指向深度学习的高中物理情境开发策略——以奥运会比赛项目为例

任虎虎

(江苏省太仓高级中学，江苏 太仓 215411)

深度学习(Deep Learning)是在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义学习。强调对学科核心知识的理解性学习，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为既具独立性、批判性、创造性,又有合作精神、基础扎实的优秀学习者，成为未来社会实践的主人。

1 基于情境的教学中存在的问题

《普通高中物理课程标准(2017年版)》明确指出：创设情境进行教学对培养学生物理学科核心素养具有关键作用。2019年7月，中共中央、国务院发布的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》提出：要重视情境教学。当下基于情境进行教学已经成为基本共识，笔者在大量的课堂观察和自我反思中发现，教学实践中存在着情境碎片化、工具化和僵硬化倾向，这是导致浅层学习的一个重要原因。

情境的碎片化倾向就是情境之间是割裂的，表现为教师专注于创设众多孤立的情境，不同情境之间缺乏关联性，情境的碎片化容易导致知识学习的碎片化。情境的工具化倾向就是把情境仅仅作为获得知识的工具，脱离知识而存在，表现为只在课堂引入阶段创设情境，之后就是纯粹的、抽象的知识学习。情境的僵硬化倾向是情境与知识是“固定搭配”，表现为情境脱离学生的生活经验和文化背景。

要引导学生从浅层学习走向深度学习，促进深度学习在课堂上真实发生，就需要教师深入认识情境，进行情境开发，克服碎片化、工具化和僵硬化倾向。

2 情境开发的内涵

情境开发要提升情境的品质，充分挖掘其所蕴含的育人价值，认识到情境是连接生活与能力、知识与观念、个人与社会的纽带，是促进意义建构的支持系统。通过情境开发实现“下联上达”，即向下联结经验、事实与问题等，向上通达观念性知识和高阶思维，让情境真正成为知识建构的基石、思维发展的支架、问题解决的媒介和素养提升的载体。在基于情境的教学中，不再是将知识直接呈现给学生，让学生被动接受和机械记忆，而是将要学习的知识转化成情境化的问题，学生在情境化的问题中体验、探究、论证、建模和应用等，帮助学生形成能灵活迁移的知识结构，在这个过程中发展模型建构、分析评价、批判性反思等高阶思维能力，并促进问题解决能力和核心素养的提升。

3 指向深度学习的高中物理情境开发策略

指向深度学习的高中物理情境开发要增强情境的整合性，克服碎片化倾向；增强情境的挑战性，克服工具化倾向；增强情境的实践性，克服僵硬化倾向。下面结合奥运会的三个项目进行具体阐述。

3.1 多角度分析情境，增强整合性

一个好的物理情境往往具有开放性，教学中既适合学生生活、文化背景，又与学科知识紧密关联的情境是有限的，对于一个好的情境要充分利用，多角度分析，让情境成为连接和整合不同知识的纽带，增强知识间的关联性、逻辑性和整合性。

教学案例1:我国短跑名将苏炳添在东京奥运会百米赛跑半决赛中以9.83秒的成绩创造了新的亚洲记录，为国家赢得了荣誉。一方面教学中可以利用该情境进行爱国主义教育和体育健康教育，践行学科育人理念。另一方面可以对该情境进行多角度分析，利用它促进学生对运动学相关知识的理解。

角度1:研究苏炳添在整个百米赛跑中的运动时，能否将他看成一个质点？为什么？研究什么问题时能将其看成质点？

角度2:(回放苏炳添东京奥运会百米赛跑半决赛的视频)提出问题：(1)苏炳添在整个比赛过程中速度有变化吗？(2)如何描述苏炳添在整个100米过程中运动的快慢？(3)如何描述苏炳添在冲过终点时运动的快慢？

角度3:苏炳添在东京奥运会百米赛跑半决赛的起跑反应时间为0.167秒，若以信号枪响开始计时，如何直观地描述其运动的快慢？请结合自己的经历大致画出他在百米半决赛中的v-t图像，说说他的速度如何变化？据此，大家能否从物理学的视角给出提高短跑成绩的合理建议？

角度4:如何比较精确地测量出苏炳添在百米赛跑半决赛中每个10米处的速度大小？

通过多角度分析，这个情境将运动学核心知识有机整合在一起，有助于促进学生的深度学习。

3.2 深层次挖掘情境，增强挑战性

在教学中要超越情境的表象，深入到情境背后蕴含的逻辑、思想、意义和价值层次，并基于学生的知识储备、生活经验和认知特征，设置具有挑战性、层次性和沉浸性的问题，促进他们的深度学习。

教学案例2：在学习“曲线运动”相关知识后，创设情境：东京奥运会上我国运动员王峥在女子链球决赛中投出了77.03 m的好成绩，获得亚军。链球是田径运动中用双手投掷的竞技项目，运动员两手握住链球上铁链的把手，双臂甩动链球使之旋转，最后使球脱手而出，为了保证安全，在投掷区周围建有铁丝网(图1)。在教学中先让学生观看王峥比赛的视频，然后设置两个待解决的真实问题：(1)使链球逆时针转动，为了取得有效成绩，链球应在图中哪个区域内释放？请在图中画出脱手区域并解释说明；(2)如果你是链球运动员，假定链球最终离开手时的速度大小不变，在哪个位置脱手能取得比赛的最好成绩？

图1

3.3 灵活迁移情境，增强实践性

在学生深度理解所学知识内涵与外延、形成概念性认识的基础上，创设恰当的实际情境，引导学生灵活迁移所学知识与方法解决问题，增强情境的实践性，实现从情境中来、到情境中去，体验“情境化—去情境化—情境化”的深度学习过程。

教学案例3:在2020年东京奥运会上，我国跳水运动员全红婵五跳三满分，以466.2的总分夺得女子单人10米跳台跳水金牌，她以超出自身年龄的自信与冷静赢得了全世界的赞誉。在记者会上，有记者问全红禅获得满分和压水花的秘诀是什么？全红禅答道：“就练呗，不停地练！”让大家确信勤奋是成功的基石。全红婵从10 m高的跳台起跳后，上升约0.5 m后自由落下，在空中完成一套完美的动作后竖直入水，其身高约为1.45 m，身体质量约为35 kg,入水过程可近似看成匀减速直线运动，完全入水时速度恰好减小到0，不计空气阻力，试估算全红婵在入水过程中受到的平均冲击力大小。

解决这个实际问题首先需要明确运动过程，根据情境建立物理模型，然后应用动力学知识(动量定理或动能定理)进行解决。

接下来进行拓展延伸，利用鸡蛋模拟这一过程，并进行具体实践，提升学生对知识本质的理解和迁移应用能力。如果让一个鸡蛋从教学楼4楼自由释放，落地后肯定“粉身碎骨”，那如何让鸡蛋从4楼以最快时间落地，而不摔碎？引导学生设计方案，根据动量定理：FΔt=mΔv，要减小作用力，必须延长作用时间和减小落地时的速度，这就需要设计缓冲装置和减速装置。要求学生课后进行小组合作，利用身边的物品制作实物装置，然后带到学校来进行比赛和展示。