基于深度学习的案例设计与分析——以初中物理“机械效率”为例.pdf

.教法学法 年 月 第 期基于深度学习的案例设计与分析 以初中物理“机械效率”为例李建雄 董黎军 李子明 杨 净(.河北省邢台市教育科学研究所 河北 邢台.河北省武安市第六中学 河北 邯郸.河北省武安市第十中学 河北 邯郸.河北省石家庄市桥西区教育局中学教研室 河北 石家庄)基金项目:河北省教育科学“十三五”规划课题一般资助课题“以积极心理学指导农村义务教育提高质量均衡发展实践研究”(项目编号:)河北省教育科学“十四五”规划课题双减专项课题“双减背景下初中学生课业负担监控与精准减负的策略研究”(项目编号:)河北省教育科学“十三五”规划课题“以学生为主体的课堂教学策略研究”(项目编号:).作者简介:李建雄()硕士中学正高级教师研究方向:课堂教学研究.通讯作者:董黎军()本科中学高级教师研究方向:课堂教学研究李子明()本科中学正高级教师河北省特级教师硕士研究生导师 研究方向:物理教学与教师专业成长.摘 要:当前的课堂学习主要有两种形式一种是束缚必备知识构建、关键能力形成的浅层学习另一种则是注重知识学习的批判理解、强调学习内容的有机整合、着意学习过程的建构反思、重视学习的迁移运用和问题解决的深度学习.围绕“创设真实情境凸显知识整合的关联性”“依据思维发展促进深度学习的持续性”“注重批判质疑加深重组概念的理解性”“厘清单元结构体验思维进阶的探究性”“着眼知识迁移强化关键能力的批判性”“践行素养导向提升减负提质反思性”探讨问题导向下深度学习的有效途径以期回应同行们所关注的深度学习的操作层面问题.关键词:深度学习案例设计案例分析中图分类号:.文献标识码:文章编号:()浅层学习是一种外在驱动下的学习方式它以强化记忆、简单描述和习题训练为主要形式通过被动接纳事实的描述、记忆和对事实的初步理解学习者可以获得一些粗浅而零碎的知识其行为程度为“知道、领会”层次这种学习束缚思维的创新偏离改革的初衷.与此对应的另一种深度学习注重知识学习的批判理解强调学习内容的有机整合着意学习过程的建构反思重视知识的迁移运用和问题解决.其行为程度为“应用、分析、综合、评价”层次实际操作中由于混淆了“深度与难度”导致学生的高阶思维发展难以形成.基于此笔者从深度学习的持续性、理解性、批判性、探究性、体验性、反思性特征入手通过以机械效率概念为主题的案例加以说明和解读.创设真实情境 凸显知识整合的关联性.新课引入(图片展示)展示生活中的斜面、盘山公路、叉车、挖掘机、吊车、天车、辘轳等机械的图片.请观察思考:为什么使用这些机械?这些机械有什么特点?这些机械工作过程有一个快慢和效率的问题如何区分快慢和效率?做功过程有没有规律呢?.单元框架(如图 所示)图 单元设计框架设计意图:通过真实情境的创设拉近与学生的认知距离促进学生积极思考整体把握单元内容的关联性用思维导图梳理知识的逻辑关系避免在知识生成过程中的碎片化将知识的传递过程改为问题的驱动解决过程.按“目标问题探究思维”设计科学设计学习活动学生通过积极参与、体验成功开展有效的思维学习开展有意义的学习过程以提高学习力促进学生的深度学习.依据思维发展 促进深度学习的持续性目标展示:()通过实例分析能区分做功快慢与机械效率能厘清本单元知识间的逻辑关系()通过基于深度学习的案例设计与分析:/.实例分析能准确举例说明并深刻理解什么是有用功、额外功()通过学习活动学会测定杠杠、滑轮、斜面机械效率研究的方法提高学生科学思维和科学探究能力()通过探究活动能够举例说明影响上述三种机械效率的因素以及提高机械效率的措施树立热爱科学的意识培养严谨的科学态度.设计意图:目标是落实学习任务的指向是学习起点的导向是检验学习效果的依据.深度学习需要设定合理的深度学习目标能够建立适合学生的知识结构提高学生批判、运用能力促进学生素质深入全面发展的教学目标.在教学目标的指引下围绕教学内容、方法、评价等要素整体发挥功效让目标“落地生根”.目标制定要具体、明确、可行具有可操作性不能过大、过宽或过空.目标制定的前提是了解学生知道什么储备哪些知识理顺知识间的逻辑关系.围绕物理学科核心素养有效地科学设计学习目标.注重批判质疑 加深重组概念的理解性.有用功概念建立问题:图 中对砂子做的功是什么功?三种形式提升相同的砂子到同一高度哪种形式好?为什么?问题:人们用桶提半桶砂子和一桶砂子到相同高度对砂子所做的有用功相同吗?图 提砂子图.额外功概念建立问题:图 中对桶所做的功是什么功?问题:提半桶水和一桶水所做的额外功相同吗?如果不慎将水桶掉落在水中在打捞水桶时对水桶做功是额外功吗?问题:克服摩擦力所做的功都是额外功吗?请举例说明.机械效率定义问题:机械效率高低反映了什么问题?问题:机械效率和做功快慢是一回事吗?问题:分析公式机械效率能否大于?有没有单位?有总有有额设计说明:深度学习是指知识的深度和宽度并非是增加知识的难度即在学习目标的指向下立足物理概念与规律的建立过程.澄清概念与规律的内涵与外延是深度学习的前提以整合知识为内容为基础联系实际创设真实情境科学设计问题链以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标积极主动、批判地学习新的知识和思想并将它们融入原有的认知结构中将已有的知识迁移到新的情境中.正如美国学者罗宾逊所言:“我们并非长大了才有创造性我们是在创造中成长.”厘清单元结构 体验思维进阶的探究性活动:做中学 探究杠杆的机械效率.动手测量杠杆机械效率并解答以下问题.问题:测量机械效率需要准备选用什么器材?问题:如何测量动力、阻力?怎样计算有用功和总功?图 探究杠杆机械效率问题:你准备让杠杆在什么状态下开始实验?怎么做?问题:实验中需要注意什么?问题:请展示你设计的数据表格谈一下怎样科学有效地设计数据表格(见表).表 杠杆的机械效率次数钩码悬挂点钩码总重/钩码移动距离/拉力/测力计移动距离/机械效率 点 点做中思.思考:若在杠杆的承受范围内将 点钩码重增加杠杆的机械效率将会(选填“变大”“变小”或“不变”).思考:本次实验中若不更换杠杆且提升钩码重一定则影响杠杆机械效率的主要因素是.思考:若只将钩码的悬挂点由 移至、位置不变仍将原来的钩码提升相同的高度则杠杆的机械效率将会(选填“变大”“变小”或“不变”).思考:若某同学用此装置研究“杠杆平衡条件”实验发现不挂钩码时弹簧测力计仍有示数这是因 年 月 .为杠杆有.结论:影响杠杆机械效率的因素有哪些?结论:杠杆的机械效率表达式:活动:做中学 探究斜面机械效率.动手测量斜面的机械效率并解答以下问题.图 探究斜面机械效率问题:在测量斜面机械效率的过程中用到了什么方法?问题:表 的数据设计的优点是什么?分析数据表格能发现机械效率与哪些因素有关?表 斜面的机械效率次数斜面的倾斜程度接触面粗糙程度物体的重/物体上升的高度/沿斜面的拉力/物体移动的距离/有用功有/总功总/机械效率较缓木板.较陡木板.最陡木板.较缓棉布.较陡棉布.最陡棉布.较缓木板.较陡木板.最陡木板.结论:斜面机械效率活动:做中学 滑轮机械效率.动手测量滑轮组的机械效率并解答以下问题.问题:测量拉力时注意哪些事项?表格设计中测量三次的目的是什么?问题:请将实验数据填写在表格中补充数据表格的空白栏目(见表).表 滑轮组的机械效率项目次数钩码重/钩码上升距离/自由端拉力/有用功有/总功总/机械效率 图甲.图乙.问题:弹簧测力计如何测量图 乙装置中 乙的拉力?问题:分析数据表格你能得出哪些结论?问题:提高机械效率的措施有哪些?结论:同一滑轮组提升的物体越重效率(越高/越低).结论:同一滑轮组提升的同一物体绕制不同效图 滑轮组机械效率率(相同/不同).结论:影响滑轮组的机械 效 率 因 素 有:、.结论:滑轮的机械效率表达式为设计说明:课程内容设计整体考虑单元知识内容的整合充分体现了“以主题为线索构建课程结构”的教学理念.美国教育家杜威说过:“学生求知欲的目的不在于知识的本身而在于学生获得求知的方法.”同时认为“教学过程应该就是做的过程”.因此学习方法的设计要避免从“一言堂”的极端走向“满堂问”的极端践行“注重科学探究倡导教学方式多样化”的教学理念精心设计问题情境链尽可能引发学生认知冲突为学生预留出思考、想象、质疑、探究的时间使学生自主构建知识体系在探索学习过程中关注分析、评价、质疑、创新等高阶思维能力的提升.着眼知识迁移 强化关键能力的批判性学中用:例题 下列说法中正确的是().机械效率越高机械做功一定越快.机械效率越高机械做功一定越多.机械效率越高机械一定越省力 基于深度学习的案例设计与分析:/.做功越快的机械功率一定越大图 例题 示意图例题(辨析真伪)如图 所示通过一滑轮组从水中提起一体积是 正方体物块当物体全部浸入水中时在水中匀速把物块提起 则作用在滑轮上的拉力 求有用功是多少?(/不计水阻力)【解】拉力对物体所做的有用功有 物 /./.【解】因为 有(浮)(物水)代入数据得:有.拓展:当物体刚露出水面至完全露出水面时拉力做功多少?例题 某学校为了给蓄水塔抽水新买了一单相螺杆自吸泵其铭牌上的部分参数见表(吸程是指水泵到水面的距离扬程是指水能被抽到的最高点到水面的距离).表 自吸泵铭牌参数型号 扬程 吸程 电压 频率 功率.流量 /绝缘 级该水泵连续正常抽水 把水抽高了 水泵对水做了多少功?此时水泵的效率是多少?(取/)设计说明:布鲁纳说“掌握知识经验的过程是学习的表层而通过掌握知识形成一定的思考方式、学习态度增强解决问题的能力和自信才是学习的深层过程”.因此迁移应用过程充分体现“从物理走向社会从社会走向物理”的教学理念注重批判理解、学以致用与应用创新注重思维方法、关键能力的考查注重减负增质的实效性注重遵循“教学评”一致性.让学生养成一种敢于质疑、敢于批判的态度突破物理难学难教的症结真正掌握知识学习的意义和价值.践行素养导向 提升减负提质反思性反思评价:请同学们围绕学习目标交流一下学到了哪些知识?掌握了哪些方法?得到哪些启示?用思维导图展示今天学习的收获.作业设计:用中思.组:重力均为 的、滑轮如图 所示组图 作业 组示意图装重物 为 绳子端拉力为若不计摩擦在匀速提起重物时下面结论正确的是().无法确定 组:.以斜面为例分析理想和非理想条件下做功差异尝试总结功的原理.图 作业 组示意图.如 图 所 示物 重 为斜面长 高 斜面和滑轮组装置的总机械效率为若将重物沿斜面以 /的速度拉上来求:()所需拉力 是多少?()机械的总功率是多少?讨论说明哪种答案正确.【答案】()().【答案】()().设计说明:新课标指出“坚持核心素养导向注重以评价促进学生发展构建目标明确、主体多元、方式多样和功能全面的物理课程评价体系”.因此在反思评价环节中要不断引导、关注、强化自我反思感悟交流中凸显评价逐渐由能总结、会总结提升到能用思维导图概括学习内容和思维方法.杜威强调“学习要与学生的生活相联系”.基于学以致用和减负之要求围绕概念与规律的易错点突出思维方式与思维方法的培养凸显一题多变、一题多解、多解归一的规律发现与创新.唯有这样才能将深度学习有效地开展.参考文献:杨子舟.从浅层学习走向深度学习.教育探索():.黄国威易进.中小学深度学习教学实践的基本问题及其突破.上海教育科研():.蒋炜波.科学思维中提出质疑的方法策略研究.物理教学():.王运淼续佩君.在物理教学中加强质疑教学.物理教学():.冯杰.物理概念教学与物理规律教学之差异性探讨.物理教师():.骆波.初中物理深度学习的典型特征及其教学意义.中学物理教学参考():.(收稿日期:)