基于“素养立意，深度学习”的教学探索

摘   要：学科核心素养是中学物理学科教育价值的凝练，引领着基础教育阶段物理课程的方向；“深度学习”强调挖掘学科本质、主体体验、知识整合、批判理解和自主建构，突出“联结、生成、迁移”三大学习要素，是核心素养生成的重要路径。以“超重和失重”公开课教学实践为例，在“素养立意，深度学习”指引下，通过“联系生活情境”“引导自主建构”“探究物理本质”“凝练思维态度”四个主要板块开展教学，发展素养。

关键词：学科本质；核心素养；深度学习；超重和失重

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）12-0006-6

课程改革提出落实立德树人根本任务的重要举措是发展学生的核心素养，培养学生的必备品格和关键能力。物理学科核心素养是中学物理学科教育价值的凝练，主要由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任构成，引领着基础教育阶段物理课程的方向。《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“课程标准”）明确提出，“高中物理课程注重体现学科本质，促进学生物理学科核心素养的养成和发展”［１］。

在物理课堂中，为了追求快节奏、高效率，出现了重知识的获取、重结论的获得、直接灌输、机械记忆、重复训练、去情境和去过程等“浅层学习”教学方式，并没有深入挖掘学科本质，极大地阻碍了能力和核心素养的发展。这迫切需要将“浅层学习”转向“深度学习”。

布鲁姆将教育目标分为知道、理解、应用、分析、综合和评价六级水平，深度学习追求“应用、分析、综合和评价”四个较高级的层次，学习过程强调挖掘学科本质、主体体验、知识整合、批判理解和自主建构，学习结果强调知识的迁移应用和实际问题的有效解决［１］；在接下来的“超重和失重”教学实践中，将在深度学习理念的指引下，重点突出“联结、生成、迁移”三大要素，深挖学科本质，发展学科核心素养。

１    学情分析

１．１    课程标准

课程标准要求学生理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题；并通过实验，认识超重和失重现象；建议通过各种活动，例如乘坐电梯、到游乐场参与有关游乐活动等，体验超重与失重［２］。

１．２    教材分析

“超重和失重”是必修第一册第四章《运动和力的关系》中的第６节内容，教材先以称重情境抛出问题，安排测重力活动，理清视重概念；随后利用牛顿力学进行理论推导，揭示超重和失重的理论本质；再通过“做一做”及例题，分析电梯中的超重和失重现象，并对电梯下降过程进行分析，建立完全失重概念。从教材设计思路角度来看，超重和失重安排在学生学习过牛顿力学核心内容之后，不仅有利于学生理解和巩固牛顿三大定律，也有助于培养学生分析问题、解决问题的能力［３］。

１．３    学情分析

学习超重和失重之前，学生已经学习了牛顿三大定律和共点力的平衡，已具备运动学和动力学的相关基础知识，对如何运用牛顿运动定律解决具体情境下的问题有了一定了解；但在生活中可能存在“超重就是重力增加，失重就是重力减少”“超重对应上升过程，失重对应下落过程”“弹簧测力计的示数即为物体的重力大小”等错误理解。

２    教学目标

在学科素养和课程标准的指引下，结合学情和教材分析，本堂课的教学目标制订如下。

２．１    物理观念

能从生活感悟出发，引发认知冲突，激发对超重和失重的感性认识；再通过电梯中测量体重，唤醒旧知识，引出“视重”和“实重”；在此基础上，通过教师引导，学生自主迁移，提出超重和失重的概念，奠定从物理学科视角解释生活现象、推导超重与失重的条件和本质、解决实际问题的基础。

２．２    科学思维

２．２．１    模型建构

在本堂课中，能从生活中乘坐电梯感受的经验事实出发，抽象提炼出牛顿力学的本质模型，从而引发对物理本质属性、规律、关系的研究，并能基于此提炼超重和失重的概念模型，强化“实验＋推理”的研究方法模型，并形成从生活中来、到生活中去的一种认识自然的方式模型。

２．２．２    科学推理、论证

能利用力学知识推理、区分、理解“视重”和“实重”，能利用牛顿力学推理和解释超重、失重、完全失重的力学本质，助力科学实验研究，两者相互印证，相互促进，有机统一。

２．３    科学探究

２．３．１    问题

能基于乘坐电梯的生活感受，产生疑问，引发探究“什么是超重和失重现象”，能在明确超重和失重概念后，提出进一步研究“什么时候会出现超重和失重”，以及“为什么会出现超重和失重”，培养学生敢于提问、大胆设问的探究精神。

２．３．２    证据

在提出问题的基础上，进行大胆假设，并设计合理的实验方案，进行实验探究、数据收集。比如，能利用在电梯中测量体重实验，探究超重和失重的生活体验；利用“电梯模拟实验”获得精确、实时的实验数据，研究超重、失重的产生条件。

２．３．３    解释、交流

整理数据，相互交流、探讨，得出结论，利用牛顿运动定律探究和解释超重和失重产生的本质原因，并能用超重和失重观点正确解释生活中的有关现象。

２．４    科学态度与责任

通过对超重和失重现象的学习，让学生感悟和强化严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度，认识到物理科学技术及自然社会的相互关系，感悟物理学科在实际生活中的应用，并内化为敢于实践、勇于探索的责任感和使命感。

３    教学重点、难点

３．１    重点

认识超重和失重现象；能用牛顿运动定律分析并解释超重、失重、完全失重现象；了解生活中的超重、失重现象和应用。

３．２    难点

改正“超重就是重力的增加，失重就是重力的减少”“超重和失重分别对应物体上升和下落过程”等可能存在的前概念、错误理解，形成正确的认识和观念；归纳、总结超重和失重现象产生的条件。

４    教学设计思路

本节“超重和失重”的课堂教学设计中，在“素养立意，深度学习”理念下，课程设计主要由“联系生活情境”“引导自主建构”“探究物理本质”“凝练思维态度”四个部分组成。

第一部分“什么是超重和失重现象”：首先，从乘坐电梯的生活体验出发，导入课堂，联结旧知，引发思维冲突；再到电梯中测量体重，进行实验初探，引出“实重”和“视重”，并由实重和视重的关系得出“超重”“失重”概念；总结来说，基于观察和实验，建构物理模型，形成物理观念。

第二部分“什么时候会出现超重和失重”：通过自主设计的“电梯模拟实验”，利用力的传感器实时测量研究对象的“视重”。在教师引导下，学生自主整理实验现象、分析实验数据，得出超重和失重是由加速度方向决定的；这是“自主体验、分析归纳、自主建构、自主生成”的科学探究过程。

第三部分“为什么会出现超重和失重”：将牛顿力学理论运用到本节课中来，从理论角度进行科学推理，找出其物理本质，解释条件是加速度的原因；最后，进行合理外推，适当迁移——当加速度等于重力加速度时视重为零，引出“完全失重”，并用自由落体水瓶中的水不流出的实验，体验完全失重现象；过程中，让学生感受到理论和实验的相互印证、相互发展和有机统一，从而发展学生的科学思维方法。

第四部分“我们学到了什么”：从知识、方法、体验三个方面总结了这堂课的收获，这一切的开始是细心“观察”，从生活中的感受出发，通过大胆猜想、科学实验、严谨的理论推导，对超重和失重进行了深刻分析和探究；同时，课程中鼓励和引导学生以积极、美好的心态去细心观察、体会生活，培养学生“从生活中来，到生活中去”的积极乐观的生活态度。

５    教学流程图

教学流程如图1所示。

６    教学过程

６．１    生活体验，激发思考

采访视频：播放商场中采访顾客电梯乘坐体验的视频，有说轻飘飘的，有说一会轻一会重的。

提问：是电梯晃动的原因，还是人的重力发生了变化？

设计意图：本教学片段的目的是通过生活真实体验，导入课堂，引发思维冲突，激发兴趣和思考，为后面自主建构超重、失重概念作铺垫。

６．２    联结旧知，建构概念

实验视频：播放在电梯中测量体重的视频，让学生将观察数据记录在导学案中（图2），鼓励学生对数据进行分析、讨论和分享。

提问：体重计的示数一会变大一会变小，难道人的重力真的发生了变化？

学生：没有，因为Ｇ＝ｍｇ，质量和重力加速度都不变。

提问：重力没有变化，体重计的示数却在变化，那体重计测量的是什么呢？

学生：体重计受到的压力大小。

教师：体重计的确是因为有压力才有的示数，体重计的读数体现了压力的大小，我们把对支持物的压力或对悬挂物的拉力称为视重，把物体的实际重力称为实重。视重大于实重的现象叫做超重，视重小于实重的现象叫做失重。

设计意图：基于物理观察和实验，建构物理模型，形成物理观念，做到了从“生活情境”中来；紧接着，让学生分享生活中其他超重和失重现象，比如，乘坐重庆著名景点洋人街的“跳楼机”，又让物理知识走到生活中去。

６．３    科学探究，生成条件

提问：乘坐电梯时，感觉一会重一会轻，原来是出现了超重和失重，对于这两种新的现象大家还想做什么研究吗？

学生：产生超重和失重的条件？产生超重和失重的原因？

设计意图：提出一个问题比解决一个问题更重要，有疑问才会去思考、探究。因此，要引导学生主动提问，鼓励学生大胆设问，培养他们善于提问的素养。

教师：那么，让我们一起进行一个更精密的实验来模拟乘坐电梯。

展示实验：利用自主设计的电梯模型进行“电梯模拟实验”。电梯模型中通过滑轮的绳子拉动铁笼，使其上升或者下降，利用力的传感器测量悬挂在铁笼中钩码的拉力（钩码的视重），获得精确、实时的实验数据（图3）。装置静止时，挂上钩码，让学生读数。

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图3   “电梯模拟实验”软件截图

提问：这时视重是多少？实重呢？

学生：视重是５．８２ Ｎ，实重是５．８２ Ｎ。

教师：对的，视重等于实重，都是５．８２ Ｎ。

提问：那么，如何操作才能观察到超重和失重现象呢？

学生：让“电梯”运动起来。

教师故意缓慢匀速上升（让示数基本不变，观察不到明显的超重和失重现象）。

提问：同学们，大家现在看到“电梯”动了，但为什么还观察不到超重或失重现象呢？我们需要做什么改变呢？