深度学习视角下“物理模型”的教学实践

［摘 要］“物理模型”教学是中学物理教学的一个重要内容，其目的在于提高学生的分析推理能力和模型建构能力。在深度学习的视角下，“物理模型”教学可以围绕五个核心要素展开，即主动性学习、目标化导向、深度性学习、批判性思维以及应用性评价。文章以“板块模型的临界问题”为例，结合这五个核心要素，探讨在深度学习视角下如何进行“物理模型”的教学实践。

［关键词］深度学习；物理模型；教学实践；板块模型；临界问题

［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2024）26-0048-04

在物理学中，通常会将实际的研究对象或物理过程提炼为“物理模型”。通过分析“物理模型”中的物理量及其相互关系，不仅有助于学生加深对物理基本概念的理解，还能培养学生应用物理知识解决实际问题的能力，并让他们深刻体会物理学科的基本思想，从而促进深度学习的发生。

然而，在常规的教学实践中，教师容易就题论题，忽视对学生知识迁移与应用能力的培养，且对学生的知识建构过程缺乏有效的引导，导致学生缺乏对关键问题的批判性思考，进而使得学生的关键能力得不到有效提升。因此，在深度学习的视角下，开展“物理模型”教学的研究具有现实意义。

一、深度学习视角下的“物理模型”教学

“深度学习”是一种以提升学生高阶思维能力为目标的教学方法，它旨在引导学生发挥主观能动性，结合已有的知识经验，进行深入的学习与探究。这种教学方法鼓励学生将知识迁移到新的物理情境中，以解决问题。在深度学习过程中，学生会对问题进行深度思考，并运用批判性思维去反思“物理模型”与实际问题之间的冲突与差异。通过深度学习，学生能够体会物理学科的基本思想，挖掘所学知识所蕴含的意义，进而提升物理学科核心素养。

如果能够遵循深度学习的原则来开展“物理模型”教学，那么可以将知识的应用具象化，从而加深学生对物理观念的理解；可以将知识的内容结构化，培养学生的知识建构能力；可以将知识的关联体系化，有效提高学生的知识迁移水平；可以将知识的发展思维化，充分发挥物理学科的育人功能。

二、深度学习视角下“物理模型”教学的五个核心要素

深度学习的视角下，“物理模型”教学的五个核心要素为主动性学习、目标化导向、深度性学习、批判性思维以及应用性评价（如图1）。

下面以“板块模型的临界问题”为例进行说明。通过情境化的引入，激发课堂活力，提高学生对“板块模型的临界问题”的学习兴趣，从而实现学生的“主动性学习”。采用探究式教学策略，引导学生深入思考，并从动力学和运动学的角度进行分析，最终掌握板块模型的临界分析方法，在此过程中以“目标化导向”代替单一的问题分析，使学生能够更加明确学习目标。针对板块模型，设计递进式问题，通过不同的例题和变式题，引导学生从“地面光滑”到“地面粗糙”，从“拉力作用在长木板上”到“拉力作用在小木块上”逐步进行探究，帮助学生突破难点，实现“深度性学习”。在例题的设计中，通过调整动摩擦因数的大小，展示两种不同运动的差异，为学生创造明确的冲突式体验，培养学生的“批判性思维”。将“物理模型”应用到实际生活中，鼓励学生尝试解决实际问题，让学生自主参与“应用性评价”。

三、深度学习视角下的“物理模型”教学实践——以“板块模型的临界问题”为例

结合深度学习和上述五个核心要素，“板块模型的临界问题”的教学流程设计如图2所示。

（一）情境化引入激发“主动性学习”

教师先通过创设生活情境，让学生直观感受到物体在不同拉力下的运动状态变化，随后组织学生讨论：在实际生活中，有哪些物体是叠放在一起的？当这些物体受到不同的推力作用时，它们会呈现什么样的状态？引导学生从生活中提炼出板块模型的概念。最后，教师创设问题情境，引导学生思考板块模型的特点，以及在不同外力作用下板块模型展现出的运动特点。

1.从生活情境中提炼“物理模型”

【新课引入】

教师以运动会期间搬运物资（如图3）为背景，提前录制了一段视频。视频内容真实还原了运动会中推箱子的过程，旨在引导学生观察：力[F]较小、[F]大小适中以及[F]较大这三种情况下，两个箱子的运动状态分别有何不同。

设计意图：创设生活情境，让学生观察实际生活中推箱子的过程，引导学生复述所观察到的现象并总结规律，从而使学生感受到物理与生活的紧密联系，激发学生的学习兴趣，为课堂注入更多的活力。

【动手实验】

利用事先准备好的长木板、小木块和弹簧测力计模拟推箱子过程。具体做法是，将小木块放在长木板上，然后用弹簧测力计拉动长木板，以此让学生感受在不同拉力作用下，长木板和小木块各自的运动状态。

设计意图：让学生利用长木板和小木块，亲自体验推箱子的过程；通过实际操作，让学生身临其境地感受在不同拉力的作用下长木板和小木块的运动状态变化。这样将生活情境中的问题抽象化，用长木板和小木块来模拟，实现了“从生活走向物理”。

2.创设问题情境引导学生思考

【问题情境】

问题1：小木块和长木板受到哪些力？

问题2：小木块和长木板产生加速度的动力来源是什么？

问题3：长木板和地面之间是否要存在摩擦力？

问题4：小木块和长木板之间的摩擦力的类型和方向如何？

问题5：不同运动状态下，小木块和长木板的加速度关系如何？

问题6：如何分析不同运动状态下物体所受到的临界拉力？

问题7：不同运动状态下的临界拉力应如何计算？

问题8：当外力作用在长木板和小木块上时，分析方法有何不同？

设计意图：创设富有启发性的问题情境来激发学生的物理学习兴趣，同时提高学生探索物理知识的热情。通过层层设疑，引导学生逐步深入思考，特别是关于板块模型的临界问题，从而进入深度学习的状态。

（二）探究式教学突出“目标化导向”

本环节将讨论板块模型的临界问题，深入分析在不同拉力的作用下物体的运动状态，并算出不同运动状态下的临界拉力大小。以此为教学目标，引导学生探究影响临界拉力的因素。

【实验前分析】

存在两个关键的临界拉力：一是恰好使物体开始运动的临界拉力[F1]，二是恰好使物体间开始相对滑动的临界拉力[F2]。本次探究是找到影响这两个临界拉力的因素。

【探究实验】

猜想：两个临界拉力可能与接触面的粗糙程度、小木块的质量、长木板的质量有关。

验证：采用控制变量法，分别验证接触面的粗糙程度、小木块的质量以及长木板的质量对临界拉力大小的影响。

设计意图：通过探究式教学，让学生亲身体验物理过程，强化他们的学习体验，让他们能够在探究过程中找到临界拉力的影响因素。通过探究式学习，有效启发学生思考，为学生的知识建构打好基础，引导学生迅速进入深度学习状态。

（三）递进式问题促进“深度性学习”

【递进式问题】

［例题］如图4所示，质量为[m=1 kg]的木块[A]和质量为[M=4 kg]的木板[B]，静止叠放在光滑的水平地面上，已知[A]与[B]之间的动摩擦因数为[μAB=0.3]，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，[g=10 m/s2]。现将外力[F]作用在长木板[B]的右端，求：（1）当[F=8 N]时，[A]、[B]的加速度大小；（2）当[F=24 N]时，[A]、[B]的加速度大小。

［变式1］若将例题中的“外力[F]作用在长木板[B]的右端”改为“外力[F]作用在木块[A]的右端”，其他条件不变，问：加速度的大小为多少？

［变式2］若将例题中的“静止叠放在光滑的水平地面上”改为“木板[B]与地面之间的动摩擦因数为[μB地=0.1]”，其他条件不变，问：加速度的大小为多少？

［变式3］若将例题中的“外力[F]作用在长木板[B]的右端”改为“外力[F]作用在木块[A]的右端”，静止叠放在“光滑的水平地面上”改为“木板[B]与地面之间的动摩擦因数为[μB地=0.1]”，其他条件不变，问：加速度的大小为多少？

设计意图：通过递进式问题，逐步增加难度。例题呈现的是在光滑水平面上、外力作用在长木板上的板块模型，只需考虑小木块与长木板之间的摩擦力，并分析使小木块和长木板恰好开始相对滑动的临界拉力。变式1改变了作用对象，外力作用于小木块上而模型仍置于光滑水平面上。此变式的目的是引导学生学会选择合适的研究对象。变式2将模型置于粗糙水平面上，并且外力仍然作用在长木板，此时不仅要考虑小木块与长木板之间的摩擦力，还要讨论地面与长木板之间的摩擦力。这种情况下存在两个不同的临界拉力：一是使系统恰好开始运动的临界拉力，二是使系统恰好开始相对滑动的临界拉力。变式3同样是在粗糙水平面上进行，但外力作用于小木块上，除了存在与变式2相似的临界拉力，还需单独讨论长木板在给定条件下能否运动的问题。通过四个问题的设置，教学内容层层递进，促使学生对板块模型的临界问题进行更加深入的思考，从而提升学生的综合分析能力。

（四）冲突式体验培养“批判性思维”

【冲突式体验】

学生在对变式3进行动力学分析时，容易认为长木板的加速度是由两个力的合力产生的，这两个力分别是小木块对长木板的摩擦力和地面对长木板的摩擦力。在变式2中，当外力[F]足够大时，长木板会开始运动，但在变式3中，情况有所不同。如果小木块对长木板的滑动摩擦力小于地面对长木板的最大静摩擦力，那么无论外力[F]有多大，长木板将保持静止，这与变式2的分析存在冲突。

设计意图：通过引发学生的认知冲突，促使学生迅速聚焦于关键问题，进而在解构过程中深入思考冲突产生的原因，从而培养学生的批判性思维。

（五）生活化应用实现“应用性评价”

【生活化应用】

在学习完板块模型的临界问题的基本分析方法后，给学生布置两项作业：一是分析“新课引入”环节所提及的推箱子问题，二是从实际生活中寻找一个板块模型的实例，通过实地测量相关物理量，来计算对应的临界拉力值。

设计意图：在“物理模型”的课堂评价中结合生活情境，检验学生分析情境中关键物理量的能力以及解释相关物理现象的能力。采用生活化应用作为学习评价的方式，不仅可以有效反馈学生的学习效果，还能增强学生的信息整合意识，促使学生“从物理走向生活”，为深度学习提供积极的正面激励。

本节课以“情境化引入”、“探究式教学”、“递进式问题”、“冲突式体验”和“生活化应用”为教学主线，深入探讨了板块模型在不同运动状态下的临界问题。通过将深度学习视角下的“物理模型”教学的五个核心要素有机融入这些教学环节，本节课在激发学习兴趣、明确学习目标、提升问题难度、培养批判性思维以及实施有效的学习评价等方面取得了显著成效。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 叶嘉妮.物理学科核心素养导向的深度学习教学研究：以“势能”教学为例[J].中学物理，2023（8）：18-21.

[3] 陆茵.高中物理习题教学中渗透科学思维方法培养的实践研究[D].南京：南京师范大学，2011.

[4] 任虎虎.基于深度学习的中学物理教学改进研究[J].中小学教材教学，2021（12）：51-55.

（责任编辑 黄春香）