基于深度学习的高中物理规律教学研究

2023-08-30卜维任新成

中学教学参考·理科版 2023年4期

卜维任新成

［摘要］深度学习理论对培养高中学生的物理学科核心素养具有重要意义，对高中物理教学具有直接的指导作用。文章简要介绍深度学习理论，分析深度学习理论应用于高中物理规律教学的优势，并以“平抛运动”一节为例阐述如何在高中物理规律教学中引导学生开展深度学习，同时指出基于深度学习开展高中物理规律教学应该注意的问题。

［关键词］深度学习；高中物理；规律教学

［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2023）11-0056-04

物理规律反映了一定条件下相关物理量之间存在的必然联系。物理规律教学是中学物理教学的重要组成部分。学好物理规律，能帮助学生理解科学知识，掌握科学方法，提高观察能力、思维能力、分析和解决问题的能力，能促进学生学科核心素养的提升。深度学习是一种提倡主动性和批判性的有意义的学习，以培养和发展学生核心素养为本，是落实核心素养的重要路径。基于此，本文对深度学习理论应用于高中物理规律教学的优势进行分析，并以“平抛运动”一节为例进行教学设计。

一、深度学习概述

瑞典歌德堡大学的马顿（Marton）和萨乔（Saljo）两位学者在1976年最先提出深度学习这一概念。随着我国课程改革的深入开展，深度学习成为国内教育界学者们研究的焦点课题。我国郭华教授对深度学习做出了这样的界定：深度学习是学生在教师的引领下，围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程，并提出深度学习的五个特征，即“联想与结构”“活动与体验”“本质与变式”“迁移与应用”和“价值与评价”，这五个特征也是判断深度学习是否发生的重要依据。

二、深度学习理论应用于高中物理规律教学的优势

将深度学习理论应用于高中规律物理教学，对学生物理学科核心素养的提升有一定的促进作用。

（一）在联想与结构中形成物理观念

物理观念需要通过对物理知识进行学习，并在逐步理解掌握物理知识的过程中形成，系统地学习更有利于学生物理观念的形成。教师引导学生将新知识与已有知识联结起来，使学生在接受新事物时，新的认知与背景知识之间不是孤立的，而是相互联系、相互作用的，是在以背景知识为基础或方法对新事物进行探究的过程中认识与掌握新事物的，这样逐步形成的知识体系更有利于学生物理观念的形成。

（二）在解决问题中培养科学思维

学习与掌握科学思维是学生学习物理的重要目标，深度学习理论的应用为培养学生科学思维提供了方法与途径。在深度加工知识和解决实际问题的过程中，通过提问引导学生对物理问题进行猜想、推理与论证，让学生在解决问题中体会科学方法与思维的意义，从而加深學生对解决问题的方法的理解与掌握，进而培养学生的科学思维素养。

（三）在深度加工中提升科学探究素养

教师应引导学生对学习内容进行深度加工，探究科学本质。学生在形成一定认知的基础上，结合理论与实验进行探究是培养科学探究素养的最佳时机。通过明确问题、提出猜想、探究方案、获取证据及得出结论等活动，使学生形成完整的探究思路与流程，随着问题的解决，学生的科学探究素养也得到了提升。

（四）在教学中培养科学态度与责任素养

物理课程的学习不仅能使学生掌握基本知识，更重要的是使学生认识科学的本质，逐渐形成正确的态度与价值观。学生科学态度与责任素养的培养应该在整个学习过程中进行，任何一个教学环节都可以将培养学生科学态度与责任素养渗入其中。创设正面、积极的情境，不仅能激发学生的学习兴趣，还有利于学生树立正确的价值观，增强学生的责任意识。学生在探究知识的过程中，进行严密思考和科学探究，可以培养自身严谨认真、实事求是的科学态度。

三、基于深度学习的高中物理规律教学

以“平抛运动”一节为例，基于深度学习的五个特征，结合教学实际设计教学方案，说明如何在高中物理规律教学中引导学生开展深度学习，以促进学生核心素养的发展。

（一）激发学习动机，促进知识建构

物理是一门与生活实际密切联系的学科，生活中的许多现象与情境都蕴含着丰富的物理知识，学生在生活实践中积累了一定的经验和感性认识。深度学习中的“联想与结构”意在唤醒或改造学生的已有经验，促进学生的经验与科学知识的相互转化。这就要求教师根据教学内容创设恰当的情境，激发学生的学习动机，唤醒学生已有的知识经验，使学生的前概念与科学知识建立紧密的联系，这样有助于学生构建完整的知识体系。

［教师活动］展示视频，创设物理情境，如图1所示。情境一：中国选手谷爱凌在2022年北京冬奥会自由式滑雪女子坡面障碍技巧决赛中，以一定的初速度从离地面有一定高度的滑雪台末端水平滑出并平稳落地。情境二：中国女排运动员朱婷沿着水平方向击球。情境三：飞机沿水平方向投放炸弹。

引导学生观察以上三个物理情境并提出问题：水平滑出滑雪台的运动员、被水平击出的排球和沿水平方向投放的炸弹，这些物体的运动有什么共同之处？

［学生活动］观察情境，以小组为单位进行讨论并得出结论：它们的运动轨迹都是曲线，都有水平方向上的初速度，都只受到重力和空气阻力作用。

［教师活动］通过对上述三个物理情境的分析，引导学生正确处理重力和空气阻力的关系，让学生自主总结得出平抛运动的定义与特点。

设计意图：创设物理情境，直观形象地向学生展示相关平抛运动过程，以唤醒学生的已有知识经验，激发学生的学习动机。通过对情境的观察与问题的回答，学生的观察能力和分析能力得到有效提升。在此基础上，引导学生忽略空气阻力对运动的影响，进而使学生加深对“抓住主要因素，忽略次要因素”思维方法的认识。

（二）加深感性认识，提出猜想与假设

深度学习首先体现在让学生成为学习的主人，强调学生学习的主体性。要使学生能够主动学习，不让学习成为学生的负担，就要引导学生以全部的精力和集中的注意力主动参与课堂活动，亲身经历知识的探究过程。在实际教学中，教师依据学生的认知发展规律和教学内容设置以学生为主体的教学活动，提高学生的课堂参与度，丰富学生的真实体验，加深学生对事物的感性认识，形成猜想与假设。

［教师活动］《朱瞻基行乐图》中记录了古人投壶时的热闹场景，如图2所示。“投壶”是我国古代士大夫宴饮时做的一种投掷游戏。游戏的规则是将箭投向壶中，投中多者胜，负者则按照规定罚酒。

［学生活动］在教师的组织下，学生以小组为单位，每组派出一名代表参与课堂中的“投壶比赛”。每个小组代表有三次投壶机会，投箭时要尽可能地將箭水平投出，投中多的小组获胜。

［教师活动］比赛结束后，针对“投出的箭有时超前，有时落后”的现象提出问题：要使水平投出的箭成功投入壶中，应该控制好哪些因素？引导学生运用“运动的合成与分解”思想，从力和运动的关系入手分析平抛运动的性质。

［学生活动］通过小组讨论，学生认为要控制好水平投出的箭的速度和高度，并分析得出箭在水平方向上有一定的初速度，不受力的作用，做匀速直线运动；在竖直方向上，初速度为0，仅受重力作用，做自由落体运动。

设计意图：通过“投壶比赛”使学生积极主动地参与到课堂活动中，增强了学生的真实体验。让学生在亲身体验平抛运动后，对平抛运动现象进行理论分析，初步得出其运动性质，并将得出的结论作为猜想，为后续对平抛运动进行深度加工做好铺垫。

（三）进行深度加工，探究科学本质

学生对科学知识进行深度加工主要体现在“本质与变式”的过程中，这个过程不是教师直接将知识的本质告诉学生，而是学生在教师的引导下就学习对象提出问题、获取证据、作出解释、表达交流的探究过程。只有这样，科学本质才会生动鲜活地出现在学生面前，进而促使学生与学习内容建立紧密联系。

［教师活动］先给学生介绍并演示双轨平抛运动实验仪（如图3），然后组织学生进行分组实验，探究平抛运动在水平方向上和竖直方向上分运动的特点，并用手机拍摄记录实验现象。对实验视频进行处理得出相关数据，运用Excel软件对实验数据进行处理，绘制水平位移与时间的函数图像及竖直位移与时间的函数图像。

［学生活动］在教师的引导下进行实验探究，结合实验现象，分析实验数据，得出结论：可将平抛运动分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动，并通过理论推理得出水平方向和竖直方向上的速度、位移的表达式。

［教师活动］提出问题：如何确定做平抛运动的物体的速度和位移？

［学生活动］借助运动合成的思维方法，对水平方向上和竖直方向上运动的速度和位移分别进行合成，得出：做平抛运动的物体，其速度大小为[v=v2x+v2y=v20+（gt2）]，方向为[tanα=vyvx=gtv0]，如图4所示。位移大小为[s=x2+y2=（v0t）2+12gt22]，方向为[tanα=yx=gt2v0]，如图5所示。

［教师活动］提出问题：根据物体做平抛运动的现象猜想其轨迹是一条怎样的曲线。如何证明？

［学生活动］通过猜想和小组讨论学生认为物体的运动轨迹是一条抛物线，并运用数学知识进行推理得出做平抛运动的物体其轨迹方程为[y=g2v20x2]。

设计意图：通过理论推导与实验探究相结合的方式，引导学生对学习内容进行深度加工，探究科学本质，掌握科学规律。让学生经历完整的探究过程，提高其科学探究能力，培养其尊重科学、实事求是的科学态度。在教师提出的问题的引导下，学生运用已有知识和思维方法解决问题，探究平抛运动的规律，形成化曲为直、化繁为简的思想。

（四）运用科学知识，解决实际问题

对知识进行迁移与应用是学生将科学知识转化为实践能力的关键。教师应引导学生运用知识解决实际问题，从而提高学生的迁移应用能力和解决问题的能力。在深度学习中，“迁移与应用”不只是检验学生学习结果的方式，也是学生学习的重要方式。教师应当创设具体的情境，引导学生对情境进行分析，把握事物的本质所在，并用科学知识解决实际问题。

［教师活动］提出问题：某位同学正在进行投壶比赛，其水平抛出箭的位置距离地面的高度为[0.8 m]，壶在该同学正前方距离[1.6 m]处。在尽可能保持箭水平的前提下，被抛出的箭经历多长时间可以投入壶中？要使箭能正好投入壶中，抛出的速度应为多少？箭投入壶中的那一瞬间，其速度、位移的大小和方向是怎样的？（[g=10 m/s2]，忽略空气阻力的影响）

［学生活动］运用本节课所学的物理知识对该问题进行解答。

设计意图：让学生经历分析现象、把握本质并解决问题的过程，引导学生解决之前面临的问题，帮助学生运用科学知识解决实际问题，使学生的学习不局限于教材，而是实现了由理论知识到解决实际问题的迁移，使学生更加深入地认识平抛运动的本质，使深度学习得以真正发生。

（五）理解学习过程，实现学科育人

树人是深度学习的最终目的，教学是以培养人为目标的社会活动，内隐着“价值与评价”。“价值与评价”是帮助学生树立正确的价值观，发展学科核心素养。让学生学会反思、质疑、评价与批判的活动，不是某个独立的教学环节，而是贯穿于整个课堂教学活动中的。教师应当在每一个教学环节，引导学生对学习内容和学习过程进行质疑、反思与评价，使学生与科学知识建立起有意义的联系，增强学生的责任意识与爱国精神，实现物理学科的育人价值。

本节课一开始，通过对滑雪、打排球和飞机扔炸弹情境的分析，帮助学生唤醒已有的知识与经验，引导学生思考物理情境中的现象与规律。同时，谷爱凌和朱婷取得的优秀成绩，能激发学生的民族自豪感。介绍投壶的相关信息，能丰富学生对我国传统文化的认识，而投壶比赛的设置与学生体验，使学生对平抛运动形成感性认识，这其中充斥着学生对实际情境的评价与反思。从提出猜想到学生分组实验探究，正是学生有根据地评价与反思学习过程和学习内容的过程。对实际问题的解决使学生对实际现象有更加科学、客观的认识，是帮助学生树立正确观念的体现。

四、基于深度学习开展高中物理规律教学的注意事项

（一）要给学生创设积极的学习环境

营造轻松活跃的学习氛围是实现深度学习的关键步骤。和谐自由的课堂环境，良好的师生关系，有助于学生以积极的情绪投入学习，这样能有效激发学生的求知欲，并使其顺利开展深度学习。

首先，在创设情境时应选取学生较为感兴趣或相對熟悉的案例引发学生思考，为整节课营造轻松活跃的氛围；其次，应构建良好的师生关系和生生关系，良好的师生关系与生生关系不仅能使学生更积极主动地进行探究学习，还会使他们有可能完成更高难度的任务；最后，教师在创设积极活跃的学习环境的同时，也要注意对课堂秩序的维护与管理，确保教学任务的高效完成。

（二）要给学生足够的自主探究机会

深度加工知识是进入深度学习的关键环节，是学生在已有认知的基础上学习接受新事物，形成新的知识体系并能运用其分析和解决问题的过程。

在学生对知识进行探索与学习时，教师应设置能充分调动学生学习积极性的教学活动，给学生足够的自主探究机会。而教师更多的是做一个合格的指导者与辅助者，在学生探究思考的过程中，及时指导学生，引导学生有效开展深度学习。

（三）创设的物理情境要符合学生的认知规律

在教学中重视情境的创设是新课程标准的要求，创设的情境要符合学生的认知规律。首先，教师在选择情境素材时要与学生的已有知识经验及日常生活紧密联系，以此激发学生的探究欲望，激活学生思维，使其形成正确、积极的学习动机。其次，创设的情境不能过于复杂或过于简单，而是要使情境中的问题处于学生的最近发展区。

［参考文献］

［1］田世昆，胡卫平.物理思维论［M］.南宁：广西教育出版社，1996.

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［4］郭华.深度学习的五个特征［J］.人民教育，2019（6）：76-80.

［5］刘月霞.指向“深度学习”的教学改进：让学习真实发生［J］.中小学管理，2021（5）：13-17.

［6］刘海洋. 实现深度学习的七大步骤［J］.上海教育，2019（32）：26-29.