化的、碎片化的单元去接受和记忆，是通过直接描述、巩固记忆和反复练习等方式学习新知识的一种学习形式，是一种基于记忆的学习。深度学习倡导将新知识与原有的概念和原理联系起来，融入原有的知识结构，从而将新知识融会贯通并能灵活迁移的一种学习方式，是一种基于理解的学习。深度学习注重批判性理解，强调内容整合，着意建构反思，重视迁移运用[1]。

2.深度备课的内涵

深度备课是区别于传统备课的一种备课形式。传统备课是将知识看成是孤立的、模式化的单元，按照课标、教材、教参的逻辑和思路，按部就班且蜻蜓点水式地进行备课的一种备课形式，是一种复述性质的备课。深度备课将知识看成是连续的、整体的结构，重视学生原有的知识和思维结构，不局限于教材的内容和思维，着意知识的内在结构和逻辑，强调新知识结构与学生原有知识结构的有机整合，是一种研究性质的备课。

3.深度学习与深度备课的相互关系

学生的深度学习，离不开教师的深度备课。深度学习的内容特点是基于问题的多维知识整合，在进行教学内容分析和设计时，需要教师深入地研究学生的知识经验以及前概念，深入了解学生的原有知识结构和思维特点，深入分析知识的内在结构和逻辑，且不局限于教材，并有针对性地设计教学活动，突破学生思维误区，帮助学生将新知识与原有的知识和思维结构融为一体。这样不仅有利于学生进行有效的知识建构，还有利于知识的提取、迁移和应用，从而有效地促进学生的深度学习。

二、基于深度学习的“大气压强”的深度备课

1.当前“大气压强”教学中学生的困惑

(1)空气对物体的作用力，究竟是“压力”还是“吸力”？在学习大气压强之前，学生对大气压及其现象就有一定的生活体验，例如钢笔吸水、注射器吸水以及拔火罐等现象。学生对于大气压的前概念为“吸”，认为空气就像弹簧一样，可以因为被压缩而有“斥力”，也可以因为被拉伸而具有“吸力”。在覆杯实验、托里拆利实验等一系列的实验中，学生用空气的“吸力”理论也可以自如地解释，甚至找不到任何反驳点。

实际教学中，在证明大气压存在这一环节，几乎所有的教师都会演示一系列的实验(如图1、图2)，并引导学生去思考和解释。由于一些学生课前有预习，加之课上教师用强有力的语言“暗示”，学生心领神会，于是用“压力”理论来配合教师。学生潜意识里“吸力”理论完全被压制，得不到任何解释，甚至有提出“吸力”理论的学生还会被教师及时纠正：这些现象不是因为“被吸住了”，而是由于具有大气压，被压住了！

如此教学，整堂课看起来实验丰富，学生自主参与，实则强势灌输，学生只是对活动本身感兴趣，但并没有理解现象的本质，还不得不去记住“压力”理论。本应帮助学生理解相关知识的演示实验，却成了学生必须记住的累赘。

图1 覆杯实验

图2 皮碗吸在一起

(2)气体压强的大小，究竟与什么有关？在学生被迫接受了“压力”理论后，很多现象仍然解释不了，因为教材并未介绍影响气体压强大小的因素，很多教师在并未具体讲解的情况下，就要求学生运用气体压强变化的规律去分析具体现象。

图3 改进版覆杯实验

例如，不少教师在做覆杯实验时，会对实验进行一定的改进(如图3所示)：在杯子上方开一个小孔，实验时用手堵住小孔，使杯内留一些空气，实验也能成功；松开堵住小孔的手指后，纸片就脱落了，以此证明大气压的存在[2]。此实验看似现象对比明显，激发学生兴趣，实则思维障碍巨大。首先，用手堵住小孔时，明明杯内也有大气压，可是为什么水不会流出来？教师讲解是杯内的气压小于外界大气压，而学生并不能理解为什么杯内的气压小于外界大气压；其次，即使教师提到纸片会微微下凸导致杯内气压减小，学生仍会有疑问：纸片下凸后杯内气压为什么就会减小？之所以会出现这种情况，归根到底是因为具体哪些因素会影响气体压强，又是怎么影响的，学生根本不懂。

再如，在拔火罐实验中(如图4)，大部分教师对其现象的解释为：火罐扣在皮肤上后，罐内气体温度降低，气压减小，故“吸”在皮肤上。而罐内气体温度降低，气压为什么就会减小，学生并不理解。

对于自动供水装置(如图5)，目前主流的解释为：瓶内液体流出一部分后，瓶内气压减小，小于外界大气压，故水无法再流出。而为什么水流出一部分后瓶内的气压就会减小，学生也不理解。

大气压本就是个抽象的概念，而在上述一系列的例子中，容器内气压减小的原因五花八门，但教师并没有具体地讲解原因，导致学生并没有真正理解各个实例中容器内的气压减小的原因，只是靠死记硬背。整节课看似循序渐进、以学生体验为主，实则华而不实，学生外部活动丰富，但内在思维缺乏，在一节“精彩纷呈”的物理课之后，学生仍然一片茫然，甚至思维错乱。

图4 拔火罐

图5 自动供水装置

2.基于深度学习的“大气压强”的深度备课

(1)通过动画演示大气压产生的微观原因。用动画(如图6、图7所示)演示气体的分子无规则运动，并介绍空气分子间的引力和斥力都是可以忽略的，接着从微观层面介绍大气压产生的原因(空气分子对容器壁的撞击力)，使学生深刻理解大气压的本质，并自然而然地破除学生潜意识里的“吸力理论”。

图6 分子无规则运动平面画面

图7 分子无规则运动立体画面

尽管此时学生还没有学习分子及分子动理论的知识，但分子理论知识相对简单，且有动画演示的配合，学生可以直观感受并轻松理解，因此，可以适当提前渗透简单的分子动理论知识。不能因为教材没有提前安排相关知识就采取简单灌输的教学方式，将教材后面部分的简单知识适当提前渗透，不仅不会揠苗助长，反而可以帮助学生更好地建立知识体系，深刻理解知识结构。

(2)通过演示实验得出大气压强的大小与哪些因素有关。根据波义耳公式可得，同种气体，其压强的大小与气体的温度和密度有关。教师可以设计如下实验探究影响空气压强大小的因素。

首先，用气筒对着气球打气，发现气球会变大，说明球内气体压强变大了；对气球抽气，气球会变小，说明球内气体压强变小了。引导学生得出结论：其他条件相同时，气体密度越大，气体的压强越大；其他条件相同时，气体的密度越小，气体的压强越小。

然后，将气球密封起来放入热水中，发现气球会变大，说明气体的压强变大了；接着将气球从热水中拿出，放入冷水，发现气球会变小，说明气体的压强变小了。由此可以得出结论：其他条件相同时，温度越高，气体的压强越大；其他条件相同时，温度越低，气体的压强越小。同时教师还可以用类似图8所示的动画展示分子运动与温度的关系，加深学生理解。

至此，运用体验的方式与学生一起得出影响气压大小的两个因素：气体的密度、气体的温度；而密度和温度都是学生已经学习过的知识，可以轻松理解，这为接下来深度分析大气压现象奠定了基础。

(3)涉及大气压现象的具体分析。覆杯实验的原理是：当杯内没有空气时，就没有大气压，纸片受到的外界大气压远大于水压，自然不会脱落；当杯中尚有一部分空气时，由于水具有重力，纸片会向下微凸(如图9)，导致杯内的空气体积变大，密度减小(因为杯中空气质量未变)，温度不变的情况下气压减小，小于外界大气压，纸片在外界气压的作用下紧紧贴着杯口而不会脱落。

拔火罐的原理是：当火罐贴在皮肤表面后，罐内空气温度降低，密度不变的情况下气压减小，小于外界大气压，皮肤在体内大气压的作用下被压进罐内一些。

自动灌溉装置的原理是：瓶内的水流出一些后，瓶内的空气体积变大，密度减小(因为容器内空气质量未变)，温度不变的情况下气压减小，小于外界大气压，水在外界大气压的作用下无法继续流出。

图8 动画演示气压与温度的关系

图9 覆杯实验图解

三、思考与总结

1.教师要有深度备课的意识

当前，许多课堂教学都是教师先将模式化、碎片化的知识呈现给学生，然后通过一系列的活动、练习等方式加强学生的记忆和理解。如此，知识以孤立、零散的形式存储于记忆中，一久就忘、一多就乱，当遇到新问题时，学生只会机械地运用模式化的知识生搬硬套地解决问题，导致问题解决的效果差，学习效率低下。

深度学习是复杂的信息加工过程，学生须对新知识进行有意义和精细化的深度加工，这就要求教师呈现给学生经过精细加工过的知识表征，引导学生在新旧知识之间建立联系，指导学生将新知识以整合化、情境化的方式存储于记忆中，并在批判反思的基础上建构属于自己的、新的认知结构。

因此，教师需要具有深度备课的意识和习惯，不仅要深入研究学生的知识经验以及前概念，还要深入了解学生的思维结构，并深入分析知识的内在结构和逻辑，最终将新知识的结构优化为易于学生理解的知识结构，整合进学生原有的知识结构，有效促进学生的深度学习。

2.深度备课要关注学生错误的前概念和思维误区

教师的思维是站在终点看起点，而学生的学习是站在起点看过程[3]。在进行教学前，教师应当去关注并了解学生已有的起点知识和思维误区，而不是想当然地把自己的经验当成学生的起点。对于学生根深蒂固的错误前概念，应当想办法去突破，而不是用演示实验的丰富去掩盖课堂思维的空虚。只有这样，才是有意义的教学，学生才能更好地深度学习。

3.深度备课不应让教材成为束缚师生的枷锁

教材只是教学的参考，而不应当成为教师教学和学生学习的枷锁，教师应当用教材而不是教教材，适当地将教材内容进行重组和重构，不仅不会揠苗助长，还可以更好地将知识融会贯通，从而更好地促进学生的深度学习。