基于“深度学习”的物理复习教学

李允和

(浙江省台州中学,浙江 临海 317000)

随着我国新一轮课改的推进,中学教学聚焦于学生核心素养的发展,在此背景下,“深度学习”得到普遍关注和推行. 所谓“深度学习”是相对于“浅层学习”而提出的一种基于理解的学习,学生在教师引导下积极主动地、批判性地学习新的知识和思想,将它们融入原有的认知结构中,并能迁移到新的情境中解决问题. “深度学习”突出了学生积极主动的学习状态,构建完善的认知结构,提高问题解决的思维能力.

高三物理复习课需要通过“深度学习”有效实现复习课的目标和功能. 从认知角度看,完成新授课后学生的知识结构基本上是“点状散存”状态,知识点之间的层级关系往往没有理清,知识关联结构水平不高,从而影响学生解决实际综合问题时知识提取的能力. 从学习状态看,由于一些教师对复习课教学的目标认识不到位,停留在回顾知识和强化物理解题方法运用的浅层认识上,复习教学方式单一,导致学生对高三物理学习兴趣减弱. 因此,复习教学需要在新课教学基础上再深入一层,激发学生的思维,调动学生的学习积极性,进一步完善认知结构,从而提高问题解决的能力,提升学生的核心素养.

1 编制知识框图,促进知识点间的深度关联

零碎与分散的物理知识,对学生构建物理认知结构是单薄的. 物理知识的组织程度低,会限制学生在问题解决中有效提取或检索与问题相关的知识,导致不能激活或不能有效使用已激活的物理知识. 因此,通过深度学习,要将散存的知识点关联起来形成层级结构的知识,提高学生知识学习的关联度. 引导学生编制知识框图是一种行之有效的复习教学策略. 知识框图属于可视化工具,它运用图像、连线、关键词等把知识以图式的形式呈现,促使知识可视化,把抽象的知识变成形象的网络图,直接刺激学生的感官,有助于学生建立良好的知识结构.

例如,在“电场”的复习课教学中,整章内容涉及到的物理概念、公式比较多,对学生又比较抽象. 学生学完后常常感到知识非常混乱,很难把握知识间的内在联系,这样会严重阻碍学生解决问题时知识的提取和思路的构建. 为此,可以运用如图1所示的知识网络图进行复习教学. 此图可以较好地帮助学生理清电场知识间的逻辑关系、深化对电场概念的认识、构建有机的电场知识体系.

图1 电场的知识框图

2 理清易混知识,促进知识学习的深度理解

图2 线圈进入磁场

为了促进学生对易混知识的深度理解,教师可以创设问题,暴露学生错误的认知过程,引发学生的认知冲突,然后纠正错误.例如,电磁感应问题求解中电流的平均值和有效值经常出现混用.题:如图2所示,质量为m、边长为L、电阻为R的单匝正方形线圈,在磁感应强度为B的匀强磁场上边界处静止释放,经过时间t,线圈完全进入磁场,此时速度为v,求线圈进入磁场过程中产生的焦耳热. 一些学生能想到根据动能定理求解,而另一些学生想到先求出线圈进入过程通过的电荷量,然后求出平均电流,最后根据焦耳定律求出焦耳热. 第二种求解方法就是混用了电流的平均值和有效值. 学生虽然在学习交流电时知道了平均值和有效值的区别,知道求解热量不能用平均值,但在具体解决问题时仍会犯错,这说明学生对平均值和有效值的理解还不够深入,停留在表层的记忆上. 以上题目故意给出时间t,让学生陷入“坑”中,然后引导学生从数学上分析平均值和有效值的本质区别,让学生获得深层次的理解.

3 关注真实问题,激发思维的深度参与

西方学者德加默说“提问得好即教得好”,复习教学也不例外,有效的问题能激发学生的深度思维,而浅层的问题只是引导学生回忆所学知识和方法. 怎样的问题能有效激发学生的思维呢?笔者认为是学生头脑中的真实问题. 学生头脑中的真实问题,是指学生在学习中遇到的困惑或错误的理解,它需要调动学生的批判性思维去解决,引发的是深度学习. 而只需要回忆已有的知识或者只需要用已有的知识和熟悉的方法就能顺利得到答案的问题,并不是学生的真实问题.

4 联系实际问题,促进思维的深度发展

情境认知理论认为,基于现实世界的真实情境是学习者学习的基本条件,任何脱离特定情境或场合的知识都是毫无意义的. 因此,复习教学中的问题设计应与日常生活现象、科学技术、实验探究或者重大科技活动等紧密相联系. 学生在解决实际情境的真实问题时,首先要进行问题表征,将实际问题表征为物理问题,然后建立物理模型进行数学表征,最后使得问题得到解决. 联系实际的真实问题往往信息庞杂,学生在表征问题时会经历信息的提取、分析、综合、判断等高阶思维过程,引发的是深度学习. 近些年高考命题中联系实际问题越来越多,但从考试结果反馈来看,很多学生难以从实际情景题中排除干扰信息正确地将实际问题表征为物理问题,从而不清楚该调用什么知识或模型解决问题. 究其原因,平时复习教学中教师呈现给学生的问题常常是经过简化和抽象的物理问题,是从问题解决的中间环节开始教学的,学生收获的只是娴熟的解题方法和技巧.

图3 实物图

将实际情境的真实问题表征为物理问题,学生需要进行高阶的思维活动对问题进行转化. 例如,法拉第圆筒发电机的实物图如图3所示,直接分析发电机的原理会比较复杂,可以抓住实物图呈现的主要结构(马蹄形磁铁产生磁场,圆盘),将其转化为结构示意图4. 圆盘处在马蹄形磁铁产生的磁场中,故把马蹄形磁铁用磁感线来代表,可看出发电的本质应该是圆盘上的每根半径相当于导体棒在磁场中做切割磁感线,等效于电源,对外供电. 但这幅立体图的角度还不够清晰,可以进一步转化成平面图——侧视图5.

5 关注情感驱动,促进学生的深度投入

物理复习课上学生如果没有新知识的获得感或者没有进步、成功的体验,学生学习物理的兴趣就会下降. 当学生学习的主动性和参与度下降时,深度学习就难以进行,素养的进一步发展就会落空. 因此,教师在复习教学中要关注学生情感的驱动,提高学生的参与度.

积极应对课堂生成就是对学生的一种关注和激励. 复习课上,学生有了新课学习的基础,对问题解决往往有自己的很多想法,学生的想法是一种重要的教学资源,教师不要为了赶进度而剥夺学生发表见解的机会,或者对学生出现“意外”的想法置之不理,否则学生不但得不到问题的解决,而且情感上也会失落,要么感觉自己得不到教师的关注,要么感觉自己的回答太幼稚,自信心受挫了. 笔者在教学实践中亲历过很多这样的教学案例,例如在一次试卷讲评课上响起了学生的掌声.

图6

题.如图6所示,玻璃杯底压着一张纸放在桌面上,纸的质量可忽略不计的. 将纸带以某一速度v从杯底匀速抽出,玻璃杯移动一段较小的位移x就停在桌面上. 每次匀速抽纸时,保持杯子、纸和桌面的初始相对位置相同,则

(A) 杯中盛砂子越少,杯子的位移x越大.

(B) 杯中盛砂子越多,杯子的位移x越大.

(C) 若纸以速度2v从杯底匀速抽出, 杯子的位移比x小.

(D) 若纸以速度2v从杯底匀速抽出, 杯子的位移比x大.

本题(C)、(D)选项涉及杯子加速时间跟纸匀速速度关系的分析,笔者预设本题采用演示实验结合极限方法解决,避开数学的繁杂推理. 但在课堂上一学生却说“数学推出答案不同”,这时笔者就按下继续讲解其他题的冲动,让该学生上台展示他的数学推理,他想到了以下应用数学函数图像的解决方法:

设杯子开始时离纸左端距离为Δx,杯子加速度为a,则

图7

得到图像如图7所示. 从图像与t轴交点得出了纸速度越大,抽出时间越长的结论,与演示实验的结论相反.

图8

笔者意识到用图像法解决这个问题很有创意,值得深入探讨,于是鼓励学生寻找其推理中存在的问题. 不久,另一个学生说他出错了,主动上台板演,顺着以上思路,发现图像应如图8所示.

通过图像与t轴交点得出了纸速度越大,抽出时间越短的结论,与演示实验的结论一致. 这时响起了全班学生的掌声. 笔者看到第一次上台的学生有点迥样,就说“用数学解决物理问题正是高考要求的一项能力,而实现数形意三结合是用数学解决物理的最高境界,今天谁给了我们这个学习的机会”,这时全班又响起了掌声送给开头提问的学生. 正是教师积极应对课堂生成成就了课堂的精彩,促进了深度学习的发生.