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【摘 要】本文依托“匀变速直线运动位移与时间的关系”教学设计，提出在高中物理教学中促进深度学习的策略：突出学生主体地位，升级课堂流程;借助虚拟实验，创设物理情意;鼓励学生参与活动，收获课堂体验;抓住知识的本质，提升能力高度。
【关键词】深度学习 高中物理 核心素养 教学设计
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2021）02-0143-03
如何在高中物理课堂教学中提升学生的物理学科核心素养，“好的教学设计”是关键。何谓“好的教学设计”？笔者认为，能够促进学生深度学习，指向学科核心素养的教学设计，可称之为“好的教学设计”。纵观现实情况，有很多物理教师在进行教学设计，尤其是针对物理概念的设计时，都会倾向于直接向学生传授知识点，这可能会导致学生碎片化地接受知识。学生没有经历自主探究获得知识的过程，便会缺少学习物理概念的体验，进而阻碍学生物理核心素养的形成。深度学习的提出应当引发教师思考，深度学习不是把知识“平移”“灌输”给学生，而是由教师带领学生进入知识发现的过程中，引导、帮助学生成为知识发现的 “参与者”，而不是“旁观者。”
物理概念是物理知识的重要组成部分，在物理教学中，帮助学生正确建立物理概念对学生学习物理有重大意义。学生对物理概念的学习具有高起点性，即学生无须经历漫长曲折的摸索，就能直接面对人类由感性认识上升成理论的成果，这也意味着，在物理概念的学习当中，学生不需要在实验学习中从头开始探索，也不用从实践中积累经验。这往往会导致物理概念教学走上一条“捷径”：将知识的传递当成目的，将教学定位为知识的“输入”与“输出”，直接将知识“灌输”“平移”给学生。但是，指向核心素养的深度学习是对表层与机械学习的挑战，“活动与体验”正是深度学习的核心。所以物理概念教学一定要让学生亲身经历知识结构的形成过程。
一、突出学生主体，升级课堂流程
下面笔者以人教版物理教材必修一第二章第三节《匀变速直线运动的位移与时间的关系》一课为例，阐述教师如何将教学设计从“教师之教”转变为“学生之学”，进而对接学生的学习需求。教师进行教学设计时，应以促进深度学习的发生、提升学生学科核心素养为原则，精心设计具有教学意图的结构化材料;遵循学生的认知发展规律，循序渐进地实现教学目的;营造和谐、平等、合作、宽松的教学互动氛围，及时根据教学反馈调整教学活动。
（一）一般教学流程设计
教材在本节的内容安排是先介绍质点匀速直线运动的位移，在v-t图象中，用图象与t轴围成的面积表示，再用“思考与讨论”栏目中提供的一份研究匀变速直线运动的真实测量记录，引导学生讨论“怎样根据测量记录中的数据求出该物体运动的位移”，再渗透一种科学思路——“一个变化过程在极短时间内可以认为是不变的”，利用“分割—替代—等效”的过程，将匀变速直线运动的位移表示成一系列矩形面积之和，最后总结得出速度对时间的积累效果（位移）是用v-t图像与t轴围成的面积来表示的。遵循此思路设计的教学流程如图1所示：
（二）落实深度学习的教学过程设计
此过程遵循学生的认知规律，一步步化解难点，概念准确且线索清晰。不难发现，在传统课堂教学中，学生的主体性凸显不明，在思考与讨论环节，学生的参与度虽高，但在其他环节，教师的引导依旧占主体地位。最关键的是，学生的“活动与体验”不够，学生在按照教师预设好的路线走，这导致知识传递虽高效，但缺少了知识创生的情境，进而阻碍知识的吸收。为了让学生更加积极地参与教学活动，勇于实践，笔者在教学匀变速直线运动的位移与时间的关系这一内容时，从实验探究入手，通过建立真实情境，激发学生探究的兴趣，促使学生思考与讨论，借此培养学生的科学探究能力。这一教学思路从“知识为本”转向“以人为本”，落实了深度学习的目标，提升了学生的物理核心素养，体现了物理学科的育人价值。笔者以深度学习是否发生的五个判据为抓手，设计如图2所示的教学流程图。
二、借助虚拟实验，创设物理情境
教师可利用虚拟实验软件Algodoo创建一个物体做匀加速直线运动的物理情境，记录物体做匀加速直线运动的v-t图，从v-t图中可直接读出任意时刻物体运动的速度和位移大小。笔者利用Algodoo创建了一个小钢球从固定倾角的斜面滑下的情境，给小球初速度，关闭空气阻力和摩擦力对小球的作用，小钢球从斜面滑下的过程做匀加速直线运动，生成v-t图并记录数据（运动场景如图3所示），得到的v-t图为在原点之上的倾斜线段，根据图中数据即可读数。（记录的速度时间数据如表1所示）
三、學生参与活动，收获课堂体验
（一）严谨处理数据图象，培养科学态度与责任感
小球做初速度不为0的匀变速直线运动，记录0s—1.6s的速度和位移，每间隔0.05s记录下瞬时速度从图中得到真实位移为4.05m，对应的速度—时间数据如表1所示（分析数据，取时间间隔0.05s，0.15s—0.2s，0.45s—0.5s，0.7s—0.75s，1.0s—1.05s，1.3s—1.35s这五个时间间隔下△v=0.076m/s，其余间隔下均为0.075m/s，相对误差为1.3%，在实验误差允许的范围内，故可视为匀变速直线运动）。
（1）分析教材“思考与讨论”部分给出的案例，将1.6s均分成两等份，即△t=0.8s，利用表1中0s，0.8s，1.6s对应的速度估算位移△x。
（2）让学生在方格纸中将自己估算的位移在v-t图用图象呈现出来。
采用同样的估算法计算△t=0.4s，0.2s，0.1s，0.05s时的位移，并将估算的结果在同样的v-t图中呈现出来。教师可将学生分成5组，每组分发不同的导学案。展示导学案成果，横向比较，小组讨论比较结果。（对比结果如表2所示） 对比估算位移和估算面积的图象得出如下结论：①时间间隔越短，估算所得到的位移越趋近于真实位移;②时间间隔越短，在v-t图中呈现的图形面积越趋近于v-t图与t轴围成的梯形的面积。
（二）提升科学探究能力，培养学生科学思维
本环节围绕学生的活动与体验展开，是深度学习的核心特征，学生要成为学习的主体就要有“活动”，并且学生的主动活动依赖教师的精心设计和随堂引导。学生通过自主探究，对教材思考与讨论中的估算法形成理性认识：每段时间内的位移与图象中的面积一一对应相等，体现了数形结合的思想;为了使估算的位移更接近真实位移，需要把时间进行无限分割，然后用每一段时间初始时刻的速率代替整个时间间隔的速率，即分割—替代—积累，这就是微积分思想的渗透;无数个矩形面積的和趋近于梯形面积，这是极限思想的体现。
（三）指向核心素养，建构物理观念
通过学生探究和教师引导，不难将学习方法迁移到把整个过程时间间隔划分更小，无数个小矩形的面积之和就能非常准确地代表物体的位移，即v-t图与t轴围成的面积代表位移的大小。由梯形面积计算公式和v=v0+at，得出位移公式：x=v0t+at2。
物理观念的建构要经历从未知到已知的发展过程，教师要将每一步教学的起点建立在学生的已有认知上，让学生经历有意义的学习过程，帮助学生建立新旧知识之间的联系。学生的学习结果与教师对教学内容的把握有很大的关系，教师在此环节中不断搭建脚手架，即抓住主要矛盾，化解难点，旨在让学生从已知向未知不断迁移。对教师而言，利用虚拟实验软件Algodoo进行教学，不仅体现了教育信息化时代背景下，教师主动提升信息化教学水平的能力，也能极大激起学生的学习兴趣，起到事半功倍的效果。此外，物理情境的创设以信息技术为载体，以教材中的案例为切入点，使本节课的设计更加科学合理。
四、把握知识本质，提升能力高度
（一）本质与变式
估算不同时间间隔下整段运动过程的位移与面积图象，不仅体现了对匀速直线运动特征的迁移能力，更体现了深度学习的“本质与变式”。学生对微积分思想的体验不是直接由教师传递得到，而是他们真实、主动地“进入”知识发现的，学生亲身经历知识的“再发展”过程，进而对学习的对象进行深度加工，从而把握知识的本质，最终实现迁移（从匀速直线运动迁移到一般匀变速直线运动）。学生结合所画图象和微积分思想自然得到x=S梯，继而推得匀变速直线运动位移与时间的公式。为了提升学生学习能力，教师还可以进行变式提问：“对匀变速直线运动，一段时间内，v-t图象与t轴围成的面积可以代表这段时间内的位移，对非匀变速直线运动是否也有这样的结论？”学生回答：“根据微元法，同样可以把非匀变速直线运动分成无数个很小的时间间隔，每一段时间间隔内可看成匀速直线运动，通过再累加可证明对于非匀变速直线运动v-t图象与t轴围成的面积仍可以表示这段时间内的位移。”
（二）迁移与应用
教师继续追问：“在微元法中，我们是通过估算法求不同时间间隔下的位移，时间间隔越小，求得的位移越趋近于真实位移。有没有其他方法既能够把误差降到最小又能够推导出位移公式呢？”对这个问题，教师可安排学生讨论，引导学生发现问题的关键—— 匀变速直线运动中也可以用整段时间的平均速率替代整段时间的速率。学生通过小组合作计算出不同时间间隔下的位移。（如表3所示）
从表3中明显可看出，在不同时间间隔下计算出的位移几乎都等于真实位移。学生可在速度—时间图象中，进一步中画出用平均速度大小替代整个过程中的速度大小，通过分析图象感受“割补法”，利用也可求得位移公式。
教师之后可安排课本例题练习，让学生体会x=v0t+at2在解题中的应用，适当补充匀减速直线运动方面的问题，培养学生一题多解的能力。
本节内容的关键就在于微元法的渗透，从匀速直线运动到匀变速直线运动，再到非匀变速直线运动，不断产生知识的关联性，学生的知识体系就不再是孤立的、零散的，而是在教师的引导下不断产生联想，将新旧知识进行再关联与再建构，从而形成完整的知识结构，这正是学习物理这门逻辑严密的自然学科所需要的。
本文的教学设计注重学生自主获取知识的过程，从一个真实物理问题入手，将“微积分”这样一个在物理学发展中极为有效和深刻的思维方法，以简约化的方式呈现出来，培养学生的科学思维和研究方法，体现了物理学科的核心素养，让学生在自主学习中，从提高“解题能力”转向提高“解决问题的能力”，进而转向“发现问题的能力”。
【参考文献】
[1]郭华.深度学习的五个特征[J].人民教育，2019（6）.
[2]宋善炎，丁向阳.“有意义学习”与“有意义的学习经历”[J].教育科学研究，2010（3）.
[3]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4.
注：本文系湖南省普通高等学校教学改革项目“基于深度学习的物理课程与教学论课程教学改革研究与实践”（编号：HNJG-2020-0164）研究成果。
【作者简介】黄艺雯（1996— ），女，湖南师范大学物理与电子科学学院课程与教学论（物理）硕士生;宋善炎（1964— ），男，湖南师范大学教师教育学院院长，教授，博士生导师;张 瑜（1996— ），女，湖南常德人，二级教师，硕士研究生学历，研究方向为中学物理教学。
（责编 马群耀）
【关键词】深度学习 高中物理 核心素养 教学设计
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2021）02-0143-03
如何在高中物理课堂教学中提升学生的物理学科核心素养，“好的教学设计”是关键。何谓“好的教学设计”？笔者认为，能够促进学生深度学习，指向学科核心素养的教学设计，可称之为“好的教学设计”。纵观现实情况，有很多物理教师在进行教学设计，尤其是针对物理概念的设计时，都会倾向于直接向学生传授知识点，这可能会导致学生碎片化地接受知识。学生没有经历自主探究获得知识的过程，便会缺少学习物理概念的体验，进而阻碍学生物理核心素养的形成。深度学习的提出应当引发教师思考，深度学习不是把知识“平移”“灌输”给学生，而是由教师带领学生进入知识发现的过程中，引导、帮助学生成为知识发现的 “参与者”，而不是“旁观者。”
物理概念是物理知识的重要组成部分，在物理教学中，帮助学生正确建立物理概念对学生学习物理有重大意义。学生对物理概念的学习具有高起点性，即学生无须经历漫长曲折的摸索，就能直接面对人类由感性认识上升成理论的成果，这也意味着，在物理概念的学习当中，学生不需要在实验学习中从头开始探索，也不用从实践中积累经验。这往往会导致物理概念教学走上一条“捷径”：将知识的传递当成目的，将教学定位为知识的“输入”与“输出”，直接将知识“灌输”“平移”给学生。但是，指向核心素养的深度学习是对表层与机械学习的挑战，“活动与体验”正是深度学习的核心。所以物理概念教学一定要让学生亲身经历知识结构的形成过程。
一、突出学生主体，升级课堂流程
下面笔者以人教版物理教材必修一第二章第三节《匀变速直线运动的位移与时间的关系》一课为例，阐述教师如何将教学设计从“教师之教”转变为“学生之学”，进而对接学生的学习需求。教师进行教学设计时，应以促进深度学习的发生、提升学生学科核心素养为原则，精心设计具有教学意图的结构化材料;遵循学生的认知发展规律，循序渐进地实现教学目的;营造和谐、平等、合作、宽松的教学互动氛围，及时根据教学反馈调整教学活动。
（一）一般教学流程设计
教材在本节的内容安排是先介绍质点匀速直线运动的位移，在v-t图象中，用图象与t轴围成的面积表示，再用“思考与讨论”栏目中提供的一份研究匀变速直线运动的真实测量记录，引导学生讨论“怎样根据测量记录中的数据求出该物体运动的位移”，再渗透一种科学思路——“一个变化过程在极短时间内可以认为是不变的”，利用“分割—替代—等效”的过程，将匀变速直线运动的位移表示成一系列矩形面积之和，最后总结得出速度对时间的积累效果（位移）是用v-t图像与t轴围成的面积来表示的。遵循此思路设计的教学流程如图1所示：
（二）落实深度学习的教学过程设计
此过程遵循学生的认知规律，一步步化解难点，概念准确且线索清晰。不难发现，在传统课堂教学中，学生的主体性凸显不明，在思考与讨论环节，学生的参与度虽高，但在其他环节，教师的引导依旧占主体地位。最关键的是，学生的“活动与体验”不够，学生在按照教师预设好的路线走，这导致知识传递虽高效，但缺少了知识创生的情境，进而阻碍知识的吸收。为了让学生更加积极地参与教学活动，勇于实践，笔者在教学匀变速直线运动的位移与时间的关系这一内容时，从实验探究入手，通过建立真实情境，激发学生探究的兴趣，促使学生思考与讨论，借此培养学生的科学探究能力。这一教学思路从“知识为本”转向“以人为本”，落实了深度学习的目标，提升了学生的物理核心素养，体现了物理学科的育人价值。笔者以深度学习是否发生的五个判据为抓手，设计如图2所示的教学流程图。
二、借助虚拟实验，创设物理情境
教师可利用虚拟实验软件Algodoo创建一个物体做匀加速直线运动的物理情境，记录物体做匀加速直线运动的v-t图，从v-t图中可直接读出任意时刻物体运动的速度和位移大小。笔者利用Algodoo创建了一个小钢球从固定倾角的斜面滑下的情境，给小球初速度，关闭空气阻力和摩擦力对小球的作用，小钢球从斜面滑下的过程做匀加速直线运动，生成v-t图并记录数据（运动场景如图3所示），得到的v-t图为在原点之上的倾斜线段，根据图中数据即可读数。（记录的速度时间数据如表1所示）
三、學生参与活动，收获课堂体验
（一）严谨处理数据图象，培养科学态度与责任感
小球做初速度不为0的匀变速直线运动，记录0s—1.6s的速度和位移，每间隔0.05s记录下瞬时速度从图中得到真实位移为4.05m，对应的速度—时间数据如表1所示（分析数据，取时间间隔0.05s，0.15s—0.2s，0.45s—0.5s，0.7s—0.75s，1.0s—1.05s，1.3s—1.35s这五个时间间隔下△v=0.076m/s，其余间隔下均为0.075m/s，相对误差为1.3%，在实验误差允许的范围内，故可视为匀变速直线运动）。
（1）分析教材“思考与讨论”部分给出的案例，将1.6s均分成两等份，即△t=0.8s，利用表1中0s，0.8s，1.6s对应的速度估算位移△x。
（2）让学生在方格纸中将自己估算的位移在v-t图用图象呈现出来。
采用同样的估算法计算△t=0.4s，0.2s，0.1s，0.05s时的位移，并将估算的结果在同样的v-t图中呈现出来。教师可将学生分成5组，每组分发不同的导学案。展示导学案成果，横向比较，小组讨论比较结果。（对比结果如表2所示） 对比估算位移和估算面积的图象得出如下结论：①时间间隔越短，估算所得到的位移越趋近于真实位移;②时间间隔越短，在v-t图中呈现的图形面积越趋近于v-t图与t轴围成的梯形的面积。
（二）提升科学探究能力，培养学生科学思维
本环节围绕学生的活动与体验展开，是深度学习的核心特征，学生要成为学习的主体就要有“活动”，并且学生的主动活动依赖教师的精心设计和随堂引导。学生通过自主探究，对教材思考与讨论中的估算法形成理性认识：每段时间内的位移与图象中的面积一一对应相等，体现了数形结合的思想;为了使估算的位移更接近真实位移，需要把时间进行无限分割，然后用每一段时间初始时刻的速率代替整个时间间隔的速率，即分割—替代—积累，这就是微积分思想的渗透;无数个矩形面積的和趋近于梯形面积，这是极限思想的体现。
（三）指向核心素养，建构物理观念
通过学生探究和教师引导，不难将学习方法迁移到把整个过程时间间隔划分更小，无数个小矩形的面积之和就能非常准确地代表物体的位移，即v-t图与t轴围成的面积代表位移的大小。由梯形面积计算公式和v=v0+at，得出位移公式：x=v0t+at2。
物理观念的建构要经历从未知到已知的发展过程，教师要将每一步教学的起点建立在学生的已有认知上，让学生经历有意义的学习过程，帮助学生建立新旧知识之间的联系。学生的学习结果与教师对教学内容的把握有很大的关系，教师在此环节中不断搭建脚手架，即抓住主要矛盾，化解难点，旨在让学生从已知向未知不断迁移。对教师而言，利用虚拟实验软件Algodoo进行教学，不仅体现了教育信息化时代背景下，教师主动提升信息化教学水平的能力，也能极大激起学生的学习兴趣，起到事半功倍的效果。此外，物理情境的创设以信息技术为载体，以教材中的案例为切入点，使本节课的设计更加科学合理。
四、把握知识本质，提升能力高度
（一）本质与变式
估算不同时间间隔下整段运动过程的位移与面积图象，不仅体现了对匀速直线运动特征的迁移能力，更体现了深度学习的“本质与变式”。学生对微积分思想的体验不是直接由教师传递得到，而是他们真实、主动地“进入”知识发现的，学生亲身经历知识的“再发展”过程，进而对学习的对象进行深度加工，从而把握知识的本质，最终实现迁移（从匀速直线运动迁移到一般匀变速直线运动）。学生结合所画图象和微积分思想自然得到x=S梯，继而推得匀变速直线运动位移与时间的公式。为了提升学生学习能力，教师还可以进行变式提问：“对匀变速直线运动，一段时间内，v-t图象与t轴围成的面积可以代表这段时间内的位移，对非匀变速直线运动是否也有这样的结论？”学生回答：“根据微元法，同样可以把非匀变速直线运动分成无数个很小的时间间隔，每一段时间间隔内可看成匀速直线运动，通过再累加可证明对于非匀变速直线运动v-t图象与t轴围成的面积仍可以表示这段时间内的位移。”
（二）迁移与应用
教师继续追问：“在微元法中，我们是通过估算法求不同时间间隔下的位移，时间间隔越小，求得的位移越趋近于真实位移。有没有其他方法既能够把误差降到最小又能够推导出位移公式呢？”对这个问题，教师可安排学生讨论，引导学生发现问题的关键—— 匀变速直线运动中也可以用整段时间的平均速率替代整段时间的速率。学生通过小组合作计算出不同时间间隔下的位移。（如表3所示）
从表3中明显可看出，在不同时间间隔下计算出的位移几乎都等于真实位移。学生可在速度—时间图象中，进一步中画出用平均速度大小替代整个过程中的速度大小，通过分析图象感受“割补法”，利用也可求得位移公式。
教师之后可安排课本例题练习，让学生体会x=v0t+at2在解题中的应用，适当补充匀减速直线运动方面的问题，培养学生一题多解的能力。
本节内容的关键就在于微元法的渗透，从匀速直线运动到匀变速直线运动，再到非匀变速直线运动，不断产生知识的关联性，学生的知识体系就不再是孤立的、零散的，而是在教师的引导下不断产生联想，将新旧知识进行再关联与再建构，从而形成完整的知识结构，这正是学习物理这门逻辑严密的自然学科所需要的。
本文的教学设计注重学生自主获取知识的过程，从一个真实物理问题入手，将“微积分”这样一个在物理学发展中极为有效和深刻的思维方法，以简约化的方式呈现出来，培养学生的科学思维和研究方法，体现了物理学科的核心素养，让学生在自主学习中，从提高“解题能力”转向提高“解决问题的能力”，进而转向“发现问题的能力”。
【参考文献】
[1]郭华.深度学习的五个特征[J].人民教育，2019（6）.
[2]宋善炎，丁向阳.“有意义学习”与“有意义的学习经历”[J].教育科学研究，2010（3）.
[3]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4.
注：本文系湖南省普通高等学校教学改革项目“基于深度学习的物理课程与教学论课程教学改革研究与实践”（编号：HNJG-2020-0164）研究成果。
【作者简介】黄艺雯（1996— ），女，湖南师范大学物理与电子科学学院课程与教学论（物理）硕士生;宋善炎（1964— ），男，湖南师范大学教师教育学院院长，教授，博士生导师;张 瑜（1996— ），女，湖南常德人，二级教师，硕士研究生学历，研究方向为中学物理教学。
（责编 马群耀）