在原始问题探究中实现深度学习——以人教版“曲线运动”教学为例

卞志荣

（江苏省天一中学，江苏 无锡 214101）

“曲线运动”是人教版必修第2册第5章第1节教学内容.这节内容看似简单，但蕴含了极其丰富的思想和方法，教材编写充满着课程改革的时代气息和物理学科的鲜明特点.

首先，教材编排逻辑性，符合学生认知规律.用教育心理学的理念安排教学内容，有层次.遵循从现象到本质，从简单到复杂，知识与能力相结合，书本与实际相联系，有利于激发学生学习兴趣和探究热情.

其次，注重实验探究，提倡探究学习.强调知识的发生发展过程，注重学生认知过程中的方法与体验，对促进学生主动学习、学会学习和掌握物理学的研究方法很有帮助.

第三，创设实际情境，丰富学生感性认识.让学生通过观察，大胆猜想，质疑问难，寻找论据，探索现象背后的本质规律.通过实验和理论探究，促进学习方式的转变，强调学生活动和教学交互性.

第四，教材内容精当，利于教学方式转变.新教材没有像老教材那样，把“运动的合成和分解”放到本节之中，给足了教师创造性使用教材的空间，便于教的方式的改变，也为学生留足了探究学习和深度学习的时间和空间.

第五，实验探究与理论探究相结合.数学思想和方法的应用为学生理论探究插上了有力的翅膀.开阔了学生的视野，体会到了探究的两种方法和不同学科的交叉渗透.

从以上分析可以看出，新教材给教学提供了实施素养培养的良好素材，但我们在教学实施时也不能照本宣科，应该用我们的教学智慧，在培养学生社会必备品质和关键能力上创造性地使用教材，精心设计教学方案.

基于深度学习理论，笔者在教学设计时重新思考了以下问题：（1）“为什么教的问题”即素养目标的精准定位；（2）“教什么的问题”即要提供什么样的课程或者教学内容；（3）“怎么教的问题”这是教学设计的核心问题，即通过什么样的策略和方法才能使学生掌握教学内容，并实现素养教学目标；（4）“教得怎么样的问题”即教学评价的问题.［1］在此基础上，为了确保深度教学设计更加规范且逻辑性更强，我们研制了指向深度学习的教学设计流程图（如图1）.

图1 面向深度学习的教学设计

在“曲线运动”课堂教学设计中，如何引导和促进学生进行深度学习，我们进行了积极的探索.

1 在概念和规律建立时的深度学习

1.1 探究曲线运动速度方向

按教材仅用砂轮打磨道具和投掷链球这两个实验和现象（如图2）得出曲线运动的速度方向沿轨迹切线方向的普遍规律，显然有点论据不够充分，即便是教师增加了滴上红墨水的旋转陀螺的演示实验（如图3）也不足以证明.因为以上3个现象都是圆周运动，不具有普遍性，若是这样把结论强加于学生，学生也能勉强接受，但这不利于学生物理观念和科学思维的正确形成.为此，笔者的做法是让全体学生通过自主实验，探究结论.实验①让小球从斜槽轨道适当高度释放，小球获得一定的初速度进入曲线轨道板运动，小球在水写布上留下清晰的运动轨迹；实验②把轨道板从不同位置移去，探究小球从不同点离开轨道的运动方向是沿切线方向（如图4）.在学生实验后为了引发学生更深层次的学习，我们及时提出了下列问题：① 你知道小球离开轨道为什么是直线运动吗？引导学生能将学过的惯性知识以及力与运动关系迁移至此；② 小球沿轨道上某点飞出的直线为什么就是切线呢？很自然地过渡到理论探究：通过极限的思想方法从数学角度和物理学的角度分析论证一般性的曲线运动的方向沿轨道上该点的切线方向（如图5），使得结论更具有普遍性.从而实现了认识从特殊到一般，从感性到理性的质的飞跃，同时感知到实验探究和理论探究同样具有强大的魅力，学生视野得到了开阔.

图2

图3

图4

图5

1.2 探究曲线运动产生的条件

物体做曲线运动条件的探究是本节课的又一个重点.我们承上启下利用课本第5页“练习与应用”第2题（如图6），在河道上任意选几点让学生画出速度的方向并提出问题：① 流水的速度方向有什么特点？引导得出曲线运动一定是变速运动；② 曲线运动是变速运动，其受力有什么特点？让学生经过简短的讨论后得出：受合外力不为0且合外力的方向与速度方向不在同一直线上，否则也可以做变速直线运动.由此升华了学生对力与运动关系的认识.

图6

结论是否正确呢？接下来4人一组进行实验探究.实验器材：小球、斜槽轨道、条形磁铁、长方形木板、白纸、图钉.实验目的是让学生画出小球运动轨迹及磁铁对应位置.投影学生实验结果如图7，并让学生归纳总结出曲线运动的条件是：物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上.学生经历理论分析和实验探究过程获得曲线运动的条件远比我们的灌输要牢固得多.但深度学习不应停留在知识的获得，更重要的是学生能用所学知识来解决实际问题，实现物理核心素养的提升.为此，我们创设了以下几个原始问题来促进学生进一步深度学习.

图7

原始问题1.某质点在恒力F作用下从A点沿图中曲线运动到B点，到达B点后，质点受到的力突然反向，则它从B点开始的运动轨迹可能是图8中的哪条线？

图8

原始问题2.汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶.如图9所示中分别画出了汽车转弯时所受合力F的4种方向，你认为哪一幅图符合实际情况？

图9

原始问题3.篮球运动是一项深受大家喜爱的体育项目.某同学投出的篮球沿着优美的弧线穿过篮筐，图10中能正确表示篮球在相应点速度方向的是哪一点？请你画出篮球经过A、B两点的速度方向和受力方向，并指出力与速度方向有何不同点？

图10

根据所学知识解释此不同点带来的结果是什么？自然过渡到曲线运动中受力与速度成锐角和钝角的不同之处：合力沿切线方向的分力F1产生切向加速度，改变速度的大小；沿经向的分力F2产生径向加速度，改变速度的方向.所以图甲质点做减速曲线运动，图乙质点做加速曲线运动.（如图11），又一次在实际情境中，深化了力与运动的关系、力的合成和分解、牛顿第二定律的迁移应用，使得学生的质疑能力和批判性思维又一次得到了应用和发展.

图11

2 在原始问题项目研究中的深度学习

原始问题是指自然界及社会生活、生产中未被抽象加工的典型现象.它具有客观真实性、生态性、隐蔽性、迁移性和开放性的特点，决定了其解决过程必然是探索和发现的过程.面对客观、真实的原始问题，学生很难找到可以直接模仿的题型，需要学生从问题中捕捉信息、建立模型，灵活迁移知识和方法，寻找解决问题方案，无疑对学生的素养和能力提升具有极大好处.［2］表1所列与本教学内容相关的3个来自生活中的原始问题，由于课堂时间限制，只能选择其中一例让学生在课上进行项目式学习，其他两例可以安排在课后进行研究性学习.

表1 与圆周运动相关的原始问题及项目式学习

图12

图13

图14

3 结语

综上所述，本节课的教学设计充分体现了新课程倡导的3种教学方式：参与式、探究式、主体活动式.如曲线运动速度概念的建立，教师不是匆忙告知，而是通过多种现象观察，获得感性认识，经过猜想获得初步结论，用所学知识进行理论分析，最后通过实验探究获得普遍结论.整节课在情境创设、问题导学、实验探究、原始问题项目式学习等方面进行了大胆尝试和创新，引导、指导学生进行深度学习，让学生在“做中学，研中思”.课堂充满了思维的挑战，智慧的碰撞，创造的火花.有意义的深度学习伴随着学习活动的展开而落地生根.