基金項(xiàng)目：本文系安徽省教育科學(xué)研究項(xiàng)目“高中物理深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式設(shè)計的實(shí)踐研究”（課題編號：JK20033）的成果之一。

摘" 要：在課堂教學(xué)中為促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，綜合運(yùn)用有效的教學(xué)策略、途徑和手段的課堂組織形式就是深度教學(xué)。而“啟發(fā)式”經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的存在可以為實(shí)施深度教學(xué)指明方向，教學(xué)重演則為實(shí)施深度教學(xué)提供了一種有效方法。因此，本文具體探討了遵循教學(xué)重演實(shí)施的深度教學(xué)過程，并以“電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用”為例進(jìn)行教學(xué)分析。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；深度教學(xué)；教學(xué)重演；“啟發(fā)式”經(jīng)驗(yàn)規(guī)則

1" 引言

當(dāng)前，多數(shù)學(xué)者和中學(xué)教師初步達(dá)成共識，在課堂教學(xué)中促進(jìn)物理學(xué)科“深度學(xué)習(xí)”是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要途徑?？v觀國內(nèi)外相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，深度學(xué)習(xí)概念屬于一種質(zhì)性描述，很難統(tǒng)一。其中，大衛(wèi)·庫伯（David Kolb）將深度學(xué)習(xí)界定為“充分地整合了經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)模式中的體驗(yàn)、反思、歸納、應(yīng)用等四個環(huán)節(jié)的一種學(xué)習(xí)”。［1］此種說法獨(dú)辟蹊徑，可操作性強(qiáng)，符合本文對深度學(xué)習(xí)概念的界定。而在課堂教學(xué)中為促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，綜合運(yùn)用有效的教學(xué)策略、途徑或手段的課堂組織形式就是深度教學(xué)。

筆者研究發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)存在若干“啟發(fā)式”經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，如“運(yùn)用實(shí)踐體驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”“運(yùn)用有效反饋促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”“運(yùn)用歸納類比促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”“運(yùn)用問題驅(qū)動促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”等。［2］這些規(guī)則可以為實(shí)施深度教學(xué)指明方向。當(dāng)然，針對不同的內(nèi)容、不同的課型，實(shí)施深度教學(xué)的方法也是不同的。其中，教學(xué)重演就是實(shí)施深度教學(xué)的一種有效方法。

物理教學(xué)中的教學(xué)重演可以理解為在物理教學(xué)活動中，以濃縮的方式讓學(xué)生短暫而迅速地重演人類思想認(rèn)識發(fā)展中那些最關(guān)鍵的步子，［3］從而讓學(xué)生去親歷物理知識的形成過程，領(lǐng)悟物理思維的沉淀過程，感受科學(xué)精神的傳承過程。與此對應(yīng)，教學(xué)重演的實(shí)施策略可以分為三個維度：①重演物理知識的形成過程；②重演物理思維的沉淀過程；③重演科學(xué)精神的傳承過程。［4］無論采取何種策略，遵循教學(xué)重演實(shí)施深度教學(xué)的核心始終是正確選定并合理設(shè)置“最關(guān)鍵的步子”。

下面以人教版高中物理必修第三冊第十三章中的第4節(jié)“電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用”的教學(xué)為例進(jìn)行教學(xué)分析。

2" 兩個基本分析

2.1" 教材分析

本節(jié)包括兩部分內(nèi)容，即電磁波發(fā)現(xiàn)的歷史概況，電磁波譜及其在科技和社會信息化方面的應(yīng)用。［5］通過本章前3節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道電磁現(xiàn)象是相互聯(lián)系的，在此基礎(chǔ)上，本節(jié)介紹了以電磁學(xué)規(guī)律為基礎(chǔ)的麥克斯韋電磁場理論，以及它的推論——電磁波的存在。本節(jié)的設(shè)置能夠讓課程中關(guān)于電磁學(xué)的知識體系更完備，學(xué)生學(xué)起來也具有連續(xù)性。

2.2" 學(xué)情分析

學(xué)生通過初中物理的學(xué)習(xí)，初步認(rèn)識到“變化的電流能產(chǎn)生電磁波”。通過電磁感應(yīng)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，學(xué)生對電和磁之間的緊密聯(lián)系已經(jīng)有一定程度的認(rèn)識。由于教材設(shè)置的原因，學(xué)生對于“波”這一概念還比較陌生，不過由于在生活中已經(jīng)對機(jī)械波有一定的感性認(rèn)識，所以教學(xué)中可與機(jī)械波類比，幫助學(xué)生理解電磁波的特性。為促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，可以多展示一些相關(guān)的情境或圖片，讓學(xué)生換位思考，積極討論，重演電磁場理論建立的主要過程，發(fā)揮“電磁波的發(fā)現(xiàn)”這段物理學(xué)史的教育功能。

3" 具體教學(xué)過程

3.1" 創(chuàng)設(shè)引發(fā)學(xué)生深度思考的學(xué)習(xí)情境

情境1" 取一個線圈，該線圈與一個小燈泡串聯(lián)在一起，先將變壓器的原線圈接交流電源，再將小燈泡放入鐵芯中，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光（如圖1所示）。

問題：①通有交變電流的線圈產(chǎn)生的磁場有什么特點(diǎn)？②小燈泡發(fā)光的原因是什么？③線圈產(chǎn)生的磁場與引起感應(yīng)電流的電場之間可能有什么關(guān)系？

設(shè)計意圖：依據(jù)“啟發(fā)式”經(jīng)驗(yàn)規(guī)則中的“運(yùn)用實(shí)踐體驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”和“運(yùn)用問題驅(qū)動促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”，精心設(shè)計該環(huán)節(jié)。通過上面的任務(wù)情境及相關(guān)問題，一方面使學(xué)生生成對變化的磁場產(chǎn)生電場的認(rèn)識，讓學(xué)生切身體驗(yàn)當(dāng)穿過閉合線圈的磁場隨時間變化時，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使燈泡發(fā)光；另一方面創(chuàng)設(shè)出吸引學(xué)生注意力的任務(wù)情境，拓展學(xué)生的思維空間，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

3.2" 重演物理知識的形成過程

情境2" 在電磁波的發(fā)現(xiàn)歷程上，很多物理學(xué)家，如庫侖、奧斯特、安培、法拉第（如圖2所示）都做出了貢獻(xiàn)。

庫侖（1736-1806）

奧斯特（1777-1851）

安培（1775-1836）

法拉第（1791-1867）

問題：①法國物理學(xué)家?guī)靵鲎龀隽嗽鯓拥呢暙I(xiàn)？②丹麥物理學(xué)家奧斯特做出了怎樣的貢獻(xiàn)？③法國物理學(xué)家安培做出了怎樣的貢獻(xiàn)？④英國物理學(xué)家法拉第做出了怎樣的貢獻(xiàn)？

設(shè)計意圖：依據(jù)“啟發(fā)式”經(jīng)驗(yàn)規(guī)則中的“運(yùn)用有效反饋促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”設(shè)計該環(huán)節(jié)。通過簡要回顧教科書中出現(xiàn)的物理學(xué)巨匠對電磁學(xué)的主要貢獻(xiàn)，厘清麥克斯韋電磁場理論發(fā)展的主要脈絡(luò)。學(xué)生分別對照物理學(xué)巨匠的照片，嘗試說出

各位物理學(xué)家對電磁學(xué)的主要貢獻(xiàn)，從而建立新舊知識之間的聯(lián)系。

情境3" 在庫侖、奧斯特、安培、法拉第等人的基礎(chǔ)上，麥克斯韋嘗試建立統(tǒng)一的電磁理論體系，他的研究從分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象開始（如圖3所示）。

問題：①線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？②如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電場嗎？還會有電流嗎？③如果線圈不存在時，線圈原來所處的空間還存在電場嗎？

設(shè)計意圖：通過對引入環(huán)節(jié)任務(wù)情境中“磁生電”現(xiàn)象的深入分析，自然得出麥克斯韋建立電磁場理論的第一個假設(shè)——變化的磁場產(chǎn)生電場。

情境4" 麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場產(chǎn)生電場，其示意圖如圖4所示。

問題：為什么這種感應(yīng)電場的電場線是閉合的？

設(shè)計意圖：通過對感應(yīng)電場的電場線的分析，促進(jìn)學(xué)生對渦旋電場的深度理解。與靜電場的情況不同，在感應(yīng)電場中，沒有電荷作為電場線的起點(diǎn)或終點(diǎn)，所以它的電場線就應(yīng)該是無始無終像水的旋渦一樣的閉合曲線。麥克斯韋稱之為渦旋電場。

情境5" 麥克斯韋堅信電與磁是對稱統(tǒng)一的，電磁世界應(yīng)該是一幅和諧統(tǒng)一的畫面。

問題：如果電與磁是對稱統(tǒng)一的，那么變化的電場能不能在空間產(chǎn)生磁場？

設(shè)計意圖：依據(jù)“啟發(fā)式”經(jīng)驗(yàn)規(guī)則中的“運(yùn)用歸納類比促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)”設(shè)計此環(huán)節(jié)。麥克斯韋從自己的電磁觀念出發(fā)，通過類比推理提出第二個假設(shè)——變化的電場也相當(dāng)于一種電流（位移電流），也能在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場產(chǎn)生磁場（如圖5所示）。

情境6" 麥克斯韋認(rèn)為變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，它們共同形成一個不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場（如圖6所示）。

問題：①什么是電磁場？②怎樣正確理解電磁場？

設(shè)計意圖：讓學(xué)生充分討論交流，總結(jié)電磁場的概念，并形成對電磁場的正確認(rèn)識。它既不是電場，也不是磁場，更不是電場和磁場的簡單疊加，而是電場和磁場相互激發(fā)、相互依賴形成的不可分割的整體。

3.3" 重演物理思維的沉淀過程

情境7" 在電磁場概念的基礎(chǔ)上，麥克斯韋認(rèn)為變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播（如圖7所示）。

問題：電磁波形成的邏輯推理過程是怎樣的？

設(shè)計意圖：通過分析電磁波形成的過程，幫助學(xué)生體驗(yàn)麥克斯韋作出第一個理論預(yù)言“空間可能存在電磁波”的主要思維過程：變化的電場→變化的磁場→（新的）變化的電場→（新的）變化的磁場→……如此不斷重復(fù)，一個偉大的預(yù)言誕生了——空間可能存在電磁波。

情境8" 麥克斯韋認(rèn)為電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波沿與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波（如圖8所示）。

問題：①電磁波的傳播需要介質(zhì)嗎？②電磁波的傳播速度是多大？③麥克斯韋是怎樣做出“光是一種電磁波”的預(yù)言的？

設(shè)計意圖：通過介紹麥克斯韋的理論研究成果，幫助學(xué)生形成正確的物理觀念——電磁波是橫波，電磁波的傳播不需要介質(zhì)。同時體驗(yàn)麥克斯韋做出第二個理論預(yù)言“光是一種電磁波”的主要思維過程：與機(jī)械波相類比，他推算出電磁波在真空中的傳播速度非常接近光速，于是大膽預(yù)言光是以波動形式傳播的一種電磁振動

，即光是一種電磁波。

情境9" 德國物理學(xué)家赫茲用自己首創(chuàng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的電磁場理論，把麥克斯韋的理論預(yù)言變成世人公認(rèn)的真理（如圖9所示）。

問題：①赫茲的捕捉電磁波實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是什么？②赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置是怎樣設(shè)計的？③如何用實(shí)驗(yàn)裝置在教室里捕捉電磁波？

設(shè)計意圖：通過介紹赫茲的實(shí)驗(yàn)研究成果，讓學(xué)生感悟?qū)嶒?yàn)證實(shí)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要作用和意義，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何用實(shí)驗(yàn)裝置在教室里捕捉電磁波的探究思維過程：赫茲實(shí)驗(yàn)演示器分為A、B兩個部分——A部分通過導(dǎo)線和高壓電感應(yīng)圈相連，這是產(chǎn)生電磁波的部分；B部分中有兩個距離可以調(diào)節(jié)的金屬球，將氖泡卡在兩球之間連成通路，這是接收電磁波的部分。如果周圍空間存在電磁波，就會激發(fā)氖泡，使其發(fā)出紅光，實(shí)驗(yàn)裝置如圖10所示。

圖10" 在教室里捕捉電磁波的實(shí)驗(yàn)裝置圖

3.4" 重演科學(xué)精神的傳承過程

情境10" 麥克斯韋被后人尊為“電磁場理論之父”，是可以媲美牛頓的偉大物理學(xué)家，麥克斯韋方程組實(shí)現(xiàn)了電、磁、光三種運(yùn)動形式的統(tǒng)一（如圖11所示）。

圖11" 麥克斯韋方程組

問題：①簡要回顧麥克斯韋建立電磁場理論的過程，說一說他主要用到了哪些物理思想和方法？②為什么像麥克斯韋、愛因斯坦這樣具有創(chuàng)新精神的科學(xué)家，都顯示出數(shù)學(xué)、詩歌和音樂等方面特殊的才能呢？

設(shè)計意圖：通過綜合分析麥克斯韋提出兩個假設(shè)和兩個理論預(yù)言的主要過程，幫助學(xué)生歸納總結(jié)麥克斯韋建立電磁場理論過程中用到的核心物理思想和方法。重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生從以下三個方面討論：①假設(shè)法（渦旋電場假設(shè)和位移電流假設(shè)）；②類比法（與機(jī)械波的類比）；③對稱統(tǒng)一思想（麥克斯韋方程組的對稱性和統(tǒng)一性）。

科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵在于創(chuàng)新，科學(xué)家要具有強(qiáng)烈的創(chuàng)新精神，這是從事科學(xué)研究必不可少的一種精神。數(shù)學(xué)、物理等自然科學(xué)的重大創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)，僅僅靠嚴(yán)密的邏輯思維是不可能取得的；而詩歌、音樂等活動可以激發(fā)豐富的想象力，科學(xué)大師們正是因?yàn)橛辛嗽娙恕⒁魳芳野愕南胂罅?，才能不斷開拓新的領(lǐng)域。

4" 教學(xué)案例反思

4.1" 物理學(xué)史是教學(xué)重演的有益素材

高中物理新教材為了落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，特別是落實(shí)“物理觀念”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的要求，大量引進(jìn)物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容。事實(shí)上，很多物理概念和規(guī)律的形成都離不開特定的歷史條件。再現(xiàn)這些物理概念和規(guī)律建立的主要?dú)v史進(jìn)程，有助于學(xué)生逐步形成正確的物理觀念和務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。物理學(xué)史對中學(xué)物理教學(xué)的這一特點(diǎn)決定了它可以作為教學(xué)重演的有益素材。

4.2" 已有知識是教學(xué)重演的前提條件

奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論明確指出，有意義學(xué)習(xí)的過程就是學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)中“已有知識”同化吸收要學(xué)習(xí)的新知識的過程。選擇合適的物理學(xué)史內(nèi)容作為教學(xué)重演的素材，解決了學(xué)習(xí)材料本身需要具有意義（外部條件）的問題；而進(jìn)行教材分析和學(xué)情分析，并引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧相關(guān)的物理知識，則是為了解決學(xué)習(xí)者必須具備“已有知識”（內(nèi)部條件）的問題，從而為教學(xué)重演創(chuàng)造必要的前提條件。

4.3" 三維策略是教學(xué)重演的重要保障

教學(xué)重演的實(shí)施策略可以分為三個維度：①重演物理知識的形成過程；②重演物理思維的沉淀過程；③重演科學(xué)精神的傳承過程。這三個維度的劃分僅僅是為了操作上的方便，實(shí)際上它們是融合在物理教學(xué)活動之中的，很難明確區(qū)分。與此對應(yīng)，它們分別解決的是學(xué)生通過學(xué)習(xí)后應(yīng)該達(dá)成的必備知識、關(guān)鍵能力和正確價值觀的問題，整合在一起也就是發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的問題。三維策略不僅能使學(xué)生在教學(xué)重演中掌握物理知識，還能使學(xué)生領(lǐng)悟物理思維，汲取物理學(xué)家的科學(xué)精神，從而全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4.4" 教學(xué)重演的核心是“最關(guān)鍵的步子”

重演不是重復(fù)，重演是讓學(xué)生重歷人類思想認(rèn)識發(fā)展中那些“最關(guān)鍵的步子”，而不是機(jī)械地讓學(xué)生重蹈人類思想認(rèn)識發(fā)展中曾經(jīng)犯過的那些錯誤。在物理教學(xué)中僅僅讓學(xué)生理解物理知識本身是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，

更重要的是使學(xué)生領(lǐng)悟探索物理知識背后所蘊(yùn)含的思想方法和所體現(xiàn)的科學(xué)精神。因此，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生重演物理學(xué)家探索知識的主要?dú)v史進(jìn)程，親歷物理知識的形成過程，領(lǐng)悟物理思維的沉淀過程，感受科學(xué)精神的傳承過程，從而有力促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

5" 結(jié)語

教學(xué)重演為實(shí)施深度教學(xué)提供了一種有效方法，期望更多的物理教師能推廣應(yīng)用這種教學(xué)方法，不斷開發(fā)更多更好的教學(xué)案例，使教學(xué)重演煥發(fā)出更加旺盛的生命力。

參考文獻(xiàn)

［1］吳秀娟，張浩，倪廠清. 基于反思的深度學(xué)習(xí)：內(nèi)涵與過程［J］. 電化教育研究，2014（12）：23-28.

［2］竇文武，林玉勇. 四元學(xué)習(xí)循環(huán)圈在深度學(xué)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（25）：10-14.

［3］吳加澍. 對物理教學(xué)的哲學(xué)思考［J］. 課程·教材·教法，2005（7）：64-69.

［4］任虎虎.指向深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)研究［M］. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2019：32-42.

［5］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］. 北京：人民教育出版社，2020：20-21．