基于真实情境促进深度学习的教学设计

徐鹏

【摘要】本文以“超重和失重”为例，在教学过程中创设真实情境，引导学生逐步进入深度学习，发展学生的物理学科核心素养，最终实现学科育人.

【关键词】高中物理；深度学习；核心素养

琼·莱夫和艾蒂纳·温格在《情境学习：合法的边缘性参与》一书中指出：学习是情境性的，它在很大程度上是环境的产物，在这个环境中，最有效的学习方式是与“实践共同体”中的专家和新手一起协作.《中国高考评价体系说明》指出情境是实现“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的综合考查的载体.2019年《新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》指出要深化课堂教学改革，积极探索基于情境、问题导向的课堂教学，强调学生的情境体验.

通过真实情境下的问题链设计，引导学生深度思考，自主构建超重和失重的概念，在教师的指导下运用牛顿第二定律和牛顿第三定律，自主构建超重和失重的规律，从而实现从教师的“教”到学生的“学”的转变过程.

1 创设真实情境，调动已有认知

物理教学中熟悉情境的构建是为了引发学生的认知冲突，激发学习兴趣，启动思维内驱力.

教师放映在运动电梯中拍摄的视频，视频中只有一个电子秤和秤上的一个物块，随着电梯开始运动，学生观察到电子秤的示数发生了明显的变化：先变大后变小.

视频放映后，又拿出一个体重计，将体重计的示数用手机投屏到屏幕上，让一个学生先蹲在体重计上，然后再站起来.学生同样观察到了体重计的示数变化：先变大后变小.

一个运动的电子秤，一个静止的体重计，同样的示数变化，激发了学生的学习兴趣，同时这两段情境的引入也为视重概念做了铺垫.

最后，教师拿出一个盒子，盒子里装有一块重物，用一根拉紧的弹簧将重物和盒子壁上的挂钩连在一起.由于摩擦力作用，重物保持静止状态，如何不接触重物让弹簧拉动重物并解释其原理，如图1所示.

设计意图 电子秤、体重计和隔空拉物这一系列情境素材的构建，在激发学生探索欲望的同时，调动学生的浅层次知识结构，引导学生从物理学的视角观察生活，从被动学习变成主动探索事件背后的规律，关联物理学科核心素养，开启逐步递进的深度学习过程.

问题 日常生活中如何使用电子秤进行测量？

电子秤的原理：物体放在秤盘上时，压力施加给传感器，电子秤的示数称为视重，反映了物体对电子秤的压力大小.

让学生从电子秤的测量入手区别视重和重力的概念，为接下来的进一步深度研究打好基础.

为了方便研究电梯的运动过程，教師拍摄了电梯上升及下降的两组视频，在视频中同时显示电梯面板和电子秤的示数.

可以观察到在电梯上升过程中，电子秤的示数先变大，然后不变，最后变小.而在电梯下降过程中，电子秤的示数先变小，然后不变，最后变大.电梯内的视频和观光电梯视频相比较，因为有箭头显示电梯的运动方向，更简便直观，也更贴近学生平时的生活情境.

教师引导学生对电梯的运动过程进行自主建模和受力分析.学案表格设计如表1.

2 引导深度探究，构建核心概念

活动1 根据视频截图，选取研究对象，进行受力分析，标出加速度的方向，再结合电梯的运动方向判断电梯的运动状态.

设计意图  根据电梯中的受力分析，建立超重与失重的物理模型，完成深度学习中地解决问题所需的核心概念.根据教师的已有方案，对数据进行初步的整理，得到初步结论，在深度学习中，学生的科学探究能力也获得相应的发展.通过教师指导学生完成对应的学习任务，实现师生的深度互动，这是实现深度学习的基本保障.在师生的互动过程中，教师既要放手让学生有自主空间，也要主导深度学习的进程，最终促进学生思维的进阶式发展.

经过本轮分析，学生理解超重与失重的物理核心概念，通过探究总结超重与失重现象与什么有关，并在真实情境中应用牛顿运动定律分析了超重和失重现象的动力学原因，切实感受到电梯上升及下降过程均存在超重和失重现象，从而深入理解了超重和失重现象的本质.

当我们从视频中发现并分析了超重和失重现象后，需要用实验来进一步验证.弹簧测力计、电子秤和传感器的实验主要是通过提起或放下测力计，观察示数的变化.这个实验存在的主要问题是弹簧测力计和电子秤在运动过程观察困难.为此，选择家用电子体重计，手机传感器为演示实验.

活动2  让学生观察自己在体重计上蹲下和站起来时，体重计和手机传感器的示数变化，并作出分析.

设计意图  让学生积极参与研讨和交流是实施深度学习的关键环境.在学生共同参与的学习环境中，由于身份、年龄、认知能力及思维方式的相近，同伴之间更容易相互沟通和分享，对问题思考的不同角度也可以相互启发.在这种学生间的深度互动中，原本被动的学习任务变成学生主动地学习思考，在深度参与、深度研讨、深度交流中将获得高度体系化的知识.

在科学技术日益发展的时代，集成了各类传感器的手机功能完全可以应用在物理教学中.Phyphox软件结合希沃白板的投屏功能就可以将手机屏幕显示在教室电脑上，实现数据的实时展示.通过测量加速度（不含g）的功能，做下蹲和起立，从数据得到加速度方向与超重失重的关系，如图2和图3所示.

活动3 让弹簧拉动重物并解释其原理

确定研究对象，进行受力分析，在弹簧拉力不变的情况下，将重物拉动需要减小最大静摩擦力，整个过程中动摩擦因数不变，因此需要减小正压力（视重），即当盒子处于失重状态下，重物可以被拉动.

设计意图 挑战性学习任务的设计是学生进入深度学习的必要条件.学生在完成挑战性学习任务的过程中，加深对知识的理解，能够把所学的知识迁移应用到实践中，从而构建新的认识、思路和方法，最终实现了学生和任务的深度互动.

教师 失重现象中，失重小于重力，即FN=mg-ma，如果a=g，则失重为零.

教师将弹簧测力计和手机固定在一起，测力计下悬挂一个重物，如图4所示，当突然松手后，重物只受重力作用，其加速度为重力加速度，可以看到弹簧测力计的示数变为0，此时弹簧测力计对悬挂物完全没有作用力，引出完全失重的概念.

活动4 将一个装满水的矿泉水瓶握在手上竖直向上抛出和竖直向下抛出.

把超重现象和失重现象进行了全方位的实验演示.还可以配合手机拍摄视频的慢动作功能将演示实验的全过程现场拍摄，然后在屏幕上回放，这样瓶身侧壁水喷的远近距离以及有没有水流出可以看得更加一目了然.

抛水瓶活动是演示失重现象的一个常规实验.将一个塑料矿泉水瓶的瓶盖和瓶身下部侧壁各扎一个小孔，装入一定量的水后，水就会从瓶身下部的小孔喷出，而当瓶子自由下落时，瓶中的水处于完全失重状态，所以水就不会再流出.教师将抛水瓶活动进行一定深度的拓展，选取了竖直上抛、竖直下抛和斜抛运动进行实验验证.

活动5 让学生讨论如果将一个装满水的矿泉水瓶从教室的一侧扔到教室的另一侧，沿途有没有水流出？

活动5是抛水瓶实验的收官之笔——斜抛运动，相对于自由落体运动而言，这个验证实验的置空时间更长，其所起到的震撼效果也更强.这一系列的演示实验从竖直上抛运动到竖直下抛运动，最后斜抛运动，帮助学生进一步理解了超重和失重现象.

3 结语

本節课的教学，以超重与失重模型的建构为主线，以牛顿运动定律为知识载体，以发展学生核心素养为目的，最终实现深度建模.学生在真实情境中掌握物理核心概念，提升思维水平，从被动的信息加工者变成主动的实际问题解决者，为终身学习奠定了基础.

【基金项目：江苏省教育科学“十四五”规划课题“指向学科育人的高中物理生命课堂的研究与实践”（课题编号：C-c/2021/02/51）阶段性研究成果】

参考文献：

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［3］王建峰.物理概念教学中如何开展“深度学习”——“光的干涉”深度学习设计［J］.物理教学，2018，40（05）：24-26.

［4］郭华.深度学习及其意义［J］.课程·教材·教法，2016，36（11）：25-32.