深度學習背景下初中物理實驗教學設計

張艷

【摘要】實驗是物理教學中的重要組成部分，也是初中生在學習物理中必須要掌握的一項知識和技能，不僅對學生理解知識、解決問題有著重要意義，還是實現(xiàn)深度學習的重要因素.為了提高初中物理教學效率，實現(xiàn)深度學習目標，本文在分析深度學習概念的基礎上，圍繞激發(fā)好奇心、創(chuàng)設情境、自制實驗用具、改進實驗設計等展開探究，以期優(yōu)化物理實驗教學設計，為學生物理綜合素養(yǎng)發(fā)展奠定良好基礎.

【關鍵詞】深度學習；初中物理；實驗教學

1 深度學習的概念

深度學習概念最初由美國兩位學者費倫斯·馬頓和羅杰·薩爾喬提出.近些年，深度學習理念成了教育領域探究的熱點之一，我國很多學者認為，深度學習與淺層學習有著本質的區(qū)別，深度學習多是學生在教師的引領下，全身心參與到主題活動探究中，從中收獲成功體驗和發(fā)展，這一過程中，學生既可以掌握核心知識，又能在理解性學習中找出其中的關聯(lián)性和規(guī)律性，并內化為自身知識結構，使學生逐漸成為優(yōu)秀的創(chuàng)造性學習者，運用所學知識解決問題，成為未來社會實踐的主人[1].

2 深度學習背景下初中物理實驗教學有效策略

2.1 激發(fā)學生好奇心，培養(yǎng)探索習慣

初中學生正處于青春期，身心發(fā)展尚不成熟，但對外界事物卻充滿了好奇心和探索欲望.教師在物理實驗教學中，應利用學生這一發(fā)展特征，創(chuàng)新教學形式，激發(fā)學生對實驗的探究興趣，并在合理的引導下，逐步將對實驗現(xiàn)象的好奇轉變?yōu)樘剿骱蛯W習的動力.這樣一來，學生對物理實驗產生濃厚的興趣，在實驗探究環(huán)節(jié)積極思考問題，在教師的合理引導下形成良好的探索習慣[2].

例如 以蘇科版初中物理八年級上冊“升華和凝華”教學為例，首先，教師在導入環(huán)節(jié)向學生展示兩段視頻，第一段視頻是影視劇中古代人民祈雨的過程，第二段視頻則是當下出現(xiàn)旱情，飛機人工降雨.并提出問題：人工降雨中飛機在高空投撒的固態(tài)物質是什么呢？為什么會有雨形成？引起學生學習興趣的同時，還可以破除迷信思想，助力科學意識的形成.隨后，結合視頻引導學生思考，運用生活經驗舉例說明自然界固態(tài)和氣態(tài)之間能否相互轉化，通過“冰凍的衣服也可以變干”“冬天的雪人會變小”“冬天依附鐵絲形成的霜”等案例，讓學生對升華和凝華形成初步感性的認識.最后，教師引領學生設計相關的物理實驗“用酒精燈加熱固體碘”，將學生的好奇心與求知欲有效激發(fā)出來，并在實驗中認真觀察所產生的現(xiàn)象，對比實驗結論展開分析，以得到相應的結論.

2.2 創(chuàng)設實驗情境，激發(fā)探究欲望

情境教學法是教育改革后，受到師生歡迎的一種新興教學方法，被廣泛應用在教育領域中.在初中物理實驗教學中，教師可以針對實驗特點和現(xiàn)象，創(chuàng)設出具有針對性的教學情境，讓學生沉浸其中開展高效學習，以加強對知識的理解.傳統(tǒng)物理實驗教學中，教師多是簡單分析實驗步驟后，要求學生按照教材中所呈現(xiàn)的步驟操作，側重對實驗結果的驗證和分析，導致課堂氛圍較為嚴肅、枯燥[3].對此，教師在創(chuàng)設實驗情境時應積極運用信息技術，讓學生在生動、直觀的情境中進行觀察和分析，激發(fā)探究欲望后再指導學生操作實驗，如此一來，學生在實驗探究中會不自覺想起情境內容，主動對實驗現(xiàn)象進行分析和總結，進而強化實驗教學效率.

例如 以蘇科版初中物理九年級上冊“杠桿”教學為例，首先，教師借助多媒體向學生展示一組以“生活中常見的杠桿”為主題的動畫，讓學生觀察動畫內容，嘗試歸納其中的共同點，教師則要給予學生充足的時間和空間思考，了解和掌握杠桿的共同特征，使學生的綜合能力得到初步的培養(yǎng).隨后，教師創(chuàng)設實驗情境，向學生展示教材實驗裝置，鼓勵學生結合杠桿特點說一說實驗原理及步驟，待學生闡述自身觀點后，再播放演示實驗，讓學生對探究實驗形成初步的認識.接著，為學生提供帶有刻度的杠桿、鐵架臺、測力計、鉤碼、線（或彈簧夾）等實驗用具，讓學生結合演示視頻內容自主操作，并記錄實驗數據.具體實驗步驟如下：（1）實驗前先調節(jié)杠桿兩端的螺母，保持杠桿在水平位置平衡；（2）在杠桿兩側不同位置懸掛鉤碼，保持杠桿平衡后，記錄實驗數據；（3）多次實驗，調整鉤碼位置和數量，將實驗數據記錄下來.根據圖1現(xiàn)象學生可以認識到，雖然杠桿兩側懸掛鉤碼重量不同，F(xiàn)1>F2，但通過調整懸掛距離l1<l2，仍然可以讓杠桿保持平衡，教師順勢引出動力、動力臂、阻力、阻力臂的概念，學生可以借助實驗數據自行總結出杠桿平衡的條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂，即F1×l1=F2×l2.為了實現(xiàn)深度學習，教師繼續(xù)提問：當動力與阻力在支點同側時，這一結論是否也成立？學生則要按照圖2所示操作實驗，利用彈簧測力計提供阻力，發(fā)現(xiàn)F1×l1=F2×l2這一結論仍然成立.

2.3 自制實驗用具，培養(yǎng)動手能力

初中物理是學生系統(tǒng)化學習物理的開始，為了讓學生喜愛物理，教材內容中涉及的物理實驗數量較多，且與生活密切相關.因此，實際教學中，教師應積極調動學生的生活經驗，指導學生自制實驗用具，借此來培養(yǎng)學生的動手能力，同時消除學生對實驗用具的陌生感，從而更高效地進行初中物理實驗，達到深度學習的目標[4].

例如 以蘇科版初中物理八年級上冊“凸透鏡成像的規(guī)律”教學為例，為了讓學生參與到實驗探究中，對凸透鏡成像規(guī)律有初步感性的認識，教師可以嘗試自制實驗用具，以鍛煉其動手能力.具體來說，實際教學中教師可以為學生提供木棍、放大鏡、硬紙片、橡皮筋、蠟燭、塑料薄膜、膠帶等材料，讓學生對照教材中的實驗情境圖制作實驗用具：（1）將長約1m的直木棍外包上一層白紙，并標出刻度，便于讀出物距、像距；（2）用硬紙片做兩個圓筒，一個長為10cm，另一個長為20cm，直徑與放大鏡一致，用膠帶將圓筒與放大鏡固定在一起，再用膠帶將塑料薄膜平整固定在上面作為光屏；（3）將蠟燭、放大鏡、塑料薄膜光屏依次放在木棍上，并用橡皮筋固定好；（4）用手電筒照射放大鏡，調整放大鏡和塑料薄膜光屏的位置，直到塑料薄膜上看到最小的亮點，放大鏡到塑料薄膜的距離即為焦距；（5）蠟燭位置始終不變，將放大鏡分別放在不同的位置，滿足U>2f、f<U<2f、U<f等條件，再分析物距、像距、焦距之間的關系，歸納出凸透鏡成像的規(guī)律.隨后，學生制作實驗用具并完成操作實驗后，教師對學生制作出的道具進行點評，指出其中的優(yōu)缺點，使學生能在教師的指導下進一步改進實驗用具，解決光具座成像不夠清晰、亮度不夠的問題.

2.4 改進實驗設計，降低操作難度

新課標主張學生親身參與到實驗中，在經歷分析、思考、操作和驗證后，理解實驗步驟及原理，實現(xiàn)深度學習.但物理課堂中仍存在用演示實驗來代替操作實驗的現(xiàn)象，原因主要有二：一是受到教學設備和實驗難度的限制，二是考慮到學生安全問題[5].這種教學理念無形中影響了學生對物理實驗的理解和掌握.對此，在深度學習背景下，教師要改進實驗設計，通過簡化實驗、省略不必要步驟等方式來降低學生的實驗操作難度，讓實驗過程以直觀、具體的形式呈現(xiàn)在學生面前，以提高實驗教學效率.

例如 以蘇科版初中物理九年級上冊“變阻器”教學為例，本課中涉及的實驗難度較大，學生雖然已經理解電阻大小與導體材料、長度、橫截面積有關，但滑動變阻器的結構和接線情況較為復雜，學生往往難以掌握.對此，教師應指導學生動手制作實驗用具，再開展實驗探究滑動變阻器的工作原理.首先，教師可以借助旋鈕式收音機展開實物教學，通過旋鈕改變音量高低，激發(fā)學生求知欲的同時，引入“變阻器”概念，讓學生對后續(xù)實驗保持較高的興趣.隨后，指導學生用鉛筆芯自制簡易變阻器：（1）將鉛筆芯固定在小木板上，在它的一端連接一根導線，另一根導線則圈成個小圓環(huán)，套在鉛筆芯上，就成為簡單的鉛筆芯滑動變阻器了；（2）將它串聯(lián)在電路中，來回移動它的活動端，以改變電阻值，控制電路中的電流大小.最后，再借助簡易滑動變阻器來開展探究實驗，學生操作起來更加簡便，實驗現(xiàn)象也更加直觀.如此一來，將物理實驗要求和難度降低在合理的范圍內，學生既可以通過操作收獲相同的現(xiàn)象和效果，又能保證實驗安全、順利地完成操作.

2.5 設計跟蹤練習，提升遷移能力

新課標中要求培養(yǎng)學生獲取、處理信息以及分析、解決問題的能力.要滿足這一要求，教師需要充分挖掘教學的核心素養(yǎng)，結合教材制定實驗開展教學的基礎上，還應在練習中引入拓展教學資源，設計探究類跟蹤訓練，以挖掘學生的物理探究潛能.學生在探究新的實驗中，需要靈活運用所學知識解答問題，教師結合學生解題情況加以指導，能有效提高學生的遷移能力.

例如 以蘇科版初中物理九年級上冊“歐姆定律”教學為例，在課內實驗探究結束后，為了進一步鞏固學生的學習成果，教師應設計難度適宜的習題，具體內容如下：

（1）表1是研究電流強度與電阻關系的實驗記錄，保持電壓不變，分析實驗結果，得出結論為：在電壓一定的情況下，導體中電流強度____

（2）假設電阻兩端的電壓為12V，通過電流的強度是0.9A，若想讓通過的電流強度變?yōu)?.3A，則其兩端電壓應為____V.

（3）某定值電阻兩端的電壓是3V，電流強度是0.4A，如果將兩端電壓變?yōu)?V，用量程是0.6A的電流表測量定值電阻通過的電流強度，這是（ ）

（A）可以. （B）不可以. （C）不確定.

通過設計與實驗相關的習題，指導學生一邊解題，一邊回憶物理實驗內容，并結合實驗時的物理現(xiàn)象、實驗規(guī)律和實驗結論來解決這一問題.對于部分知識掌握不扎實的學生而言，解題中會出現(xiàn)錯解，教師可以開展針對性指導，幫助學生找出錯誤的原因，進一步強化對知識的理解與內化.

3 結語

總的來說，實驗是初中物理教學中的重要組成部分，教師只有轉變傳統(tǒng)教學觀念，優(yōu)化實驗教學設計，才能激發(fā)學生的探究欲望，實現(xiàn)深度學習.在初中物理實驗教學中，教師應有效整合教學資源，培養(yǎng)學生的認知能力、操作能力，養(yǎng)成良好的實驗習慣，以促進初中物理實驗教學效率和質量的提高.

參考文獻：

[1]成云飛.初中物理教學深度學習的實踐與思考[J].教育藝術，2021（12）：23.

[2]李剛.聚焦實驗研究促進深度教學[J].物理教師，2021，42（12）：37-39.

[3]馬鑫成.加強初中物理實驗教學，提高教學效率[J].天津教育，2021（36）：98-99.

[4]王新群.基于深度學習的初中物理教學實踐探索[J].新課程，2021（45）：215.

[5]高慶鑫.基于深度學習的初中物理創(chuàng)新實驗設計路徑初探[J].考試周刊，2021（86）：103-105.