指向深度學習的初中物理實驗教學策略探索
——以“物質的密度”為例

蔣邦勇 ，肖丁山 ，李 楊

1.重慶市武隆區(qū)教師進修學校，重慶 408500

2.重慶市武隆中學，重慶 408500

3.西南大學附屬中學校，重慶 400700

深度學習是指學生在教師的引導下，圍繞素養(yǎng)導向的學習目標，聚焦引領性學習主題，展開有挑戰(zhàn)性的學習任務與活動，全身心積極參與、建構學科知識、體會學科思想與方法，獲得終身發(fā)展的有意義的學習過程［1］。目前，深度學習已成為各學科教學實踐和研究的焦點，是落實立德樹人、落地核心素養(yǎng)的重要途徑。本文以“物質的密度”課堂教學為例，探索指向深度學習的實驗教學策略。

1 指向深度學習的實驗教學路徑

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗課最能踐行深度學習特征要素，指向深度學習的實驗探究是一種重要的教學策略，其核心是真實情境下的實驗探究，重在讓學生經歷科學探究過程，自主建構規(guī)律與結論[2]。學生在教師的引領下圍繞挑戰(zhàn)性主題任務，通過實驗探究、交流思辨等活動，形成自己的研究成果，實現(xiàn)學生的課堂學習深度參與，以及問題解決、知識遷移應用能力的提高，促進物理學科核心知識及思想方法的內化，真正實現(xiàn)學生深度學習，教師深度教學。

初中物理教學活動中深度學習發(fā)生的五個重要依據(jù)：活動與體驗、聯(lián)想與結構、本質與變式、遷移與創(chuàng)造、價值與評判[3]。這也是深度學習的五個特征，結合這些特征，區(qū)物理名師工作室初步總結出深度學習視域下初中物理實驗教學的基本流程，如圖1所示。

圖1 深度學習視域下初中物理實驗教學的基本流程圖

深度學習視域下初中物理實驗教學應該緊緊抓住五個特征，以情境引問題，以問題引探究，以探究促結論，以結論促應用，環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)學生是課堂學習的主體，凸顯教師的主導地位。

2 指向深度學習的實驗教學實踐與評析

“物質的密度”是滬科版物理教材八年級第五章第三節(jié)，本節(jié)是該章教學內容的重難點，實現(xiàn)運動學、物質屬性研究方法的統(tǒng)一，是學生在學習質量、天平與量筒使用后的一節(jié)實驗探究課。本節(jié)的學習是建立在比值定義法以及天平與量筒使用的基礎之上。比值定義法是在速度概念的建立過程中呈現(xiàn)的，可遷移到物質的密度的定義；學會用天平和量筒測質量、體積，進一步實驗探究物質的特性；最后將密度應用到生產實踐中。以“項鏈是純金的嗎”作為該節(jié)深度學習過程的挑戰(zhàn)性任務，分享指向深度學習的教學實施過程與評析，將深度學習理念應用到物理實驗教學中。

2.1 創(chuàng)情境導學，設懸疑引思

前驅學習活動：教師復習物體的質量概念，投屏展示四個形狀、體積相同的物體和一條項鏈，創(chuàng)設情境引入。

問題1：如何鑒別體積相同的四個物體的材質？如何鑒別項鏈是否是純金的？

學生學習活動1：從物質角度闡述自己直觀鑒別物體的方法。

拓展問題2：如果是無色的水和酒精，這種方法還適用嗎？你有更好的方法嗎？

學生學習活動2：針對水和酒精，簡述自己鑒別它們的方法步驟。

問題3：如果是顏色相同、無氣味、體積相同、材質不同的物體，你又該如何鑒別它們呢？

學生學習活動3：針對這兩個物體思考并小組討論如何鑒別它們，寫下討論的方法步驟，再集中展示。

評析：深度學習針對真實情境下的問題解決，突出學生全身心的體驗與感悟。深度學習下物理實驗教學的情境創(chuàng)設要突出“真實”與“出乎意料”的特點，因此課例中由情境與問題指引，學生逐步通過直觀看顏色和感知氣味區(qū)分鑒別物質。但同顏色、無氣味的兩物體出現(xiàn)，帶來了鑒別方法的思維沖突，從而激發(fā)學生的開放性思維，讓學生自然地進入深度學習的狀態(tài)，逐步培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出觀點的邏輯思維能力。

2.2 問題驅動促學習，實驗探究強體驗

教師演示：調節(jié)托盤天平平衡，檢驗學生稱質量來鑒別物體的猜想，如圖2所示。

圖2 天平稱質量對比

教師提問：是不是顏色相同的物體，質量不同，就不是同種物質組成的呢？自己是否能夠利用手邊的物品和測量工具進行驗證？

學生實驗：利用天平和銅柱、銅塊等進行實驗驗證自己的猜想。

學生學習活動4：通過稱質量鑒別物體時，既要考慮物體的質量，也要考慮控制物體體積相同，分組討論，學會總結物理方法。

教師提問：同種物質組成的物體的質量和體積有什么關系？不同種物質組成的物體的質量和體積又有什么關系？安排學生分組實驗去探究它們的定量關系。

評析：把傳統(tǒng)的演示實驗變成圍繞問題解決的分組實驗，同時引導學生由已學的探究路程與時間的關系過渡到本實驗，學生能更好地觀察實驗現(xiàn)象，并合作討論分析現(xiàn)象、得出最佳結論，這里面會有思維摩擦，但最終學生將獲得更加深刻的物理體驗和感悟，對于培養(yǎng)學生的科學思維方法和合作探究能力都起到重要的作用。真正遵循“任務驅動，學生主體”的教學原則，體現(xiàn)深度學習“活動與體驗”“遷移與應用”的要素，將理論與實際相結合。

2.3 實驗任務演探究，物理過程聚方法

教師布置任務：

（1）實驗目的：探究同種物質組成的物體質量和體積的關系，以及不同種物質組成的物體質量和體積的關系；

（2）實驗記錄：填寫教材表格；

（3）回答表格下的2個問題；

（4）強調注意事項。

學生學習活動5：利用電子秤和量筒分組探究銅、鐵、鋁等物質質量與體積的關系，并做好實驗記錄，回答相關問題。

教師活動：展示學生的實驗成果，引導學生定性分析，定量研究。

評析：探究實驗中學生深度參與，積極思考，充分討論。除了在小組范圍內進行分工合作外，還通過投屏方式實現(xiàn)小組間的實驗數(shù)據(jù)共享[4]，將信息技術融入物理實驗教學。讓學生通過實驗進一步驗證自己的猜想——“某種物質組成的物體，其質量與體積的關系”，從而獲得極大的成功體驗感。教師進一步引導學生定性分析數(shù)據(jù)，應用數(shù)學定量研究數(shù)據(jù)，培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作意識和科學探究能力，學會建構物理研究和學習的方法，體現(xiàn)深度學習“聯(lián)想與結構”“價值與應用”的要素。

2.4 定量建構概念，實際應用創(chuàng)新

類比速度概念的建構，教師引導學生從密度概念、公式、單位、應用等方面進行自學。

學生學習活動6：從密度概念、公式、單位、應用等方面自學教材，并完成學案。

教師介紹：密度單位換算、物理意義、m-V圖像（圖 3）。

圖3 鐵與鋁的m-V圖像

學生學習活動7：測量銅塊是否為純銅；通過測量和計算鑒定項鏈是否為純金。

評析：該教學片段中滲透了“猜想—實驗—記錄數(shù)據(jù)—定性觀察—定量分析”的探究路徑，在任務驅動下激發(fā)學生思考，在實驗探究中解決學生的實際問題；同時用舊知識建構新的物理概念，進一步運用新的知識解決實際的物理問題；運用數(shù)學比值法、圖像法研究物理問題，深化了新舊知識的聯(lián)系、不同學科之間的融合，這是符合深度學習的要素的。深度學習的實驗教學最終培養(yǎng)了學生運用數(shù)學分析問題的能力和歸納總結物理規(guī)律的概括能力，實現(xiàn)學生的課堂學習深度參與，提升了應用自主獲得的知識遷移解決實際問題的能力，實現(xiàn)物理學科核心知識及思想方法的內化，體現(xiàn)了深度學習“本質與變式”“遷移與應用”的要素。

3 結束語

在初中物理實驗教學中實踐深度學習理念下的實驗教學路徑，提升學生以科學思維導圖的方式自主建構物理基本概念、規(guī)律的能力。本節(jié)課學生在教師的引領下，以小組合作的方式，圍繞挑戰(zhàn)性學習主題，通過實驗探究、交流思辨等活動，深度參與學習任務，經歷真正的思考和動手過程，學會鑒定項鏈真?zhèn)蔚姆椒?，形成自己的研究成果，獲得成功的體驗感，遷移應用已有知識解決實際問題的能力也得到了提高，在正確理解物理規(guī)律、科學探究的基礎上形成物理觀念，物理學科核心知識及思想方法得到升華[5]，實現(xiàn)學生深度學習與教師深度教學的結合。