［摘 要］“物理模型”教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的一個重要內(nèi)容，其目的在于提高學(xué)生的分析推理能力和模型建構(gòu)能力。在深度學(xué)習(xí)的視角下，“物理模型”教學(xué)可以圍繞五個核心要素展開，即主動性學(xué)習(xí)、目標(biāo)化導(dǎo)向、深度性學(xué)習(xí)、批判性思維以及應(yīng)用性評價。文章以“板塊模型的臨界問題”為例，結(jié)合這五個核心要素，探討在深度學(xué)習(xí)視角下如何進(jìn)行“物理模型”的教學(xué)實踐。

［關(guān)鍵詞］深度學(xué)習(xí)；物理模型；教學(xué)實踐；板塊模型；臨界問題

［中圖分類號］ G633.7 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-6058（2024）26-0048-04

在物理學(xué)中，通常會將實際的研究對象或物理過程提煉為“物理模型”。通過分析“物理模型”中的物理量及其相互關(guān)系，不僅有助于學(xué)生加深對物理基本概念的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力，并讓他們深刻體會物理學(xué)科的基本思想，從而促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

然而，在常規(guī)的教學(xué)實踐中，教師容易就題論題，忽視對學(xué)生知識遷移與應(yīng)用能力的培養(yǎng)，且對學(xué)生的知識建構(gòu)過程缺乏有效的引導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對關(guān)鍵問題的批判性思考，進(jìn)而使得學(xué)生的關(guān)鍵能力得不到有效提升。因此，在深度學(xué)習(xí)的視角下，開展“物理模型”教學(xué)的研究具有現(xiàn)實意義。

一、深度學(xué)習(xí)視角下的“物理模型”教學(xué)

“深度學(xué)習(xí)”是一種以提升學(xué)生高階思維能力為目標(biāo)的教學(xué)方法，它旨在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，結(jié)合已有的知識經(jīng)驗，進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)與探究。這種教學(xué)方法鼓勵學(xué)生將知識遷移到新的物理情境中，以解決問題。在深度學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會對問題進(jìn)行深度思考，并運用批判性思維去反思“物理模型”與實際問題之間的沖突與差異。通過深度學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠體會物理學(xué)科的基本思想，挖掘所學(xué)知識所蘊(yùn)含的意義，進(jìn)而提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

如果能夠遵循深度學(xué)習(xí)的原則來開展“物理模型”教學(xué)，那么可以將知識的應(yīng)用具象化，從而加深學(xué)生對物理觀念的理解；可以將知識的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，培養(yǎng)學(xué)生的知識建構(gòu)能力；可以將知識的關(guān)聯(lián)體系化，有效提高學(xué)生的知識遷移水平；可以將知識的發(fā)展思維化，充分發(fā)揮物理學(xué)科的育人功能。

二、深度學(xué)習(xí)視角下“物理模型”教學(xué)的五個核心要素

深度學(xué)習(xí)的視角下，“物理模型”教學(xué)的五個核心要素為主動性學(xué)習(xí)、目標(biāo)化導(dǎo)向、深度性學(xué)習(xí)、批判性思維以及應(yīng)用性評價（如圖1）。

下面以“板塊模型的臨界問題”為例進(jìn)行說明。通過情境化的引入，激發(fā)課堂活力，提高學(xué)生對“板塊模型的臨界問題”的學(xué)習(xí)興趣，從而實現(xiàn)學(xué)生的“主動性學(xué)習(xí)”。采用探究式教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，并從動力學(xué)和運動學(xué)的角度進(jìn)行分析，最終掌握板塊模型的臨界分析方法，在此過程中以“目標(biāo)化導(dǎo)向”代替單一的問題分析，使學(xué)生能夠更加明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。針對板塊模型，設(shè)計遞進(jìn)式問題，通過不同的例題和變式題，引導(dǎo)學(xué)生從“地面光滑”到“地面粗糙”，從“拉力作用在長木板上”到“拉力作用在小木塊上”逐步進(jìn)行探究，幫助學(xué)生突破難點，實現(xiàn)“深度性學(xué)習(xí)”。在例題的設(shè)計中，通過調(diào)整動摩擦因數(shù)的大小，展示兩種不同運動的差異，為學(xué)生創(chuàng)造明確的沖突式體驗，培養(yǎng)學(xué)生的“批判性思維”。將“物理模型”應(yīng)用到實際生活中，鼓勵學(xué)生嘗試解決實際問題，讓學(xué)生自主參與“應(yīng)用性評價”。

三、深度學(xué)習(xí)視角下的“物理模型”教學(xué)實踐——以“板塊模型的臨界問題”為例

結(jié)合深度學(xué)習(xí)和上述五個核心要素，“板塊模型的臨界問題”的教學(xué)流程設(shè)計如圖2所示。

（一）情境化引入激發(fā)“主動性學(xué)習(xí)”

教師先通過創(chuàng)設(shè)生活情境，讓學(xué)生直觀感受到物體在不同拉力下的運動狀態(tài)變化，隨后組織學(xué)生討論：在實際生活中，有哪些物體是疊放在一起的？當(dāng)這些物體受到不同的推力作用時，它們會呈現(xiàn)什么樣的狀態(tài)？引導(dǎo)學(xué)生從生活中提煉出板塊模型的概念。最后，教師創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考板塊模型的特點，以及在不同外力作用下板塊模型展現(xiàn)出的運動特點。

1.從生活情境中提煉“物理模型”

【新課引入】

教師以運動會期間搬運物資（如圖3）為背景，提前錄制了一段視頻。視頻內(nèi)容真實還原了運動會中推箱子的過程，旨在引導(dǎo)學(xué)生觀察：力[F]較小、[F]大小適中以及[F]較大這三種情況下，兩個箱子的運動狀態(tài)分別有何不同。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)生活情境，讓學(xué)生觀察實際生活中推箱子的過程，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)述所觀察到的現(xiàn)象并總結(jié)規(guī)律，從而使學(xué)生感受到物理與生活的緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為課堂注入更多的活力。

【動手實驗】

利用事先準(zhǔn)備好的長木板、小木塊和彈簧測力計模擬推箱子過程。具體做法是，將小木塊放在長木板上，然后用彈簧測力計拉動長木板，以此讓學(xué)生感受在不同拉力作用下，長木板和小木塊各自的運動狀態(tài)。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生利用長木板和小木塊，親自體驗推箱子的過程；通過實際操作，讓學(xué)生身臨其境地感受在不同拉力的作用下長木板和小木塊的運動狀態(tài)變化。這樣將生活情境中的問題抽象化，用長木板和小木塊來模擬，實現(xiàn)了“從生活走向物理”。

2.創(chuàng)設(shè)問題情境引導(dǎo)學(xué)生思考

【問題情境】

問題1：小木塊和長木板受到哪些力？

問題2：小木塊和長木板產(chǎn)生加速度的動力來源是什么？

問題3：長木板和地面之間是否要存在摩擦力？

問題4：小木塊和長木板之間的摩擦力的類型和方向如何？

問題5：不同運動狀態(tài)下，小木塊和長木板的加速度關(guān)系如何？

問題6：如何分析不同運動狀態(tài)下物體所受到的臨界拉力？

問題7：不同運動狀態(tài)下的臨界拉力應(yīng)如何計算？

問題8：當(dāng)外力作用在長木板和小木塊上時，分析方法有何不同？

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)富有啟發(fā)性的問題情境來激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，同時提高學(xué)生探索物理知識的熱情。通過層層設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，特別是關(guān)于板塊模型的臨界問題，從而進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。

（二）探究式教學(xué)突出“目標(biāo)化導(dǎo)向”

本環(huán)節(jié)將討論板塊模型的臨界問題，深入分析在不同拉力的作用下物體的運動狀態(tài)，并算出不同運動狀態(tài)下的臨界拉力大小。以此為教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生探究影響臨界拉力的因素。

【實驗前分析】

存在兩個關(guān)鍵的臨界拉力：一是恰好使物體開始運動的臨界拉力[F1]，二是恰好使物體間開始相對滑動的臨界拉力[F2]。本次探究是找到影響這兩個臨界拉力的因素。

【探究實驗】

猜想：兩個臨界拉力可能與接觸面的粗糙程度、小木塊的質(zhì)量、長木板的質(zhì)量有關(guān)。

驗證：采用控制變量法，分別驗證接觸面的粗糙程度、小木塊的質(zhì)量以及長木板的質(zhì)量對臨界拉力大小的影響。

設(shè)計意圖：通過探究式教學(xué)，讓學(xué)生親身體驗物理過程，強(qiáng)化他們的學(xué)習(xí)體驗，讓他們能夠在探究過程中找到臨界拉力的影響因素。通過探究式學(xué)習(xí)，有效啟發(fā)學(xué)生思考，為學(xué)生的知識建構(gòu)打好基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生迅速進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（三）遞進(jìn)式問題促進(jìn)“深度性學(xué)習(xí)”

【遞進(jìn)式問題】

［例題］如圖4所示，質(zhì)量為[m=1 kg]的木塊[A]和質(zhì)量為[M=4 kg]的木板[B]，靜止疊放在光滑的水平地面上，已知[A]與[B]之間的動摩擦因數(shù)為[μAB=0.3]，最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，[g=10 m/s2]?，F(xiàn)將外力[F]作用在長木板[B]的右端，求：（1）當(dāng)[F=8 N]時，[A]、[B]的加速度大??；（2）當(dāng)[F=24 N]時，[A]、[B]的加速度大小。

［變式1］若將例題中的“外力[F]作用在長木板[B]的右端”改為“外力[F]作用在木塊[A]的右端”，其他條件不變，問：加速度的大小為多少？

［變式2］若將例題中的“靜止疊放在光滑的水平地面上”改為“木板[B]與地面之間的動摩擦因數(shù)為[μB地=0.1]”，其他條件不變，問：加速度的大小為多少？

［變式3］若將例題中的“外力[F]作用在長木板[B]的右端”改為“外力[F]作用在木塊[A]的右端”，靜止疊放在“光滑的水平地面上”改為“木板[B]與地面之間的動摩擦因數(shù)為[μB地=0.1]”，其他條件不變，問：加速度的大小為多少？

設(shè)計意圖：通過遞進(jìn)式問題，逐步增加難度。例題呈現(xiàn)的是在光滑水平面上、外力作用在長木板上的板塊模型，只需考慮小木塊與長木板之間的摩擦力，并分析使小木塊和長木板恰好開始相對滑動的臨界拉力。變式1改變了作用對象，外力作用于小木塊上而模型仍置于光滑水平面上。此變式的目的是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會選擇合適的研究對象。變式2將模型置于粗糙水平面上，并且外力仍然作用在長木板，此時不僅要考慮小木塊與長木板之間的摩擦力，還要討論地面與長木板之間的摩擦力。這種情況下存在兩個不同的臨界拉力：一是使系統(tǒng)恰好開始運動的臨界拉力，二是使系統(tǒng)恰好開始相對滑動的臨界拉力。變式3同樣是在粗糙水平面上進(jìn)行，但外力作用于小木塊上，除了存在與變式2相似的臨界拉力，還需單獨討論長木板在給定條件下能否運動的問題。通過四個問題的設(shè)置，教學(xué)內(nèi)容層層遞進(jìn)，促使學(xué)生對板塊模型的臨界問題進(jìn)行更加深入的思考，從而提升學(xué)生的綜合分析能力。

（四）沖突式體驗培養(yǎng)“批判性思維”

【沖突式體驗】

學(xué)生在對變式3進(jìn)行動力學(xué)分析時，容易認(rèn)為長木板的加速度是由兩個力的合力產(chǎn)生的，這兩個力分別是小木塊對長木板的摩擦力和地面對長木板的摩擦力。在變式2中，當(dāng)外力[F]足夠大時，長木板會開始運動，但在變式3中，情況有所不同。如果小木塊對長木板的滑動摩擦力小于地面對長木板的最大靜摩擦力，那么無論外力[F]有多大，長木板將保持靜止，這與變式2的分析存在沖突。

設(shè)計意圖：通過引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，促使學(xué)生迅速聚焦于關(guān)鍵問題，進(jìn)而在解構(gòu)過程中深入思考沖突產(chǎn)生的原因，從而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

（五）生活化應(yīng)用實現(xiàn)“應(yīng)用性評價”

【生活化應(yīng)用】

在學(xué)習(xí)完板塊模型的臨界問題的基本分析方法后，給學(xué)生布置兩項作業(yè)：一是分析“新課引入”環(huán)節(jié)所提及的推箱子問題，二是從實際生活中尋找一個板塊模型的實例，通過實地測量相關(guān)物理量，來計算對應(yīng)的臨界拉力值。

設(shè)計意圖：在“物理模型”的課堂評價中結(jié)合生活情境，檢驗學(xué)生分析情境中關(guān)鍵物理量的能力以及解釋相關(guān)物理現(xiàn)象的能力。采用生活化應(yīng)用作為學(xué)習(xí)評價的方式，不僅可以有效反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還能增強(qiáng)學(xué)生的信息整合意識，促使學(xué)生“從物理走向生活”，為深度學(xué)習(xí)提供積極的正面激勵。

本節(jié)課以“情境化引入”、“探究式教學(xué)”、“遞進(jìn)式問題”、“沖突式體驗”和“生活化應(yīng)用”為教學(xué)主線，深入探討了板塊模型在不同運動狀態(tài)下的臨界問題。通過將深度學(xué)習(xí)視角下的“物理模型”教學(xué)的五個核心要素有機(jī)融入這些教學(xué)環(huán)節(jié)，本節(jié)課在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、提升問題難度、培養(yǎng)批判性思維以及實施有效的學(xué)習(xí)評價等方面取得了顯著成效。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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[3] 陸茵.高中物理習(xí)題教學(xué)中滲透科學(xué)思維方法培養(yǎng)的實踐研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2011.

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（責(zé)任編輯 黃春香）