物理實驗的深度學(xué)習(xí)定義及教學(xué)研究

孫葳清 何曉 袁淑芳 吳建琴

摘要：基于深度學(xué)習(xí)的物理實驗教學(xué)是指導(dǎo)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的有效方法，更是教師設(shè)計物理實驗教學(xué)的指導(dǎo)理論。筆者定義了物理實驗的深度學(xué)習(xí)并在具體分析當前傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的局限性基礎(chǔ)上，以“大氣壓強”一課的實驗為例給出教學(xué)方案，以期為一線教師的物理實驗教學(xué)一點啟發(fā)和借鑒。

關(guān)鍵詞：物理實驗教學(xué);深度學(xué)習(xí);大氣壓強

我國的八次基礎(chǔ)教育課程改革走過17年，課程目標經(jīng)歷了從“雙基”到“科學(xué)素養(yǎng)+實踐能力”再到“學(xué)科核心素養(yǎng)”的基本歷程[1]，這一嬗變的關(guān)鍵在于使教學(xué)發(fā)生“以知識為本”到“以人為本”的轉(zhuǎn)變。在發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力，提升學(xué)生核心素養(yǎng)大背景下，由教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心負責的“深度學(xué)習(xí)”教學(xué)改進項目應(yīng)運而生。結(jié)合王晶瑩博士科研團隊的詞云圖（見圖1），可以看出“物理實驗”占了重要地位，進一步將我國新課程理念概括為：“以學(xué)生為中心，通過實驗和問題學(xué)習(xí)物理課程內(nèi)容”;然而從20世紀70年代末、80年代初開始，國外研究就逐漸顯示實驗的教學(xué)效果與實驗教育功能之間存在一定的差距。為了實現(xiàn)新時期全面發(fā)展的人的育人目標，為了讓好學(xué)生真正經(jīng)歷過程，學(xué)習(xí)物理，“深度學(xué)習(xí)”在初中物理實驗教學(xué)中推進，恰逢其時。

一、初中物理實驗教學(xué)的重要性及現(xiàn)狀

物理實驗教學(xué)是為學(xué)生提供精心選擇的、純化的感性材料的過程，使學(xué)生在形成物理概念、掌握物理規(guī)律時獲得明確、具體的認識[2]。實驗活動中需要學(xué)生多種能力，例如：查閱資料能力、多感官接收和處理數(shù)據(jù)能力、思維能力、表達能力;只有學(xué)生具有實事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴謹作風與科學(xué)的世界觀，才能在實驗中把各項工作安排得井井有條，在實驗失敗時重振精神，可見在實驗中評價物理學(xué)習(xí)，符合新一輪課程改革的評價觀。

據(jù)李春密老師描述國外實驗教育的不理想現(xiàn)狀。[3]筆者歸納學(xué)生表現(xiàn)為：學(xué)生不能觀察到教師想讓學(xué)生觀察的現(xiàn)象;演示實驗反而強化了學(xué)生的錯誤認知;學(xué)生按照“菜譜式”的實驗步驟尋覓教師設(shè)定的答案;學(xué)生在活動時缺乏“操作思維”等。筆者發(fā)現(xiàn)我國的初中物理實驗教學(xué)也有類似現(xiàn)象;比如用“說實驗”或演示實驗代替應(yīng)有的活動，這樣看似節(jié)約了上課時間卻使學(xué)生不得不被動接受知識，不能真切地體會物理源于生活、源于大自然，甚至?xí)ξ锢懋a(chǎn)生厭煩抵觸的情緒。

二、深度學(xué)習(xí)與初中物理實驗教學(xué)

（一）深度學(xué)習(xí)理論

“深度學(xué)習(xí)（LearninginDepth）”最早由瑞典學(xué)者FerenceMarton和RogerSaljo根據(jù)學(xué)習(xí)者獲取和加工信息的方式，首次闡述了深度學(xué)習(xí)（DeepLearning）和淺層學(xué)習(xí)（SurfaceLearning）這兩個相對的概念。WilliamandFloraHewlett在文獻研究和廣泛征求專家意見的基礎(chǔ)上，認為深度學(xué)習(xí)是21世紀公民工作和生活必備的一種能力[4]。深度學(xué)習(xí)注重學(xué)生參與、關(guān)注知識核心論點、強調(diào)主動構(gòu)建的學(xué)習(xí)方式，給物理實驗教學(xué)提供了優(yōu)化方向。

近些年“深度學(xué)習(xí)”的內(nèi)涵雖然不斷發(fā)展變化，但深度學(xué)習(xí)研究從關(guān)注深度學(xué)習(xí)的方式過渡到關(guān)注深度學(xué)習(xí)發(fā)生的過程的事實是不容置疑的，這樣的學(xué)習(xí)方式給物理實驗教學(xué)提供了更高效的方式和設(shè)計思路，針對20世紀70年代起人們對物理實驗教學(xué)效果和實驗的教育功能的質(zhì)疑提供教學(xué)建議?？梢娚疃榷鴮W(xué)習(xí)的理論于走入科學(xué)實驗教育實踐的必然趨勢。

（二）基于深度學(xué)習(xí)理論的初中物理實驗教學(xué)建議

結(jié)合郭玉英教授對物理學(xué)習(xí)的定義[5]和郭華教授對深度學(xué)習(xí)概念定義[6]，筆者界定基于深度學(xué)習(xí)理論的初中物理實驗學(xué)習(xí)為：“學(xué)生以生活實際情境為背景，圍繞師生共同提出的具有一定挑戰(zhàn)的物理問題，全身心參與實驗探究過程及交流互動，從形成的物理觀念視角解釋實驗現(xiàn)象，運用模型建構(gòu)與推理論證等科學(xué)思維方式解決真實的實際問題，把握物理學(xué)科本質(zhì)及思想方法，體驗成功;形成積極的物理學(xué)習(xí)內(nèi)在動機、探索奧秘、實事求是的科學(xué)態(tài)度、高級的社會情感、正確的價值觀，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得發(fā)展，成為具有創(chuàng)新精神和實踐能力、科學(xué)素養(yǎng)扎實的學(xué)習(xí)者?！鄙疃葘W(xué)習(xí)的物理實驗教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的身心發(fā)展特點，運用多種教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生運用多種途徑獲取信息并分析和邏輯推理得出結(jié)論，在教學(xué)中創(chuàng)造師生和生生交流機會，使學(xué)生接受質(zhì)疑并不斷和深入研究。

三、指向深度學(xué)習(xí)的物理實驗的教學(xué)案例

大氣壓強專題屬于《課標》[7]“運動和相互作用”模塊的“機械運動和力”二級主題下的內(nèi)容。課程內(nèi)容要求是“知道大氣壓強及其與人類生活的關(guān)系”，一般安排2課時的教學(xué)。雖然我們生活在大氣中，由于氣體看不見、摸不著、很難被感知的特點，大氣壓強的概念相對初中生來說是抽象的。對于課標要求的用大氣壓解釋生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象，對學(xué)生來說難度就更大了。大氣壓的測量作為本節(jié)教學(xué)的難點，在教學(xué)中教師卻很少真正讓學(xué)生實驗，最多播放一段托里拆利實驗的視頻。筆者認為這不利于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，若教師通過實驗有針對性地指導(dǎo)和訓(xùn)練，能夠更大程度地促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，強化學(xué)生對大氣壓強的認識，并提高學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

（一）基于情境提出問題：深度學(xué)習(xí)課堂的活力源泉

傳統(tǒng)教學(xué)往往“去問題化”，心理學(xué)研究表明學(xué)生在面對陌生、復(fù)雜的真實問題時，表現(xiàn)出更高效且具創(chuàng)造性的分析思路，深度學(xué)習(xí)的教學(xué)觀強調(diào)創(chuàng)設(shè)真實、有價值的問題情境，是使學(xué)生提出有價值的物理問題有效策略，也為學(xué)生展現(xiàn)自身物理素養(yǎng)提供了機會。教師可以多種方式創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生尋找易行適用的方法測大氣壓強：

方式一：學(xué)生生活經(jīng)驗出發(fā)?；貞浵奶旌颓锾欤愫粑母杏X有何不同？結(jié)合托里拆利實驗原理，你能設(shè)計出更安全測量大氣壓強的方法嗎？

方式二：利用多媒體等教學(xué)資源創(chuàng)設(shè)深度思考情境。A.高聳入云、巍峨壯觀的喜馬拉雅山，鏡頭轉(zhuǎn)過，山腳一位登山愛好者準備登頂（刺激學(xué)生的感官使興奮）。B.設(shè)疑：山頂?shù)拇髿鈮簭娪卸啻竽兀匡@然，帶水銀對登山來說不符合實際，我們需要設(shè)計更便捷的測量方案。