指向深度学习的高中物理情境教学设计

胡智清

摘   要：深度学习是深化基础教育课程改革的重要抓手和落实学生发展核心素养的实践途径，深化课堂教学改革强调基于真实情境。文章以“匀速圆周运动快慢的描述”一节的教学设计为例，提出指向深度学习的高中物理情境教学设计的基本步骤为：结合课标要求分析教材情境，根据实际条件开发教学情境，结合学情设计教学活动。基于学情选择适切的情境，基于学情设计学生能解决的任务和问题，基于学情设计学生的学习活动，才能让学习真正发生，才能真正指向深度学习。

关键词：深度学习；情境化；教学设计；匀速圆周运动

深度学习是指学生在理解的基础上，能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，从而将已有的知识迁移到新的情境中，作出决策和解决问题[ 1 ]。普通高中物理课程标准指出重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落地。深化课堂教学改革强调基于真实情境，联系社会生活实际的重要性。无论是核心素养的培养，还是深度学习的达成，都离不开“情境”的参与[ 2 ]。只有坚持真实情境这个总前提，倡导深度学习才有意义。本文以“匀速圆周运动快慢的描述”一节的教学设计为例，谈谈指向深度学习的教学情境的选择和基于情境的教学活动设计。

1  分析教材情境

本节选用的教材为鲁科版（2019版）必修二第3章“圆周运动”的第1节教材“生活中的圆周运动”作为本章的导入，第1节主要内容分4个部分，第1部分先简单定义什么是匀速圆周运动，再以同轴转动的两点快慢比较得出线速度的概念，并说明线速度是矢量；第2部分通过自行车大小齿轮边缘两点快慢的比较，得出角速度的概念；第3部分介绍周期、频率和转速等概念；第4部分先通过一个周期的圆周运动证明线速度、角速度和周期的关系，接着在“物理聊吧”栏目介绍机器内部的齿轮，并提出问题，最后用一道例题和“迁移”指导学生利用线速度、角度和周期的关系解决问题。

该部分内容，教材以图片的形式给出丰富的情境，笔者梳理分析其对应设计意图如表1所示。这些情境都来自生活实际，且配了精美的图片增加情境的可视化，可见，教材非常重视情境的创设，那么教学中如何取舍、选择和利用这些情境呢？

2  开发教学情境

教材的呈现方式是静态的、平面的文本和图片，教学中可以将这些情境开发为动态的、立体的情境。情境的开发方法如下。

2.1  用信息更丰富的图片

教材的配图，提供的信息可能不够丰富，可以搜索与教学情境相关度更高的图片替代。如“计算机硬盘”教材中的配图如图1，只是呈现硬盘的图片，笔者用图2替代，提供硬盘转速信息，让学生猜想7200RPM和5400RPM的物理意义，创设了有意义的科学猜想情境。

2.2  用视频替代图片

如“梦幻般的星空”“充满刺激的过山车”“砂轮打磨金属”“变速自行车”等情境，可以搜索下载对应的视频，课堂上播放短视频，增加可视化的视觉效果。播放的视频应契合主题，短平快，截取最合适的片段，并将视频中重要细节截图梳理出证据，设计相关的问题，或者启发学生提出问题。

2.3  开发为演示实验

如“自行车链条”可以开发为演示实验，将自行车搬进课堂，或者制作自行车的链条模型。如“砂轮打磨金属”情境可以用如图3所示的演示仪器替代。

2.4  融合中国传统诗词开发讨论情境

周期的概念教学中，学生对周期的概念既熟悉又陌生，如果按照教材的内容按部就班地讲解，学生的思维互动就少了。因此笔者将与周期有关的三首诗词“春生夏长，秋收冬藏。”“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。”“日出扶桑，入于咸池。”编成谜语，让学生猜谜。要求学生每一句话猜一个字。这样的教学情境既能增加课堂趣味性，又可以培养学生的中华传统文化自信。

2.5  深度阅读教材创设质疑创新情境

教材用弧长与时间的比值定义线速度，然后直接说线速度是矢量，教材这样“分步走”的编写思路虽然生硬，但是切合学生实际。但是“弧长”的本质上是路程，路程与时间的比值是速率，速率是没有方向的，这不前后矛盾吗？这里可以设置一个互动环节，通过复习速率和速度两个概念，启发学生质疑，再用曲线运动的定义方法——将平均速度取极限，得到圆周运动线速度的大小和方向。教材在第二章第1节通过“迷你实验室”栏目中，为了得出“物体在某点速度的方向，就是沿曲线在该点的切线方向”的结论，利用了平均速度定义取极限的方法。从两个角度去帮助学生构建线速度的概念，可以让学生明白“线速度”不是新的特有的概念，其本质就是“瞬时速度”。这样的过程虽然慢点，但让学生经历概念建构的过程远比概念本身更加重要，这样建构的概念也会更加系统化、结构化。

2.6  将零散情境整合为大情境

教材针对不同知识提供了不同的情境，如果课堂教学中每个情境都使用，会使教学零散，不利于促进学生深度学习。这就要求教师对情境进行整合，将零散情境整合为一个大情境，这个大情境可以解决多个问题。如表1中的情境4、6、10和12都与自行车有关，实际教学中可以以自行车变速器为大情境，展开探究教学。

3  设计教学活动

情境只是载体，选择合适的情境后，要依托载体，设计问题，开展教学活动。下面列举本节几个基于情境的互动片段。

3.1  片段1：观察现象，构建模型

【教学活动】 播放视频：自然界中的圆周运动。视频的内容为“福建的星空”和“空间站看地球”。提问：在视频中看到哪些圆周运动？预设：学生的回答可能不规范，只会说地球做圆周运动。对于学生的回答，教师先不评价，演示：（1）绕讲台走一圈；（2）原地自转一圈。提问：两个动作都属于圆周运动吗？能不能简单地说“老师做圆周运动”？讲解：说运动，应该说某物体做什么运动，即有一个研究对象。如果以老师为研究对象，动作一中，老师是沿着圆周运动的，轨迹是圆，因此老师做的是圆周运动。动作二中，如果仍然是研究老师，那么老师的空间位置并没有改变，轨迹不是圆周，因此不是圆周运动；但若研究老师的手指，则属于圆周运动。引导学生阅读教材：“例如，钟表的指针、齿轮，电风扇的叶片等，在转动时，其上的每一点都在做圆周运动。”这里不是简单地说钟表指针在做圆周运动，而是说指针上的某点在做圆周运动。结论：圆周运动模型，指的是质点模型绕圆心做圆周运动，而不是物体自身的转动。

【设计反思】 该环节的设计中，不是简单地使用生活中常见的圆周运动，而是用“福建的星空”和“空间站看地球”两段视频，目的是让学生从两个独特的视角观察圆周运动，在观察中寻找地球自转和空间站绕地球转的证据，培养学生的科学论证素养。学生只是知道地球自转这个概念，并没有想过如何观察，证明地球是在自转。针对学生的错误回答，教师随手演示，提出问题引发质疑，再引导学生精读教材，让学生自主解惑，理解“圆周运动”与“转动”的差别，归纳构建圆周运动模型，从而培养学生的模型建构能力。可见，本环节的设计培养了学生“科学论证”和“模型建构”两个核心素养，有效促进学生思维发展，实现深度学习。

3.2  片段2：通过动图比较定义匀速圆周运动概念

【教学活动】 比较两个动图：摩天轮和链球的运动。提问：这两个运动从快慢角度看，有什么差别？回答：链球越转越快，摩天轮转动快慢不变。阅读教材：在任意相等时间内通过的弧长都相等的圆周运动称为匀速圆周运动。板书：匀速圆周运动。播放视频，提问：链球做的是匀速圆周运动吗？

【设计反思】教材简单一句话“仔细观察钟表指针的转动，会发现指针上的每一点经过相等时间各自都会转过相等的弧长。”接着就给出什么是匀速圆周运动，这样的设计比较生硬。笔者使用比较的方法，让学生观察动图，一个是快慢不变的摩天轮，一个是逐渐加快的链球，学生通过比较容易回答“链球越转越快，摩天轮快慢不变。”这样的情境设计渗透比较法。

3.3  片段3：线速度概念的建立

【教学活动】 比较自行车车轮上同轴转动的A、B（A点离轴近，B点离轴远）两点。提问：A、B两点哪点运动得快呢？通常我们说B点比A点快，为什么？因为相同时间内，B走过的路程大于A的路程。这里的路程就是走过的弧长。阅读教材：线速度：匀速圆周运动的物体上某点通过的弧长s与所用时间t之比称为匀速圆周运动的线速度。这里“线速度”是新的物理量吗？回顾：速率与速度是两个概念。提问：速率是路程比时间，速度是位移比时间。那么按照线速度的定义，线速度是速率还是速度？回答：线速度是速率。提问：如果说线速度是速率，那么线速度是矢量还是标量呢？回答：线速度是标量。阅读教材：“线速度是矢量，不仅有大小，而且有方向。线速度的方向是怎样的呢？”质疑：那怎么说线速度是矢量呢？回顾必修一教材P25。提问：为了测量瞬时速度，可以用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。如果物体做匀速直线运动，任意时间内的平均速度都等于瞬时速度。追问：同理可得，物体做匀速圆周运动，任意时间内的平均速度都等于瞬时速度吗？解答：我们发现，匀速圆周运动时，任意时间内的平均速度不等于瞬时速度。但是，可以用测量一段时间内的平均速率的方法，来测量匀速圆周运动的瞬时速率。提问：为什么说线速度是矢量？讲解：圆周运动是曲线运动，速度方向时刻变化着，我们知道瞬时速率后，只要给出对应时刻的速度方向，就可以全面把握瞬时速度了。提问：那么，圆周运动线速度的方向怎么判定呢？阅读教材：做曲线运动的物体在某点的速度方向，是沿曲线在该点的切线方向。因此，圆周运动线速度的方向总是沿圆周的切线方向。播放动图，证明圆周运动的速度方向沿切线方向。说明：匀速圆周运动是匀速率圆周运动。匀速圆周运动是变速运动。

【设计反思】 以上环节，引导学生深度阅读教材，并将必修一教材的内容截图作为比较，引导学生对教材的内容进行深度思考、质疑，从而培养学生质疑创新能力。

4  小结

教学情境的创设过程是对教材的二次开发过程，教师应基于教材，结合学情创设有利于学生深度学习的教学情境，基于情境设计有利于学生思维发展的学习任务或问题，让学生真正经历学习的过程。

参考文献：

［1］ 何玲，黎加厚.促进学生深度学习 [J].现代教学，2005（5）：29.

［2］ 童大振，胡扬洋，包雷.促进深度学习的物理问题情境：内涵、作用与启示[J].课程·教材·教法，2023，43（3）：125-131.