基于深度學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)實(shí)踐探索與理論思考

鄧艾

摘? ?要：為切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，嘗試以深度學(xué)習(xí)理論為支撐，從大單元視域進(jìn)行整體化教學(xué)設(shè)計(jì)。以人教版高中物理新教材必修一前兩章內(nèi)容為例，結(jié)合單元教學(xué)的設(shè)計(jì)理論，從單元教學(xué)主題確定、單元教學(xué)目標(biāo)、單元教學(xué)任務(wù)、單元教學(xué)重點(diǎn)活動(dòng)等方面給出本單元教學(xué)設(shè)計(jì)的基本思想和設(shè)計(jì)理念。根據(jù)本單元教學(xué)的實(shí)踐情況，對(duì)單元教學(xué)的實(shí)施進(jìn)行總結(jié)，供同行借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；單元教學(xué)；核心素養(yǎng)；運(yùn)動(dòng)學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）6-0021-5

新課改對(duì)中學(xué)階段學(xué)科教學(xué)提出具體要求，即注重發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。廣大的一線教師以課堂教學(xué)為主戰(zhàn)場，是貫徹新課改理念最關(guān)鍵的一棒。在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)上應(yīng)突出以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，側(cè)重主干知識(shí)的講授，強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)，注重物理觀念的有機(jī)生成。在教學(xué)中，應(yīng)以實(shí)際情境作為載體，構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)關(guān)鍵能力的提升。

以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，基于不同理論支撐的教學(xué)模式在一線教師的課堂中取得廣泛的應(yīng)用。本文在大單元視域下，嘗試基于深度學(xué)習(xí)理論的單元教學(xué)模式。深度學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地、批判性地整合新知識(shí)，并以深度理解為起點(diǎn)、以新情境中的遷移為導(dǎo)向、以解決復(fù)雜問題和創(chuàng)新為目標(biāo)的高層次的學(xué)習(xí)方式。單元教學(xué)的目的是促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的高階思維能力［1］。

大單元教學(xué)打破現(xiàn)有教材的課時(shí)限制，突出知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性和知識(shí)內(nèi)容的系統(tǒng)性，以單元為主題進(jìn)行教學(xué)。實(shí)施單元教學(xué)要有明確的單元教學(xué)主題，根據(jù)主題確定單元教學(xué)大目標(biāo)，進(jìn)一步分解單元教學(xué)大任務(wù)。單元教學(xué)設(shè)計(jì)不是完全打破教材內(nèi)容的編排，還要參考高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)、高中物理新教材以及相應(yīng)的教參，同時(shí)結(jié)合具體內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性和學(xué)生的實(shí)際學(xué)情。心理學(xué)家維果茨基提出，要抓住最近發(fā)展區(qū)，教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供帶有難度的內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個(gè)發(fā)展區(qū)的發(fā)展。在大單元教學(xué)中，教師根據(jù)知識(shí)關(guān)聯(lián)性，抓住學(xué)生學(xué)習(xí)思維發(fā)展的關(guān)鍵期，通過重新編排教學(xué)內(nèi)容，積極推動(dòng)學(xué)生進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展區(qū)。

1? ? 單元教學(xué)實(shí)踐過程

本文以人教版高中物理新教材必修一第一章《運(yùn)動(dòng)的描述》和第二章《勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究》為例，詳細(xì)論述單元教學(xué)模式的具體實(shí)踐過程。

1.1? ? 單元教學(xué)主題

本單元的主題為“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”。因這兩章以運(yùn)動(dòng)為主線，知識(shí)體系和課程架構(gòu)很完備，可以構(gòu)成運(yùn)動(dòng)學(xué)比較完整的知識(shí)體系。從運(yùn)動(dòng)的科學(xué)描述所引入的物理量，到理論研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，再到探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)（圖1），本單元教學(xué)的實(shí)施有利于促進(jìn)學(xué)生研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)形成一個(gè)完整的物理圖景，為后續(xù)學(xué)習(xí)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2? ? 單元教學(xué)教材分析與學(xué)情分析

本單元是繼序言部分，學(xué)生從初中物理正式進(jìn)入高中物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容。初中物理重點(diǎn)學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述的相對(duì)性；以勻速直線運(yùn)動(dòng)為模型，知道速度的計(jì)算式。高中物理在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述上，從更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕嵌葏^(qū)分位移與路程、速度與速率、平均速度與瞬時(shí)速度等基本概念。在此基礎(chǔ)上，引入質(zhì)點(diǎn)模型方便分析問題時(shí)確定研究對(duì)象，引入加速度概念更加精確地描述運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢。其中，加速度概念比較抽象，學(xué)生理解起來比較困難，是概念教學(xué)的難點(diǎn)，也是單元教學(xué)的核心概念。

勻變速直線運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的重要模型，在基本公式和相關(guān)推論的推導(dǎo)中可以滲透科學(xué)推理與科學(xué)論證能力的培養(yǎng)。借助勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一系列圖像，強(qiáng)化數(shù)學(xué)知識(shí)與物理問題的融合，培養(yǎng)學(xué)生的信息獲取能力。規(guī)律推導(dǎo)是物理規(guī)律生成的重要階段，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷規(guī)律推導(dǎo)的過程，體會(huì)物理規(guī)律推導(dǎo)滲透的思想方法。同時(shí)，經(jīng)歷規(guī)律推導(dǎo)進(jìn)行相應(yīng)的習(xí)題訓(xùn)練是重點(diǎn)，能夯實(shí)學(xué)生對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解與認(rèn)識(shí)。

自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，勻變速直線運(yùn)動(dòng)相關(guān)的公式和推論都可以遷移至自由落體運(yùn)動(dòng)，通過自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生明確其特殊性，引發(fā)他們思考自由落體運(yùn)動(dòng)與實(shí)際生活相關(guān)的應(yīng)用。結(jié)合課本上伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究素材的學(xué)習(xí)，體會(huì)伽利略利用邏輯推理與理想實(shí)驗(yàn)結(jié)合的科學(xué)研究方法。

基于上述分析，本單元建議用6個(gè)課時(shí)（習(xí)題課除外），其中，概念教學(xué)2個(gè)課時(shí)，規(guī)律推導(dǎo)2個(gè)課時(shí)，規(guī)律應(yīng)用2個(gè)課時(shí)。

1.3? ? 單元教學(xué)目標(biāo)確定

單元教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

1.4? ? 單元教學(xué)設(shè)計(jì)及重點(diǎn)活動(dòng)

本單元以勻變速直線運(yùn)動(dòng)為主線，從生活中常見的運(yùn)動(dòng)提煉科學(xué)描述物體運(yùn)動(dòng)所需的物理量。以加速度這個(gè)物理量作為橋梁，將一般性運(yùn)動(dòng)過渡至特殊性的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，基于勻變速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行速度、位移相關(guān)公式的推導(dǎo)。最后回歸生活實(shí)例，進(jìn)一步探究身邊最簡單的勻變速直線運(yùn)動(dòng)——自由落體運(yùn)動(dòng)。單元教學(xué)結(jié)合內(nèi)容的完整性、知識(shí)的關(guān)聯(lián)性、思維的順序性、認(rèn)知的規(guī)律性等，精心設(shè)計(jì)每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，確保學(xué)生理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)具有清晰的思維脈絡(luò)，應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決實(shí)際問題時(shí)具備結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系。

在概念教學(xué)環(huán)節(jié)，我們的教學(xué)流程以及每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的核心素養(yǎng)目標(biāo)如圖2所示，為使概念引入更加自然，概念理解更加鮮活，我們以簡單的概念作為切入點(diǎn)，通過情境創(chuàng)設(shè)，逐步深化概念教學(xué)。在概念引入時(shí)，讓學(xué)生以身邊豐富多彩的運(yùn)動(dòng)過程作為情境進(jìn)行討論，以真實(shí)的素材情境為依托，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，提升學(xué)習(xí)的興趣。實(shí)驗(yàn)可以深化學(xué)生對(duì)理論的理解，通過實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，通過實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。例如，在加速度教學(xué)中，我們利用光電門傳感器測量小車在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的加速度，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)加速度公式的基本應(yīng)用?？傊?，在概念教學(xué)的環(huán)節(jié)，我們也仍然從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面展開。

在規(guī)律推導(dǎo)環(huán)節(jié)，我們充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生經(jīng)歷各個(gè)公式的推導(dǎo)過程（圖3）。通過學(xué)生的親自體驗(yàn)，強(qiáng)化科學(xué)推理能力，同時(shí)提高諸多公式的記憶牢固程度。文字、圖片、圖像構(gòu)成信息傳遞的符號(hào)，其中圖像是物理學(xué)科中揭示物理規(guī)律變化的一種重要的手段。本環(huán)節(jié)以物理思想、物理公式、物理圖像作為助力物理規(guī)律研究的三個(gè)不同切入點(diǎn)。實(shí)際教學(xué)中，在規(guī)律推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，以合適的、恰當(dāng)?shù)牧?xí)題鞏固規(guī)律的理解與應(yīng)用。

物理學(xué)科是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，良好的物理教學(xué)效果離不開實(shí)驗(yàn)的探究與體驗(yàn)。在規(guī)律應(yīng)用環(huán)節(jié)，圍繞自由落體加速度測量的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理與誤差分析，提高實(shí)驗(yàn)探究能力（圖4）。通過勻變速直線運(yùn)動(dòng)類比推理自由落體運(yùn)動(dòng)的相關(guān)公式，再根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)推理豎直上拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)公式。實(shí)際分析與自由落體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的實(shí)例，提高學(xué)生的模型建構(gòu)能力與科學(xué)推理能力。

下面我們重點(diǎn)展示兩種測量方案以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

方案一：重錘下落，拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，測量重力加速度。

實(shí)驗(yàn)儀器：重錘，鐵架臺(tái)，紙帶，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，刻度尺（圖5）。

實(shí)驗(yàn)原理：利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論Δx=aT²，計(jì)算下落過程的加速度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：重力加速度g=9.55 m/s²。

實(shí)驗(yàn)誤差：紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間阻力的影響。

方案二：手機(jī)拍攝鋼球下落視頻，導(dǎo)入Tracker軟件分析位置隨時(shí)間的變化，如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)儀器：小球，手機(jī)，電腦，刻度尺。

實(shí)驗(yàn)原理：利用Tracker軟件搜索小球位置，并繪制下落過程的x-t圖像（圖7）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：重力加速度g=9.68 m/s²。

實(shí)驗(yàn)誤差：視頻錄制時(shí)手機(jī)抖動(dòng)引入的誤差，視頻軟件中定標(biāo)尺引入的誤差。

在單元教學(xué)最后，為突出物理學(xué)科核心素養(yǎng)，我們以運(yùn)動(dòng)學(xué)大單元為知識(shí)框架，對(duì)本單元進(jìn)行總結(jié)（圖8）。

1.5? ? 單元教學(xué)反思與總結(jié)

為突出單元教學(xué)的思想，我們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，主要從以下幾個(gè)方面著手：

（1）從加速度的定義式出發(fā)直接過渡至勻變速直線運(yùn)動(dòng)的定義，使得教學(xué)節(jié)奏比較緊湊，學(xué)生的思維過渡比較自然。

（2）為突出微元法思想，我們特意預(yù)留一個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分別計(jì)算當(dāng)時(shí)間間隔由Δt=0.1 s減小至Δt=0.05 s時(shí)，計(jì)算0.5 s內(nèi)位移的理論值與拉出紙帶對(duì)應(yīng)的位移測量值之間的差異。這個(gè)過程讓學(xué)生的體驗(yàn)更深刻，理解更牢固。

（3）在明確位移-時(shí)間關(guān)系與速度-時(shí)間關(guān)系的情況下，迅速進(jìn)入推導(dǎo)位移-速度關(guān)系，使得學(xué)生對(duì)幾個(gè)基本公式有了整體性認(rèn)識(shí)。

（4）在自由落體運(yùn)動(dòng)加速度測量的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中，學(xué)生的課堂表現(xiàn)非常突出。根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)想運(yùn)用不同的實(shí)驗(yàn)道具，提出不同方案。師生一起從方案的可行性、科學(xué)性、操作性等方面深入探討，最終我們選定其中的兩種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

（5）在單元教學(xué)的課堂總結(jié)方面，我們從物理概念、物理模型、物理思想三個(gè)維度進(jìn)行總結(jié)，突出物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主導(dǎo)地位。

2? ? 總結(jié)與展望

大單元教學(xué)不是簡單壓縮原來一節(jié)課時(shí)的時(shí)間，快速推進(jìn)整個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。單元教學(xué)也不是全部推翻常規(guī)課堂的教學(xué)理念和手段，只是在活動(dòng)設(shè)計(jì)上更加緊湊。教師在備課階段需通過整合不同章節(jié)知識(shí)體系和教學(xué)資源，從實(shí)驗(yàn)感知、概念引入、規(guī)律推理、規(guī)律應(yīng)用等方面進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。在單元教學(xué)主題的確定上，依賴于學(xué)生的實(shí)際情況，既可以是課本上兩個(gè)單元內(nèi)容的整體設(shè)計(jì)，也可以是課本上一個(gè)章節(jié)的組合，也可以是某個(gè)模塊化知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)?？偠灾?，單元教學(xué)的落腳點(diǎn)是突出知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性。設(shè)計(jì)單元教學(xué)活動(dòng)時(shí)，在突出學(xué)生主體地位的同時(shí)，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，提供豐富的教學(xué)資源，讓學(xué)生身臨其境地感受知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展與發(fā)現(xiàn)過程，激活學(xué)生的求知與探索欲望。設(shè)計(jì)單元教學(xué)問題時(shí)，注重基礎(chǔ)性、開放性、實(shí)踐性。以情境為載體，逐步實(shí)現(xiàn)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)向理性抽象的飛躍。布置單元教學(xué)作業(yè)時(shí)，突出靈活性、操作性、趣味性。

參考文獻(xiàn)：

［１］田成良，王峰．深度學(xué)習(xí)下單元教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)與路徑——談物理思維課堂的建構(gòu)策略［Ｊ］．物理教師，２０２１，４２（３）：１４－１７．（欄目編輯? ? 劉? ?榮）