基于核心素養(yǎng)理念下的學(xué)生實驗深度學(xué)習(xí)
——以蘇科版8年級物理“直線運(yùn)動”教學(xué)為例

劉 兵

(泰興市城東實驗學(xué)校,江蘇 泰州 225403)

深度學(xué)習(xí)又稱深層學(xué)習(xí),是相對于淺層學(xué)習(xí)的一種學(xué)習(xí).深度學(xué)習(xí)的概念最早由美國學(xué)者費倫斯·馬頓和羅杰·薩爾喬于1976年提出.深度學(xué)習(xí)是對學(xué)習(xí)狀態(tài)的定性描述,包括思維水平、學(xué)習(xí)投入和認(rèn)知體驗.它強(qiáng)調(diào)對知識本質(zhì)的理解和對學(xué)習(xí)內(nèi)容的批判性運(yùn)用,追求有效的學(xué)習(xí)遷移和解決實際問題,突出“深”、“伸”、“升”等關(guān)鍵字眼,屬于以高階思維為主要認(rèn)知活動的高級學(xué)習(xí).[1]

學(xué)生實驗作為物理教學(xué)的重要手段,其作用不僅是讓學(xué)生動手,且涉及學(xué)生多方面的素養(yǎng)提升,從核心素養(yǎng)角度來剖析學(xué)生實驗教學(xué),通過物理觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度及責(zé)任4個方面,[2]深入思考如何促進(jìn)學(xué)生實驗的深度學(xué)習(xí).以蘇科版8年級物理“直線運(yùn)動”中學(xué)生實驗為例,從圖像分析深入理解觀念、表格設(shè)計深度開發(fā)思維、實驗改進(jìn)延伸科學(xué)探究、應(yīng)用創(chuàng)造提升態(tài)度責(zé)任角度進(jìn)行闡述.

1 圖像分析,深入理解觀念

圖像具有可視化的特點,能直觀地反映物理規(guī)律和物理概念,能清晰地反映物理量之間的關(guān)系.因此,在物理學(xué)習(xí)中運(yùn)用圖像,可以使抽象化為形象,把復(fù)雜轉(zhuǎn)化為簡單;在教學(xué)中有效合理地運(yùn)用圖像,可以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)形相結(jié)合分析物理問題的能力,借助圖像能更好地解釋相關(guān)觀念,有利于學(xué)生的學(xué)習(xí).[3]

蘇科版“直線運(yùn)動”中對于勻速直線運(yùn)動的概念,定義為速度不變的直線運(yùn)動,這么定義便于學(xué)生理解,但同時也讓學(xué)生覺得實現(xiàn)勻速直線運(yùn)動很容易,僅從定義不能深刻理解勻速直線運(yùn)動的內(nèi)涵,不能讓學(xué)生充分認(rèn)識到物體的運(yùn)動要做到“勻速”很難,更加認(rèn)識不到勻速直線運(yùn)動只是一種理想模型,因此在學(xué)生研究完氣泡或其他物體運(yùn)動后,通過做出s-t圖像,對圖像進(jìn)行分析,可以進(jìn)一步理解勻速直線運(yùn)動或變速直線運(yùn)動.

在進(jìn)行這節(jié)課授學(xué)時,將實驗進(jìn)行了改進(jìn),可以研究多種物體上浮或下沉、下滑的運(yùn)動,以2.52 cm長直徑1.4 cm紅蠟燭在內(nèi)徑1.5 cm水管中上浮運(yùn)動相等10 cm測得一組數(shù)據(jù)如表1,繪制s-t圖像如圖1所示;研究小車在斜面上運(yùn)動,通過手機(jī)攝像后,在手機(jī)“巧影”app確定時間,以小車右輪為研究對象,測得數(shù)據(jù)如表2,利用Excel選取實驗數(shù)據(jù)繪制的小車運(yùn)動s-t圖像, 如圖2所示.

表1 2.52 cm長蠟燭實驗數(shù)據(jù)

表2 小車運(yùn)動實驗數(shù)據(jù)

圖1 2.52 cm長蠟燭s-t圖像

圖2 小車運(yùn)動s-t圖像

由圖1可以看到,不管在變速直線運(yùn)動中部分勻速直線運(yùn)動圖像,還是在整體勻速直線運(yùn)動中,勻速直線運(yùn)動圖像是一條傾斜的直線.分析這條傾斜的直線,可以看到任意相等時間通過路程相等或任意相等路程所用時間相同.結(jié)合實驗表格數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)這在現(xiàn)實生活中很難做到,因此進(jìn)一步幫助學(xué)生理解現(xiàn)實生活中沒有勻速直線運(yùn)動,勻速直線運(yùn)動只是一種理想模型,只能認(rèn)為有些運(yùn)動近似做勻速直線運(yùn)動的科學(xué)觀念.通過圖像培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識理想模型形成科學(xué)的運(yùn)動觀.再對比圖1和圖2,可以發(fā)現(xiàn)變速直線運(yùn)動與勻速直線s-t圖像的差別,幫助學(xué)生從圖像上區(qū)別勻速與變速直線運(yùn)動,形成正確深入的直線運(yùn)動觀念.

初中物理圖像教學(xué)是教學(xué)實踐的需要,課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出了“用圖表”的學(xué)習(xí)目標(biāo),國際科學(xué)教育也強(qiáng)調(diào)圖像學(xué)習(xí),高中入學(xué)考試注重對圖像的理解和運(yùn)用能力.[4]因此,借助圖像進(jìn)一步理解觀念,不僅培養(yǎng)學(xué)生圖像分析能力,而且對于一些難以理解的觀念,可以從另一個角度進(jìn)行深度理解,從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)科學(xué)觀念的目的.

2 表格設(shè)計,深度開發(fā)思維

表格是一種清晰、美觀、易于理解的格式.作為一種常用的信息表達(dá)方式,表格優(yōu)于文本,它形象具體、數(shù)據(jù)集中、簡單直觀,無需過多語言文字,將物理知識進(jìn)行濃縮,復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行簡化,繁雜知識進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化.由于它符合學(xué)生從直觀到抽象、從感性到理性的認(rèn)知規(guī)律,有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)習(xí)效果.[5]

蘇科版《直線運(yùn)動》教材對于收集實驗數(shù)據(jù)的表格直接呈現(xiàn)給學(xué)生,并未說明為什么這么設(shè)計,學(xué)生失去了一次深度思考的機(jī)會,因此可以通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考表格的設(shè)計.從嘗試判斷物體運(yùn)動情況到如何驗證所猜測的運(yùn)動情況,學(xué)生可以想到測速器等手段,進(jìn)一步提出沒有測速器如何驗證的問題,學(xué)生可能需要更長時間思考,可以進(jìn)行討論,討論后發(fā)現(xiàn)通過測量路程和時間間接算出速度,引導(dǎo)思考如何更簡便測量,學(xué)生步步深思后提出相同路程測時間或相同時間測路程進(jìn)行實驗的方法,在此基礎(chǔ)上設(shè)計出表格,如表3、表4.

表3 相等路程段測時間

表4 相等時間段測路程

考慮具體測量時,每段分別測量時間或路程帶來不便,思考如何進(jìn)一步簡化測量時間或路程,學(xué)生可以想到設(shè)置起點(或起始時刻),測量起點(或起始時刻)到各個點(時刻)的時間或路程,進(jìn)而設(shè)計出表格,如表5、表6.

表5 從O點開始的路程測時間

表6 從O點開始的時間測路程

經(jīng)歷自主設(shè)計表格,對比教材原直接給出表5和表3,學(xué)生獲得了深度思考的機(jī)會,理解教材為什么要設(shè)計表5和表3,同時設(shè)計出表6和表4,采用“相同距離測時間”“相同時間測距離”兩種方法同時進(jìn)行設(shè)計采集數(shù)據(jù),對于慢速運(yùn)動如蠟燭在水中的情形完全可以實現(xiàn),防止單一方法限制學(xué)生思維. 改變教材原直接給出表格,通過問題引導(dǎo),讓學(xué)生逐步找到驗證猜想的方法,理解表格的設(shè)計思路,經(jīng)歷思維的構(gòu)建,挖掘?qū)嶒灥纳疃?學(xué)生進(jìn)入深度思考、深入學(xué)習(xí),思維得到深度開發(fā).

初中物理教學(xué)中,對知識進(jìn)行對比、歸納,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計表格,能促使對知識的進(jìn)一步理解掌握;在實驗教學(xué)中,通過讓學(xué)生設(shè)計表格,有助于理解實驗過程,探尋所要測量物理量,培養(yǎng)對信息的分析、概括、提煉能力,理清重點信息,進(jìn)行科學(xué)合理的整體設(shè)計.這些都需要學(xué)生進(jìn)行深層思考,促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的同時,達(dá)成思維的進(jìn)階.

3 實驗改進(jìn),延伸科學(xué)探究

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué).實驗教學(xué)不僅可以幫助學(xué)生形成科學(xué)的世界觀,鞏固課程所學(xué)的理論知識,而且可以激發(fā)學(xué)生的探索興趣,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、探究能力和操作技能,激發(fā)他們的創(chuàng)新意識,提高他們的創(chuàng)新能力.培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和探索實踐的科學(xué)精神.在物理教學(xué)中,認(rèn)真開展實驗教學(xué),適當(dāng)改進(jìn)實驗,是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑.

教材只用“氣泡的運(yùn)動規(guī)律”一個實驗來研究直線運(yùn)動,限制了學(xué)生思維的廣度,易造成學(xué)生狹隘的實驗觀;實驗所用器材是玻璃管,且需要翻轉(zhuǎn),若學(xué)生操作不當(dāng),易造成器材或?qū)W生損傷,使實驗存在一定的危險性;實驗按照教材設(shè)計,易造成測量時間誤差較大,給實驗結(jié)果及結(jié)論造成很大影響.針對以上實驗中存在的問題,對實驗進(jìn)行改進(jìn),首先從器材上改用外徑2 cm內(nèi)徑1.5 cm長1 m硬透明塑料管代替原來內(nèi)徑1 cm的玻璃管,塑料管與教材玻璃管相比內(nèi)徑變大,可以便于更多實驗材料加入,采用與管子配套的內(nèi)徑2 cm管帽代替木塞更加方便且不容易掉落.

另提供豐富學(xué)生實驗材料.本節(jié)課還提供給學(xué)生或讓學(xué)生自備以下器材:直徑1.4 cm紅蠟燭1只、直徑1 cm的白蠟燭1只、玻璃小彈珠1個、中性筆1只、鉛筆1只、粉筆1只、高粱桿1段、廢舊5號電池1只、核桃2只(便于取出核桃仁)、花生米2粒(干的和浸泡過的各1粒)、蘋果1只、小葡萄1粒、胡蘿卜1根、黃瓜1根、白皮甜瓜1個、面團(tuán)1塊、小刀1把、水槽1個、燒杯1只、滴管1只、橡皮筋8條、記號筆1只、1米刻度尺1把、30 cm長刻度尺1把、鐵架臺含試管夾1個(固定塑料管防止晃動),長80 cm左右木板1塊、木塊1塊、小車1只、長毛巾1塊、1號廢舊電池1只(用于學(xué)生可能嘗試研究物體在斜面上運(yùn)動情況),紙兩張(1張用于學(xué)生可能研究紙片或紙團(tuán)下落情況,另1張可用于設(shè)計表格記錄數(shù)值作圖像等,學(xué)生可自備),電子秒表1只(計時用,也可用手機(jī)中秒表app代替),智能手機(jī)1部(提前下載好“巧影”app)(手機(jī)可用其秒表、計算、攝像、處理視頻等功能,可學(xué)生自備),抹布1條、抽紙若干(用于處理桌面、器材、人手的水).

豐富的實驗材料點燃學(xué)生激情,學(xué)生在這種情緒下積極探索發(fā)現(xiàn),充分給學(xué)生選擇權(quán),用于學(xué)生嘗試多種物體在水中上浮或下沉,或者嘗試物體在斜面上運(yùn)動、紙團(tuán)下落等運(yùn)動情況,部分實驗材料相似以便進(jìn)行比較研究,部分器材雖功能相同,但學(xué)生使用之后就會對比發(fā)現(xiàn),使用哪種器材更方便、科學(xué). 緊跟時代步伐,采用新技術(shù)助力實驗測量和數(shù)據(jù)處理,與教育信息化理念相適應(yīng),同時培養(yǎng)學(xué)生與時俱進(jìn)意識,介紹的新技術(shù)也可用于學(xué)生課外實驗;讓學(xué)生積極動手實驗;實驗前不給學(xué)生過多提示,給學(xué)生試錯的機(jī)會,有利于學(xué)生自覺領(lǐng)悟,自主深入探究.

初中物理學(xué)生實驗教學(xué)中,可以通過變單一實驗為綜合性實驗、改進(jìn)實驗方法、測量手段、創(chuàng)新實驗設(shè)計、建設(shè)實驗基地、增加實驗趣味性、重視對比實驗、融合信息技術(shù)、重視生活化實驗等方法改進(jìn)實驗教學(xué),改進(jìn)后的實驗教學(xué)更有助于學(xué)生探究、測量、驗證的延伸與深入,能促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成和科學(xué)思維的發(fā)展,使核心素養(yǎng)在學(xué)生實驗中生根發(fā)芽.

4 應(yīng)用創(chuàng)造,提升態(tài)度責(zé)任

通過物理探究性實驗可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,實驗過后,學(xué)生可以進(jìn)一步研究相關(guān)問題,將研究成果進(jìn)行應(yīng)用,進(jìn)行科技制作、發(fā)明創(chuàng)造等活動.因此,應(yīng)用創(chuàng)造教育是實驗教學(xué)的進(jìn)一步提升,有助于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng),通過應(yīng)用創(chuàng)造的自我實現(xiàn),加深對科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的進(jìn)一步認(rèn)識.

直線運(yùn)動實驗部分材料、舉例等來源于生活,通過實驗,學(xué)生對于直線運(yùn)動有所理解,同時解決實驗中遇到的問題,自然思考生活中有哪些應(yīng)用.因此,實驗后有必要激發(fā)學(xué)生思考運(yùn)用及創(chuàng)造,既體現(xiàn)“生活·物理·社會”理念和創(chuàng)造教育思想,又提升學(xué)生實驗思想高度. 教師可以通過以下4個問題進(jìn)行引導(dǎo):回顧一下這節(jié)課主要內(nèi)容,你有哪些收獲?你還想研究什么?今天的收獲在生活中可以有哪些應(yīng)用?今天的收獲在生活中可以有哪些創(chuàng)造發(fā)明?

學(xué)生自主回顧感受收獲,思考直線運(yùn)動的繼續(xù)研究、相關(guān)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造發(fā)明,課后還可以讓學(xué)生嘗試在家研究直線運(yùn)動,借助課堂所學(xué)研究方法及相關(guān)新技術(shù),鼓勵學(xué)生進(jìn)一步研究,樹立科學(xué)研究可以不受時間、地理位置、實驗材料等限制的意識觀念.鼓勵用所學(xué)知識、所做實驗應(yīng)用于實際生活,進(jìn)行真實實踐及創(chuàng)造,進(jìn)一步提升學(xué)生的研究意識,充分認(rèn)識研究的意義,培養(yǎng)探究精神、創(chuàng)造精神.

在初中物理教學(xué)中,對應(yīng)用創(chuàng)造教育重視程度不夠,需要教師進(jìn)行積極引導(dǎo),思考教材內(nèi)容的生活應(yīng)用,注重知識的實用性,構(gòu)建開放的探究環(huán)境,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造欲望,給予學(xué)生足夠的時間和空間支持,提供必要的幫助,鼓勵學(xué)生將創(chuàng)意付諸實踐,提高創(chuàng)造發(fā)明在評價中的比重,通過應(yīng)用創(chuàng)造切實提升科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感.

5 結(jié)語

物理學(xué)科核心素養(yǎng)4個方面是物理學(xué)科本質(zhì)和教育功能的集中體現(xiàn),它們既有側(cè)重,又有相互聯(lián)系及滲透.分析物理學(xué)科核心素養(yǎng)實踐過程,用科學(xué)思維和科學(xué)探究幫助學(xué)生樹立科學(xué)觀念態(tài)度和社會責(zé)任心,科學(xué)探究中也運(yùn)用到科學(xué)思維,在核心素養(yǎng)培養(yǎng)中側(cè)重科學(xué)思維的發(fā)展,與深度學(xué)習(xí)發(fā)展學(xué)生高階思維理念相吻合.因此,在物理教育教學(xué)中,通過深度學(xué)習(xí)更能有效發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng).學(xué)生實驗作為物理實驗的重要組成部分,應(yīng)努力讓學(xué)生積極參與,進(jìn)行實驗改進(jìn),提高實驗的安全度,學(xué)生操作的自由度,實驗范圍的廣度,實驗數(shù)據(jù)的精確度,實驗探究的深度,實驗思想的高度.重視數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性、時代性,立足學(xué)生實驗發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng),借助圖像分析、表格設(shè)計、應(yīng)用創(chuàng)造等方法途徑,促進(jìn)學(xué)生深層思考、深度學(xué)習(xí).