基于深度學(xué)習(xí)的核心概念教學(xué)策略研究
——以“電生磁”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

李丹霞，周新雅

江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院，南昌 330022

在初中物理教學(xué)過(guò)程中，為避免“提高核心素養(yǎng)”淪為一句空話，就需要不斷開(kāi)展基于“核心素養(yǎng)”的教學(xué)實(shí)踐?！爸挥袑W(xué)生引向‘深度學(xué)習(xí)’的‘深度教學(xué)’，才是基于核心素養(yǎng)的教學(xué)”?！吧疃葘W(xué)習(xí)”是“一種以高階思維為主要認(rèn)知活動(dòng)的持續(xù)性學(xué)習(xí)過(guò)程，具有高投入性和建構(gòu)性的內(nèi)涵特質(zhì)”。就現(xiàn)行初中物理“電生磁”的教學(xué)而言，亟待解決的莫過(guò)于實(shí)施將學(xué)生引向“深度學(xué)習(xí)”的“深度教學(xué)”策略。在實(shí)施這一教學(xué)策略的過(guò)程中，適時(shí)將深度學(xué)習(xí)理論滲透于物理課堂教學(xué)之中就顯得尤為重要。

1 基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)流程設(shè)計(jì)（圖1）

圖1 基于深度學(xué)習(xí)的“電生磁”教學(xué)流程圖

2 基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教師提問(wèn)：玻璃罩中有一枚小磁針，在不用磁鐵的情況下如何讓它運(yùn)動(dòng)？學(xué)生束手無(wú)策。教師掏出自制的“魔盒”進(jìn)行演示。教師用“魔盒”（被紙包著的由電池、雙向開(kāi)關(guān)、螺線管組成的電路）靠近小磁針，使小磁針運(yùn)動(dòng)起來(lái)。讓學(xué)生猜想：“魔盒”為什么可以讓小磁針運(yùn)動(dòng)起來(lái)（圖2）？

圖2 神奇的“魔盒”實(shí)驗(yàn)

在學(xué)生觀察現(xiàn)象，經(jīng)歷猜想、推測(cè)，并一次次認(rèn)知沖突后，教師拆開(kāi)魔盒，揭秘其內(nèi)部結(jié)構(gòu)：一個(gè)簡(jiǎn)單的閉合電路（由電源、雙向開(kāi)關(guān)、螺線管、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電源形成回路）。

“玻璃罩”的加持可有效排除其他使磁針偏轉(zhuǎn)的因素影響（如：教室的微風(fēng)或因電流的熱效應(yīng)使空氣流動(dòng)），得出“是電流的磁效應(yīng)引起的現(xiàn)象”的結(jié)論便水到渠成。通過(guò)熟悉的電路，讓學(xué)生知道這是由于電流作用而造成的小磁針偏轉(zhuǎn)，從而引入本節(jié)課的主題——“電生磁”。

評(píng)析：創(chuàng)設(shè)有趣實(shí)驗(yàn)情境，是深度學(xué)習(xí)課堂的起點(diǎn)策略。面對(duì)有趣的真實(shí)情境，深度學(xué)習(xí)表現(xiàn)為高投入性的學(xué)習(xí)狀態(tài)，演示現(xiàn)象的出乎意料，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，把注意力轉(zhuǎn)向課堂。在“魔盒”演示實(shí)驗(yàn)中，將電路元件用紙包起來(lái)，給學(xué)生制造一個(gè)懸念，誤導(dǎo)學(xué)生猜想里面有磁鐵，為后面引起認(rèn)知沖突埋下伏筆。

2.2 借助建構(gòu)情境，建立物理模型

活動(dòng)設(shè)計(jì)1：

重現(xiàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)：用電池與導(dǎo)線形成回路，靠近小磁針，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。教師提問(wèn)：（1）小磁針為什么偏轉(zhuǎn)？（2）通電導(dǎo)線為什么不動(dòng)？（3）如何使通電導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)？通過(guò)以上問(wèn)題，暗示其歸結(jié)于磁場(chǎng)強(qiáng)弱問(wèn)題，從而引出“如何增強(qiáng)磁場(chǎng)”這一關(guān)鍵問(wèn)題，為建立螺線管模型搭好“腳手架”。

活動(dòng)設(shè)計(jì)2：

虛構(gòu)“圍爐取暖”場(chǎng)景：一個(gè)人對(duì)著五個(gè)并排的火爐沒(méi)有被五個(gè)火爐圍著暖和，以此類比一條導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)沒(méi)有一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)，一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)沒(méi)有多個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)。從而自然而然地介紹螺線管的由來(lái)以及制作原理（圖3），以達(dá)到建構(gòu)螺線管模型的教學(xué)目標(biāo)。

圖3 螺線管的制作原理

評(píng)析：借助經(jīng)典物理學(xué)史，設(shè)計(jì)合適的問(wèn)題，是深度學(xué)習(xí)課堂的銜接策略。重現(xiàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)，抓住小磁針偏轉(zhuǎn)而導(dǎo)線不動(dòng)的細(xì)節(jié)，從受力角度分析導(dǎo)線和磁針都受力的作用。設(shè)計(jì)“如何讓導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)”的子問(wèn)題，從而將學(xué)生的思維過(guò)渡到“如何增強(qiáng)磁場(chǎng)”的關(guān)鍵問(wèn)題上。緊接著，創(chuàng)設(shè)“圍爐取暖”情境，利用類比思想，引導(dǎo)學(xué)生建立螺線管模型。對(duì)重要器材的探究過(guò)程，本質(zhì)上也是一種深度學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)教學(xué)直接介紹實(shí)驗(yàn)器材，缺乏深度加工和意義生成的過(guò)程，學(xué)生的思維僅僅停留在淺層，有悖于核心素養(yǎng)目標(biāo)的落實(shí)。

2.3 利用自制教具，引導(dǎo)自主探究

學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)：教師自制兩種不同繞向的螺線管（選擇粗導(dǎo)線進(jìn)行密繞，學(xué)生易于觀察導(dǎo)線的繞向），將它們隨機(jī)發(fā)放給各小組。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄客娐菥€管外部磁場(chǎng)與電流的關(guān)系。

教師提醒學(xué)生帶著以下問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）如何知道螺線管的N、S極？（引導(dǎo)學(xué)生類比永磁體N極的判斷方法，用小磁針來(lái)辨別）

（2）小磁針要放在哪些位置上？（左、右、上、下各放一個(gè)）

教師讓學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：部分小組在黑板上展示的螺線管附近小磁針的偏轉(zhuǎn)方向如圖4所示；另一部分小組在黑板上展示的螺線管附近小磁針的偏轉(zhuǎn)方向如圖5所示。引導(dǎo)學(xué)生再次觀察實(shí)驗(yàn)，思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同的原因所在。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果2

學(xué)生討論交流，對(duì)比周圍小組，仔細(xì)觀察，找出磁極不同的原因：導(dǎo)線繞向不同（教師暗中設(shè)計(jì)）或者電流方向不同（學(xué)生無(wú)意為之）。

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)所有情況，如圖6所示。

圖6 螺線管的電流方向和磁極方向

無(wú)論是導(dǎo)線繞向還是電流流向（電流左進(jìn)右出或右進(jìn)左出），都?xì)w于電流方向的問(wèn)題。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)小磁針的N、S極指向，標(biāo)出通電螺線管的N、S極。

評(píng)析：利用自制教具，引導(dǎo)自主探究，是深度學(xué)習(xí)課堂的促進(jìn)策略。深度學(xué)習(xí)表現(xiàn)為學(xué)生積極主動(dòng)地參與課堂教學(xué)，經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展，提高解決問(wèn)題的能力，為未來(lái)可能遇到的新情境奠定解決問(wèn)題的基礎(chǔ)。

本環(huán)節(jié)通過(guò)學(xué)生的自主探究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，教師引導(dǎo)并組織小組討論，在交流討論中揭示矛盾，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。課堂上的深度互動(dòng)旨在幫助學(xué)生形成科學(xué)的認(rèn)知方式，鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑、敢于批判，促使探究進(jìn)一步深化。摒棄過(guò)去為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)，巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、出乎意料的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將課堂推向高潮。

2.4 層層引導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

顯然，通電螺線管外部磁場(chǎng)與電流方向有關(guān)。那么，具體有什么關(guān)系呢？教師提出問(wèn)題：電流方向和磁極都確定后，有什么規(guī)律？電流方向改變后，磁場(chǎng)方向也會(huì)改變。它們之間有什么關(guān)系？用自己的語(yǔ)言歸納磁場(chǎng)方向與電流方向的關(guān)系。

評(píng)析：挖掘現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，是深度學(xué)習(xí)課堂的深入策略。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究層層剝開(kāi)現(xiàn)象背后隱藏著的規(guī)律，建構(gòu)物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)未知世界永無(wú)止境的探索精神[1]。在探究螺線管磁極和電流方向關(guān)系的過(guò)程中，讓學(xué)生感受到發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過(guò)程不是一蹴而就的。本環(huán)節(jié)重要的不是記住“安培定則”，而是歸納出“我的定則”。因此，重難點(diǎn)應(yīng)是如何引導(dǎo)學(xué)生將磁場(chǎng)方向與電流方向結(jié)合起來(lái)，并能夠用自己的語(yǔ)言歸納出兩者的關(guān)系。最后引出“安培定則”，對(duì)比學(xué)生總結(jié)的“我的定則”，讓學(xué)生從中獲取學(xué)習(xí)的成就感和樂(lè)趣。

2.5 情境揭秘，遷移應(yīng)用

揭秘“魔盒”，展示其內(nèi)部電路圖（圖7），與學(xué)生一起分析新課引入時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖7 魔盒內(nèi)部電路圖

利用安培定則可快速判斷通電螺線管的磁極，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)電路圖分析“魔盒”的各種神奇現(xiàn)象。通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，既可通過(guò)控制電流的有無(wú)來(lái)控制磁場(chǎng)的有無(wú)，也可通過(guò)調(diào)節(jié)電流的方向來(lái)控制磁場(chǎng)的方向。

評(píng)析：深化理解，遷移應(yīng)用，是深度學(xué)習(xí)課堂的延續(xù)策略。深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，是指學(xué)習(xí)者以高階思維的發(fā)展和實(shí)際問(wèn)題的解決為目標(biāo)，以整合的知識(shí)為內(nèi)容[2]，對(duì)課堂呈現(xiàn)的新知識(shí)和思想進(jìn)行批判性思考、并主動(dòng)同化或順應(yīng)到已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，在不同情境中遷移應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的深度理解。“魔盒”揭秘環(huán)節(jié)，是對(duì)安培定則的遷移應(yīng)用。本環(huán)節(jié)不僅僅起到首尾呼應(yīng)的作用，更是對(duì)新知識(shí)的鞏固與檢驗(yàn)。在遷移應(yīng)用過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力。

3 總結(jié)

深度學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性知識(shí)的意義建構(gòu)過(guò)程，也是復(fù)雜的信息加工過(guò)程，須對(duì)已激活的先前知識(shí)和所獲得的新知識(shí)進(jìn)行有效和精細(xì)的深度加工[3]。如何促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，固然需要多種因素相互配合。但可以肯定的一點(diǎn)就是離不開(kāi)教師在課堂內(nèi)、外為學(xué)生創(chuàng)造深度學(xué)習(xí)的條件。

本節(jié)課通過(guò)為學(xué)生營(yíng)造深度學(xué)習(xí)“電生磁”的條件，循序漸進(jìn)地融入深度學(xué)習(xí)課堂的起點(diǎn)、銜接、促進(jìn)、深入和延續(xù)策略，讓學(xué)生通過(guò)深度學(xué)習(xí)掌握“電生磁”知識(shí)背后的思維、認(rèn)知方式。

思維的發(fā)展實(shí)質(zhì)上是學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，學(xué)習(xí)過(guò)程不只是淺層學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)，而應(yīng)是淺層學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)共生。因?yàn)閷W(xué)習(xí)是由淺入深的推進(jìn)過(guò)程，學(xué)生沒(méi)有基本的知識(shí)積淀就不可能產(chǎn)生知識(shí)的遷移；沒(méi)有基本的思維技能就不可能有所謂的高階思維[4]。因此，基于“電生磁”的教學(xué)就需要在淺層學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，實(shí)施指向深度學(xué)習(xí)的深度教學(xué)，有效培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。在指向深度學(xué)習(xí)的深度教學(xué)實(shí)踐中，教師在注重創(chuàng)設(shè)物理情境、培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力外，既要注重轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，以理性思維激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，不斷引導(dǎo)學(xué)生反思知識(shí)的得出過(guò)程，形成科學(xué)的思維方式，還要注重延展知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，巧妙設(shè)計(jì)知識(shí)間的接口，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自然整合。