打造證據(jù)課堂從深度備課開始

姚秀偉 孫寶東 陳藝丹

(哈爾濱師范大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150025)

深度學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑之一,而深度學(xué)習(xí)是與深度教學(xué)分不開的．因此深度備課、深度教學(xué)是學(xué)生深度學(xué)習(xí)的前提和保障．

證據(jù)意識(shí)作為“科學(xué)思維”素養(yǎng)的核心要點(diǎn)之一,是學(xué)生形成核心素養(yǎng)的重要思維前提．證據(jù)課堂是培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識(shí)的主陣地,而證據(jù)課堂的打造需要教師深度備課深度設(shè)計(jì),所以打造證據(jù)課堂應(yīng)從深度備課開始．本文以“多普勒效應(yīng)”一課為例,討論通過深度備課打造證據(jù)課堂．

1 深度思考,基于事實(shí)證據(jù)選擇感知素材

很多經(jīng)驗(yàn)不足的教師習(xí)慣完全按照教材提供的素材和思路進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)．但教材中并非所有素材都完全符合我們的教學(xué)實(shí)際,教師應(yīng)有針對(duì)性地二次開發(fā)教材,使其變成實(shí)施中的教科書．[1]

圖1 教材中給出的感知實(shí)驗(yàn)素材

人教版物理教材2003年版和2017年版(以下簡稱新教材)中給出的“多普勒效應(yīng)”感知素材都包括一個(gè)生活實(shí)例(感受疾駛而過的汽車或救護(hù)車鳴笛音調(diào)變化)和一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)(如圖1快速轉(zhuǎn)動(dòng)蜂鳴器,聽音調(diào)變化)．這兩個(gè)素材能否起到感知多普勒效應(yīng)的作用,還需教師基于身邊資源和事實(shí)證據(jù)進(jìn)行判斷,從而決定是否選用該素材．

考慮到汽車行駛時(shí)通常不鳴笛,所以新教材將“汽車鳴笛駛過”的素材改成了“疾駛而過的救護(hù)車”．[2]但是很少有學(xué)生感受過疾駛狀態(tài)與靜止?fàn)顟B(tài)下救護(hù)車鳴笛音調(diào)的不同,無法進(jìn)行對(duì)比“取證”,很難建立疾駛而過與音調(diào)變化之間的因果關(guān)系．所以此素材更適合留至鞏固規(guī)律時(shí)選用,而不適合作為建立規(guī)律的感知素材．

圖2 一種小型蜂鳴器

對(duì)于“快速轉(zhuǎn)動(dòng)蜂鳴器”的感知實(shí)驗(yàn),為鑒別實(shí)驗(yàn)的直觀性,筆者利用身邊的小型蜂鳴器(如圖2)進(jìn)行了教材中的演示．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),無論是按教材方式轉(zhuǎn)動(dòng)蜂鳴器,還是出于安全性考慮向下轉(zhuǎn)動(dòng),都能聽到明顯的音調(diào)變化,與蜂鳴器靜止時(shí)人耳聽到的恒定音調(diào)形成鮮明對(duì)比．為進(jìn)一步獲取可分享的證據(jù),用裝有頻率測量軟件的手機(jī)充當(dāng)人耳,記錄了蜂鳴器轉(zhuǎn)動(dòng)過程中手機(jī)接收的頻率變化．?dāng)?shù)據(jù)顯示,固定發(fā)聲頻率為3024 Hz的蜂鳴器圍繞手機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),手機(jī)接收頻率在3041～3008 Hz之間．若采用新教材推薦方法,在幾米以外聽蜂鳴器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的音調(diào)變化(本實(shí)驗(yàn)最遠(yuǎn)距離為8 m),模仿學(xué)生在不同位置觀察實(shí)驗(yàn),效果依然明顯,說明本實(shí)驗(yàn)符合直觀性原則,可滿足全班學(xué)生觀測需要,且小型蜂鳴器固定在長桿上,實(shí)驗(yàn)安全性可以保障．綜上,本實(shí)驗(yàn)適合作為多普勒效應(yīng)的感知素材．

2 深度設(shè)計(jì),基于數(shù)據(jù)證據(jù)接近內(nèi)容本質(zhì)

作為感知實(shí)驗(yàn),轉(zhuǎn)動(dòng)蜂鳴器的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式是否有利于學(xué)生對(duì)多普勒效應(yīng)本質(zhì)的感知呢?多普勒效應(yīng)的關(guān)鍵是“波源與觀察者互相靠近或遠(yuǎn)離”時(shí)“接收到的波的頻率發(fā)生變化”．蜂鳴器轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)容易讓學(xué)生誤認(rèn)為多普勒效應(yīng)的出現(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān),而不利于學(xué)生對(duì)“靠近或遠(yuǎn)離”這一關(guān)鍵條件進(jìn)行感知和理解．為了讓學(xué)生明晰蜂鳴器轉(zhuǎn)動(dòng)其實(shí)是引起了波源與觀察者之間的“靠近或遠(yuǎn)離”,還要另外做解釋,而且還會(huì)牽涉二者之間的垂直運(yùn)動(dòng),而垂直運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng)在高中階段是不討論的．由此可見,轉(zhuǎn)動(dòng)蜂鳴器的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式對(duì)于高中階段的學(xué)習(xí)來說,包含了一些干擾規(guī)律理解的無關(guān)因素．為避免上述干擾,可將蜂鳴器轉(zhuǎn)動(dòng)變成平動(dòng),讓學(xué)生分別感受蜂鳴器靠近和遠(yuǎn)離過程的音調(diào)變化,輔以頻率測量．圖3為蜂鳴器相對(duì)手機(jī)(觀察者)靠近或遠(yuǎn)離時(shí),手機(jī)接收到的頻率變化．若保持蜂鳴器靜止,手機(jī)靠近或遠(yuǎn)離,結(jié)果與圖3數(shù)據(jù)規(guī)律一致,體現(xiàn)了多普勒效應(yīng)是運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的結(jié)果．

圖3 手機(jī)接收到的蜂鳴器發(fā)聲頻率變化

通過數(shù)據(jù)證據(jù),學(xué)生可將頻率變化與“靠近或遠(yuǎn)離”建立直觀聯(lián)系,從而更接近多普勒效應(yīng)的本質(zhì)．

3 深度探究,基于雙重證據(jù)走出理解誤區(qū)

關(guān)于多普勒效應(yīng)的本質(zhì),很多學(xué)生包括大學(xué)生往往存在這樣的理解誤區(qū):在波源與觀察者之間相互靠近或遠(yuǎn)離時(shí),是距離變化導(dǎo)致接收到的波的頻率發(fā)生了變化,而認(rèn)識(shí)不到相對(duì)運(yùn)動(dòng)才是多普勒效應(yīng)的本質(zhì)原因．通過深度探究獲取可視化證據(jù),可以幫助學(xué)生更好地建立正確認(rèn)識(shí)、走出理解誤區(qū)．在基于定性感知總結(jié)出多普勒效應(yīng)的內(nèi)容之后,增加深度探究,引導(dǎo)學(xué)生獲取和對(duì)比圖4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),直觀體驗(yàn)蜂鳴器不動(dòng)，手機(jī)在遠(yuǎn)離或靠近蜂鳴器過程中,如果手機(jī)靜止,接收到的頻率將與蜂鳴器發(fā)出的頻率相同,而與距離遠(yuǎn)近無關(guān)，從而讓學(xué)生理解多普勒效應(yīng)的實(shí)質(zhì)不是距離變化．

圖4 手機(jī)運(yùn)動(dòng)或靜止時(shí)手機(jī)接收頻率對(duì)比

在此基礎(chǔ)上,再利用教材中的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論探究,讓學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析雙重證據(jù)走出理解誤區(qū)．同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí),促成深度學(xué)習(xí)．

4 深度呈現(xiàn),基于證據(jù)體驗(yàn)理解規(guī)律應(yīng)用

從現(xiàn)象到規(guī)律,再到規(guī)律應(yīng)用,是人類對(duì)科學(xué)的一般認(rèn)識(shí)模式．[3]教材中以水下多普勒測速儀的照片創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,并用文字闡述了多普勒效應(yīng)的幾種典型應(yīng)用．利用教材資源可以順利完成多普勒效應(yīng)應(yīng)用部分的教學(xué),并達(dá)成課標(biāo)的內(nèi)容要求．

但考慮到素養(yǎng)目標(biāo)的落實(shí),兼顧“學(xué)生基于證據(jù)和邏輯對(duì)問題作出合理解釋的意愿和能力”還有待提高的實(shí)際學(xué)情,規(guī)律應(yīng)用部分可以繼續(xù)采取“打造證據(jù)課堂”的深度備課方式,利用圖5所示的自制裝置變教材上的靜態(tài)圖文情境為真實(shí)的動(dòng)態(tài)演示情境,在真實(shí)問題的引領(lǐng)下,用圖5裝置呈現(xiàn)電磁波(微波)也具有多普勒效應(yīng)的證據(jù),再進(jìn)一步演示頻率變化與運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系,讓學(xué)生基于證據(jù)體驗(yàn)理解多普勒效應(yīng)的應(yīng)用原理,從而使規(guī)律應(yīng)用有機(jī)成為規(guī)律建構(gòu)的一部分,同時(shí)讓學(xué)生學(xué)會(huì)為自己的觀點(diǎn)提供證據(jù)支持,培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)和證據(jù)思維,達(dá)成科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)．在此基礎(chǔ)上,再過渡到以超聲波和光波為載體的多普勒效應(yīng)的應(yīng)用學(xué)習(xí),學(xué)生則更容易完成知識(shí)的有意義遷移和系統(tǒng)建構(gòu),也更容易在遇到類似的情境時(shí)能有意愿有能力基于證據(jù)和邏輯對(duì)問題作出合理解釋,提高學(xué)生的科學(xué)思維和解決實(shí)際問題的能力．

總之,為打造證據(jù)課堂,培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí),教師在備課時(shí)就要有意識(shí)地基于證據(jù)選擇教學(xué)資源,將證據(jù)和邏輯融入教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì),把發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維和解決實(shí)際問題這兩個(gè)深度學(xué)習(xí)目標(biāo)融入備課思考和教學(xué)設(shè)計(jì)中,用深度備課和深度教學(xué)幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)．

圖5 微波多普勒效應(yīng)演示和測速裝置