“五創(chuàng)”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

譚振興

摘 要：初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)依據(jù)的是現(xiàn)代個(gè)性化教學(xué)所提倡的知識(shí)創(chuàng)新的理念，它能夠引起教師和學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中的共鳴，并培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣、增強(qiáng)探索物理實(shí)驗(yàn)的意識(shí).本文結(jié)合教學(xué)實(shí)例，以“五種創(chuàng)新”實(shí)驗(yàn)教學(xué)出發(fā)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：初中物理;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);深度學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）12-0008-03

深度學(xué)習(xí)是指在教師創(chuàng)設(shè)的具有挑戰(zhàn)性的問題情境中，學(xué)生全身心地投入，并且高階認(rèn)知主動(dòng)參與的具有意義的一種學(xué)習(xí)活動(dòng)過程.“學(xué)習(xí)金字塔”的理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)分為兩種：被動(dòng)和主動(dòng).要想“深度學(xué)習(xí)”，就要使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人.物理實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容，也是發(fā)展學(xué)生的載體.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新，需要學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的直觀認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生在自主操作的過程中，激發(fā)學(xué)習(xí)欲望，優(yōu)化知識(shí)進(jìn)階，有效地促進(jìn)學(xué)生深入學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.下面將物理教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合起來，根據(jù)物理核心素養(yǎng)要求，從物理實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容的創(chuàng)新、技術(shù)的創(chuàng)新、情景的創(chuàng)新、程序的創(chuàng)新和創(chuàng)造精神五個(gè)方面，探討物理實(shí)驗(yàn)如何促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的問題.

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新，找準(zhǔn)討論問題，促進(jìn)小組合作深度學(xué)習(xí)

物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂是培養(yǎng)學(xué)生自主動(dòng)手能力的重要陣地，教師在此過程中對(duì)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)探索和創(chuàng)新能力進(jìn)行了重點(diǎn)訓(xùn)練.而初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，雖然具有自主性，但在一定程度上還是從學(xué)習(xí)的投入視角來看，深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生高認(rèn)識(shí)投入，高情感的投入，高行為的投入，因此學(xué)生積極參與是深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素.參照于教材，立足于教本，以物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容為基礎(chǔ)，以挖掘教材的內(nèi)容為方式，實(shí)現(xiàn)了教材的創(chuàng)新性.在小組合作中，設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的問題來引起學(xué)生的共鳴，能夠吸引學(xué)生進(jìn)行深入討論，通過價(jià)值高的問題進(jìn)行討論，學(xué)生才能不斷創(chuàng)新和深入，各種實(shí)驗(yàn)方案得以落實(shí)與優(yōu)化，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)既有優(yōu)化，又有優(yōu)勢(shì)，既有溫度，也有效率.例如，在探索滑動(dòng)摩擦力大小和什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了下列問題：（1）滑動(dòng)摩擦力是什么？你能用什么事例證明給大家看滑動(dòng)摩擦是存在的？（2）通過實(shí)驗(yàn)，你如何證明滑動(dòng)摩擦力大小和猜想的幾個(gè)因素之間存在關(guān)系？它們之間是什么聯(lián)系呢？（3）如何測(cè)量滑動(dòng)摩擦力大??？上述問題看起來很簡單，但也存在思考障礙，這樣的問題對(duì)學(xué)生進(jìn)行高情感投入，更有利于進(jìn)階知識(shí)的高認(rèn)識(shí)投入，更有利于學(xué)生的思維延伸的高行為投入.找準(zhǔn)問題，通過學(xué)生小組的討論，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作深入學(xué)習(xí)，本探究實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的方案設(shè)計(jì)圖如圖1、圖2所示.

2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新，開展STEM科學(xué)教育，促進(jìn)學(xué)生多維度深度學(xué)習(xí)

STEM科學(xué)教育研究主要是現(xiàn)代科學(xué)、技術(shù)、工程和現(xiàn)代數(shù)學(xué).四個(gè)學(xué)科的融合教育，可以使學(xué)生對(duì)科技、工程、數(shù)學(xué)等內(nèi)涵進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，并引導(dǎo)他們找到科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)之間的關(guān)聯(lián).學(xué)生主動(dòng)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中調(diào)用多維思考，從學(xué)習(xí)的內(nèi)容來看，深度思考具有一定的整合、情境等特征，并不能割裂、脫離現(xiàn)實(shí)生活.多媒體教學(xué)利用圖像、文字和聲音，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的各種感覺，使學(xué)生更加了解模擬實(shí)驗(yàn)過程，從而產(chǎn)生對(duì)教材實(shí)驗(yàn)過程的興趣.在模擬力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)物理變量進(jìn)行了調(diào)整，使學(xué)生能夠更好地把握物理量和因變量的聯(lián)系，例如在初中研究重力和質(zhì)量之間的關(guān)系的模擬實(shí)驗(yàn)中，教師首先提出了這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)的主要問題（這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)的大小與什么因素有關(guān)），然后再對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的重力進(jìn)行研究.

隨后利用多媒體進(jìn)入虛擬力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)備需要的器材：若干個(gè)鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、坐標(biāo)紙，然后利用鼠標(biāo)將鉤碼按照實(shí)驗(yàn)要求逐個(gè)掛在彈簧測(cè)力計(jì)上，觀察模擬實(shí)驗(yàn)中提供出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)表格，將數(shù)據(jù)記錄下來，隨后利用多媒體中的程序?qū)W(xué)生記錄的數(shù)據(jù)輸入在其中.讓學(xué)生觀察在以質(zhì)量為橫坐標(biāo)、重力為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，由數(shù)據(jù)標(biāo)記的點(diǎn)連成的線的特點(diǎn).最后引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：物體所受重力跟其質(zhì)量成正比，且其比值大致為9.8N/kg，而將這個(gè)數(shù)值記為g，得到其關(guān)于重力計(jì)算的公式G=mg.

在多媒體技術(shù)輔助下的初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)在過程中充分體會(huì)物理的使用價(jià)值，一個(gè)積極的學(xué)習(xí)共同體有助于獲取學(xué)科核心知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和認(rèn)知投入.學(xué)習(xí)共同體對(duì)深度學(xué)習(xí)起著重要的支撐作用，這既加深了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)流程的印象，也讓學(xué)生感受到了物理知識(shí)學(xué)習(xí)上的樂趣.

3 實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新，問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，促進(jìn)高階思維發(fā)展

初中物理教學(xué)中對(duì)于情景的創(chuàng)設(shè)不但帶有一定的目的性，還具有一定的感情色彩，情景創(chuàng)設(shè)是為了引起學(xué)生態(tài)度的情感響應(yīng)，而物理實(shí)驗(yàn)中的情景創(chuàng)設(shè)，是以鮮明生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生的求知本能，情景創(chuàng)設(shè)下的物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能更快地了解自身的主體地位.而且讓實(shí)驗(yàn)更加富有生活效用，提高了實(shí)驗(yàn)性教學(xué)的效率.初中學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知淺顯，而這種層面上的認(rèn)知，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)過于復(fù)雜、抽象、不能被理解，從而在物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中容易產(chǎn)生畏懼心理.

驅(qū)動(dòng)問題應(yīng)包含一些啟發(fā)的內(nèi)容，以真實(shí)世界的情況為出發(fā)點(diǎn).在尋找解決辦法的過程中，學(xué)生逐漸深入對(duì)物理概念、規(guī)律和實(shí)踐運(yùn)用的理解.例如，在密度測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，教師首先創(chuàng)設(shè)了一個(gè)故事場(chǎng)景，首飾專賣店柜臺(tái)上有兩件一模一樣的珠寶，并標(biāo)上了一些標(biāo)語：若以假當(dāng)真，買一賠十.

問題一：你能想出幾種鑒別首飾真假的方案？

問題二：哪一種鑒別方案更加合理有效？

問題三：對(duì)于首飾密度的計(jì)算方案中，應(yīng)該先求出首飾的哪些物理量？

問題四：對(duì)方案交流評(píng)估，在測(cè)量中，先測(cè)首飾質(zhì)量好還是先測(cè)體積好？

這時(shí)教師可以引入誤差這個(gè)概念，促進(jìn)學(xué)生對(duì)這一實(shí)驗(yàn)進(jìn)入更深層次的分析.通過四個(gè)邏輯上層層遞進(jìn)的問題，將密度和社會(huì)應(yīng)用聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)密度相關(guān)的性質(zhì)，深度理解密度測(cè)量，促進(jìn)遷移和問題解決等高階思維能力的發(fā)展.

4 實(shí)驗(yàn)流程創(chuàng)新，整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，注重知識(shí)建構(gòu)

從學(xué)習(xí)過程的角度看，深度學(xué)習(xí)的整合既包括新舊知識(shí)的聯(lián)系，也包括跨學(xué)科內(nèi)容的融合.深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者批判性理解學(xué)科核心知識(shí)，能將概念和原理遷移到新的情境中，創(chuàng)造性地解決問題.初中物理教材中部分的演示實(shí)驗(yàn)，一些實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡某尸F(xiàn)，不夠直接，一些實(shí)驗(yàn)流程不夠合理，一些實(shí)驗(yàn)操作缺乏穩(wěn)定性.以“阿基米德原理”一節(jié)中“探究浮力大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明.

教材實(shí)驗(yàn)中，如圖3所示，通過甲、乙操作，計(jì)算測(cè)量物體受到的浮力F浮;通過丙、丁操作，計(jì)算測(cè)量物體排開液體受到的重力G排，比較F浮和G排的關(guān)系.但是學(xué)生不能從操作中直接發(fā)現(xiàn)規(guī)律.同時(shí)由于用手提著測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量，手部的抖動(dòng)問題，使學(xué)生在讀數(shù)時(shí)存在困難，容易帶來誤差……這些問題在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，在思維上再上一個(gè)臺(tái)階.

現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材與流程進(jìn)行改正和調(diào)整：對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行改裝，分別用兩支彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量浮力F浮和排開液體受到的重力G排，用支架固定彈簧測(cè)力計(jì)減少測(cè)力計(jì)的晃動(dòng)，同時(shí)使用升降臺(tái)，便于操作（如圖4所示）.具體操作步驟如下：（1）測(cè)浮力F?。鹤笥覂蓚?cè)彈簧測(cè)力計(jì)的刻度與分度值相同，將物體掛在測(cè)力計(jì)下，左側(cè)顯示G物，此時(shí)，F(xiàn)浮=0;需要對(duì)右側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置進(jìn)行調(diào)整，使指針位置和左側(cè)指針?biāo)贕物位置對(duì)齊;當(dāng)物體排開液體后，F(xiàn)拉變小，F(xiàn)拉與G物的差值為浮力F浮，由圖5可知，右側(cè)示數(shù)即為F浮，F(xiàn)浮豎直向上，因此刻度自下而上.（2）測(cè)排開液體的重力G排：右側(cè)刻度與左側(cè)的分度值相同，將小桶掛在測(cè)力計(jì)下，左側(cè)顯示G桶，此時(shí)，G排=0;需要對(duì)右側(cè)的彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置進(jìn)行調(diào)整，使指針位置和左側(cè)指針?biāo)贕桶位置對(duì)齊;當(dāng)小桶接收排開的液體后，G總變大，G總與G桶的差值為G排，由圖6可知，右側(cè)示數(shù)即為G排，G排豎直向下，因此刻度自上而下.學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以同時(shí)讀出F浮和G排，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)F浮和G排的關(guān)系，目的明確.

5 培養(yǎng)創(chuàng)新精神，促進(jìn)學(xué)生自主、深度學(xué)習(xí)

知識(shí)的遷移與應(yīng)用是最高級(jí)別的學(xué)習(xí)，也是高層思維體現(xiàn)，是深度學(xué)習(xí)的一個(gè)特征，也是創(chuàng)新精神的一個(gè)再現(xiàn).我們能夠讓學(xué)生在新的情況下運(yùn)用他們所學(xué)到的知識(shí)來解決問題，實(shí)現(xiàn)深入體驗(yàn)學(xué)習(xí)的目標(biāo).目前教材中，有許多精彩演示實(shí)驗(yàn)，但也有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可見性低，需要大膽的創(chuàng)新.例如，在“探究光的反射定律”實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生在對(duì)原有的演示器材進(jìn)行分析、思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新、改進(jìn)的過程中，有效地放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高了實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)效果.如圖7所示.是“光的反射定律”實(shí)驗(yàn)原理圖，在小轉(zhuǎn)盤的中間安裝相應(yīng)的鐵片，并利用自拍杠固定激光電筒，在大轉(zhuǎn)盤上調(diào)整入射光線，要求對(duì)準(zhǔn)硬紙卡片折線最低處的入射光線.在演示過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出水平的激光電筒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，滿足入射光和反射光的360度要求.根據(jù)旋轉(zhuǎn)的要求，小轉(zhuǎn)盤對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的旋動(dòng).其中，利用鐵片在“量角器”中作為參照，明確了相應(yīng)的光線和角度.在這些實(shí)驗(yàn)或設(shè)備的改造中，雖然花費(fèi)了較長時(shí)間，但大部分材料來自實(shí)際生活，更貼近學(xué)生的生活，更有利于他們接受.通過學(xué)生自主創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)運(yùn)用物理知識(shí)來解決現(xiàn)實(shí)問題的認(rèn)識(shí).在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考能力、創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生能夠進(jìn)行科學(xué)研究，促進(jìn)他們深入學(xué)習(xí).

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（收稿日期：2021-01-31）