深度學習背景下高中物理實驗教學策略探究

摘 要：在新課改背景下，以往的教學模式已無法滿足學生的學習需求，這就要求教師做好對教學模式的優(yōu)化創(chuàng)新，打造高質(zhì)量的教學課堂，充分調(diào)動學生的主觀能動性，促進學科教學的高效開展。實驗教學作為高中物理教學的重要環(huán)節(jié)，通過開展探究實驗，教師不僅可以幫助學生驗證所學知識，還能培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，使學生養(yǎng)成良好的學習習慣。由此，本文對深度學習背景下高中物理探究實驗教學進行研究，首先介紹了探究實驗對學生學習的重要性，隨后對具體的教學策略進行探究，以期推動物理教學的高效開展，為學生的全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：深度學習；高中物理；探究實驗

深度學習是建立在學生對知識的初級理解基礎(chǔ)上，以學科整合和遷移為目的，旨在達成核心素養(yǎng)目標的教學理念。在高中物理教學過程中，教師應(yīng)從深度學習視角出發(fā)，對學生的學習現(xiàn)狀進行分析，找出影響學生學習效果的因素，并通過探究實驗引導學生物理思維的發(fā)展。通過這種方式，學生能夠在實驗的過程中加深對所學知識的理解，還能在教師的指導下有效調(diào)整自身的學習策略，促進深度學習，為后續(xù)教學質(zhì)量的提高奠定基礎(chǔ)。

一、深度學習的特征

（一）主動性

從學習方式上來看，教育學領(lǐng)域中的深度學習更強調(diào)學生的深度思考，注重學生在學習過程中的主動性。其中，深度思考是深度學習得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，要求學生對知識進行深入探究，不斷挖掘知識的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，而不是停留在表面的理解和記憶上[1]。主動性則是深度學習的驅(qū)動力，通過鼓勵學生積極參與學習過程，主動思考和探索，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

（二）整合性

在物理學習過程中，深度學習理念不僅要求學生掌握基礎(chǔ)的理論知識，還需要學生做好對所學知識的整合，在此基礎(chǔ)上形成完整的知識體系，實現(xiàn)對物理現(xiàn)象、規(guī)律和原理的深入理解和綜合運用，為學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。而通過探究實驗，學生可以更加直觀地感受到物理知識的實際應(yīng)用價值和內(nèi)在聯(lián)系，加深對知識的理解和記憶。

（三）遷移性

遷移性也是深度學習的重要特征，指學生通過學習，能夠?qū)⑺鶎W知識用于解決實際問題的過程中。對新課改下的物理教學而言，深度學習的遷移性主要表現(xiàn)在學生能夠?qū)⑺鶎W的物理知識和實驗技能遷移到其他學科的學習中，且能在日常學習及生活中運用跨學科知識解決問題，形成跨學科意識，使學生建立理論知識與實際生活之間的聯(lián)系，能夠為學生的職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

二、深度學習背景下高中物理探究實驗教學策略

（一）以深度學習為基礎(chǔ)，制定合理的學習目標

在深度學習背景下，物理教師需提前對實驗內(nèi)容進行研究分析，根據(jù)學生的學習水平，合理制定教學目標，給予學生正確的學習引導。此過程中，教師應(yīng)在明確實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，分析物理學科核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，以使教學目標的引導作用得到充分發(fā)揮，促進后續(xù)物理實驗教學的順利開展[2]。同時，教師還要注重學習目標的探究性，引導學生主動探究實驗內(nèi)容，以使學生通過實驗了解物理知識的本質(zhì)。這不僅可以提高學生的思維能力，還能對其核心素養(yǎng)進行有效培養(yǎng)，促進學生的全面發(fā)展。例如，在學習人教版必修第一冊《實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律》這一課時，本實驗的原理為利用打點計時器獲取的紙帶信息，代入算式，以點為中心，計算一小段位移的平均速度，代替點的瞬時速度。此過程中，為使學生的學習更具針對性，教師可將教學目標設(shè)為：1.掌握打點計時器的使用方法，能夠正確處理紙帶數(shù)據(jù)。2.學會利用實驗數(shù)據(jù)測量瞬時速度的方式，并能正確應(yīng)用圖像處理實驗數(shù)據(jù)，探究小車隨時間變化的規(guī)律。同時，在實際教學過程中，教師還可以引導學生進行小組合作學習，每個小組都需要按照實驗步驟，完成實驗設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)收集與處理以及實驗結(jié)論的總結(jié)。通過小組內(nèi)的討論與合作，學生不僅可以互相學習、互相幫助，還能在共同解決問題的過程中加深對實驗內(nèi)容的理解，提升對物理知識的應(yīng)用能力。由此，通過合理制定學習目標，學生間的個體差異得到消除，還能使其在學習中提高自己的學習水平，實現(xiàn)深度學習的目標，為后續(xù)學生的學習發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）基于實驗內(nèi)容，科學設(shè)計問題

物理實驗教學涉及大量的概念、原理等知識，且對于學生的實踐能力要求較高。在這種情況下，教師若想提升學生的核心素養(yǎng)，實現(xiàn)深度學習目標，就需要對現(xiàn)行的實驗教學模式進行優(yōu)化，堅持以學生為主體教學理念，科學設(shè)計教學問題，激發(fā)學生對物理知識的學習動力[3]。具體來說，教師可在實驗開始前對學生提出問題，讓學生帶著問題思考實驗內(nèi)容，并結(jié)合具體的學習環(huán)境對題干進行調(diào)整，進一步激發(fā)學生的探究欲望，加強學生對物理知識的掌握。需要注意的是，對題目類型的設(shè)置應(yīng)以開放題為主，注重培養(yǎng)學生的自主學習能力，只有這樣，學生才能養(yǎng)成良好的學習習慣，物理實驗教學也才能順利開展。例如，在學習人教版必修第一冊《牛頓第一定律》這一課時，教師就可以先引導學生復習上節(jié)課所學的內(nèi)容，然后在講臺上放置一輛小車，施加推力使小車動起來。當小車停止運動后，教師可向?qū)W生提問“靜止的小車在接受推力后由靜止變?yōu)檫\動，待撤走該力后，車的運動狀態(tài)會如何？”經(jīng)過觀察，有的學生發(fā)現(xiàn)車輛的行駛速度會在推力撤走后逐漸變慢，直至停下。對此，教師可引出本節(jié)課的教學問題“運動一定需要力來維持嗎？”隨后，教師讓學生利用手頭的實驗器材，如小車、斜面、毛巾、棉布等，自主設(shè)計實驗來探究這個問題。學生需要在教師的指導下，明確實驗?zāi)康?、設(shè)計實驗步驟、觀察實驗現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)，最后分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。通過這種方式，學生能夠帶著自己的疑問開展實驗，更加深入地理解牛頓第一定律，且這也可以實現(xiàn)對學生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，有助于激發(fā)學生的探究欲望，為后續(xù)實驗教學的有序開展奠定基礎(chǔ)。

（三）引入信息技術(shù)，創(chuàng)新實驗?zāi)Ｊ?/p>

1.建設(shè)虛擬實驗室

虛擬實驗室指通過深度學習技術(shù)創(chuàng)設(shè)計算機模擬環(huán)境，讓學生通過虛擬實驗的方式探究物理現(xiàn)象，了解科學原理。從實際教學情況來看，學生可通過虛擬實驗室對各種物理實驗條件進行模擬，觀察現(xiàn)象并測量數(shù)據(jù)，而無須使用真實的實驗設(shè)備完成實驗。這不僅可以給學生提供真實的學習體驗，還能緩解部分學校資源不足、實驗開展受限的問題[4]。同時，在虛擬環(huán)境中，學生還可以進行危險性或成本較高的實驗，或是模擬不同條件下的實驗，幫助學生正確認識變量這一概念。這不僅可以擴大學生的實驗范圍，還能豐富學生的知識儲備，對其以后的學習發(fā)展有著重要積極的促進作用。例如，在學習人教版必修第二冊《行星的運動》這一課時，教師就可以應(yīng)用信息技術(shù)組建虛擬實驗室，通過模擬行星的運動軌跡，直觀理解開普勒定律對行星運動的描述，使學生認識到“地心說”與“日心說”的不同。同時，教師還可以適度調(diào)整行星的運動參數(shù)，如初始速度、軌道半徑等，觀察行星運動軌跡的變化，并引導學生思考這些參數(shù)的變化給行星運動帶來的影響。由此，學生對開普勒定律的理解更加深入，還能掌握利用開普勒定律解釋天體運動的方式，這對其學習效果的提升有著重要的促進作用。

2.引入智能化實驗設(shè)備

在高中物理實驗教學過程中，學生可應(yīng)用智能化實驗設(shè)備，自動收集實驗過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行實時分析。同時，該設(shè)備還能追蹤數(shù)據(jù)的變化，生成可視化圖表及報告，以幫助學生理解實驗結(jié)果，達成既定的實驗?zāi)繕薣5]。從實際應(yīng)用效果來看，智能化實驗設(shè)備的應(yīng)用能夠有效減輕學生的實驗負擔，使他們能夠全身心投入實驗核心環(huán)節(jié)。而教師也可以利用該設(shè)備對學生的實驗過程進行分析，了解學生的不足及學習需求，在后續(xù)教學中根據(jù)他們的水平調(diào)整實驗條件，及時提供指導建議。通過這種方式，學生的實驗技能水平得到提升，還能通過分析實時反饋了解自身的錯誤，在后續(xù)學習中進行有效調(diào)整，提高學習過程的有效性。此外，智能化實驗設(shè)備還可以通過遠程監(jiān)控及控制等功能，提高實驗過程的安全性，確保實驗條件的一致性，為實驗結(jié)果的可重復性提供保障。此外，教師還可以應(yīng)用智能化實驗設(shè)備組織學生進行原創(chuàng)性研究項目，讓學生根據(jù)自身的興趣和專長，選擇研究方向，設(shè)計實驗方案，探索未知的物理現(xiàn)象，再利用智能化實驗設(shè)備收集和分析數(shù)據(jù)，最終得出研究結(jié)論。這不僅可以提升學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，還能培養(yǎng)他們的科研素養(yǎng)和團隊協(xié)作能力，為他們未來的學習發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

（四）自主設(shè)計實驗，強化動手實踐能力

為確保高中物理實驗教學的有序開展，教師應(yīng)指導學生自主設(shè)計實驗，充分發(fā)揮自身所學，完善實驗流程，這不僅可以激發(fā)學生的探究興趣，還能有效提高學生的實驗水平?；诖耍處煈?yīng)堅持深度學習理念，在此基礎(chǔ)上給予學生正確的引導，使其全身心參與到物理實驗中。通過這種方式，學生能夠大膽思想、勤于動手，并在參與實驗的過程中得到更多收獲。此過程中，開放性實驗的設(shè)計不僅能滿足學生個性化學習的需求，還能促進學生創(chuàng)新思維和動手實踐能力的有效發(fā)展。例如，在學習人教版必修第二冊《實驗：探究平拋運動的特點》這一課時，教師就可以指導學生設(shè)計開放性實驗。首先，讓學生觀察斜向上拋出粉筆的運動軌跡，再讓學生觀察桌面上小球在掉落地下的過程中所做的運動軌跡。隨后，教師可引導學生對比分析這兩種運動軌跡的異同，并提問：“這兩種運動是否都屬于平拋運動？為什么？”在學生思考并給出答案后，教師可以進一步引導：“如何設(shè)計一個實驗來驗證猜想？”通過這一問題的引導，學生能夠在教師的指導下利用身邊的器材，如小球、斜面、刻度尺、秒表等，自主設(shè)計實驗方案，并通過描跡法、徑跡法等方式，測量高度、水平距離、記錄時間等信息，然后進行實驗操作，觀察實驗現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)。

當數(shù)據(jù)收集完畢后，學生需要對數(shù)據(jù)進行處理和分析，找出水平位移與豎直位移之間的關(guān)系，并嘗試用數(shù)學公式進行描述。通過這種方式，學生不僅能夠深刻理解平拋運動的特點和規(guī)律，還能夠提高動手實踐能力和科學探究能力，有助于促進學生的全面發(fā)展。

（五）課后互動，深化對知識的理解

在以往的高中物理實驗教學中，教師通常在課后要求學生結(jié)合習題思考實驗內(nèi)容，這種方式雖然可以提高學生的學習成績，但很難啟發(fā)學生思維，無法深化學生對知識點的掌握。同時，習題布置也會導致學生對物理學習產(chǎn)生抵觸感，不利于后續(xù)物理教學的有序開展。基于此，教師應(yīng)堅持深度學習理念，注重學生學習熱情的培養(yǎng)，使其以積極的狀態(tài)投入實驗活動中，并通過課后互動對實驗過程進行總結(jié)分析，這不僅可以培養(yǎng)學生的高階思維，還能加深其對知識點的理解，有助于增強學生的實驗探究能力。例如，在學習人教版必修第二冊《實驗：驗證機械能守恒定律》這一課時，本實驗按照如圖所示進行，通過檢測從釋放點到某位置的重力勢能是否發(fā)生變化，驗證機械能守恒定律。具體而言，學生需要按照圖中所示安裝實驗器材，使用學生電源供電，并在接通電源前用手提升紙帶至打點計時器處。隨后，接通電源，再松開紙帶，讓該重物自由下落，關(guān)閉電源，再重復上述步驟2次，打出3張紙條。然后，測量并記錄紙帶上各點間的距離，特別是起始點到某點、、等的距離，以及相鄰兩點間的距離，通過公式求出對應(yīng)點的瞬時速度，并利用這些數(shù)據(jù)確定物體在選定位置上的重力勢能和動能是否滿足機械能守恒定律。最后，拆除器材，整理臺面。在課后互動環(huán)節(jié)，教師可以引導學生對實驗過程進行反思和總結(jié)，討論實驗中的難點和易錯點，以及實驗結(jié)果與預(yù)期之間的差異。同時，教師還可以提出一些開放性的問題，如“如果改變重物的質(zhì)量，實驗結(jié)果會有何變化？”或“如果在實驗中考慮空氣阻力和紙帶與打點計時器之間的摩擦力，應(yīng)該如何修改實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析方法？”通過對這些問題的探討分析，學生對物理知識的探究興趣得到充分激發(fā)，還能在教師的指導下提高自身的實驗水平，加深對機械能守恒定律等知識的理解，促進后續(xù)物理教學的高效開展。

此外，教師還可以利用互聯(lián)網(wǎng)搭建線上交流和討論的平臺，讓學生在這個平臺上分享自己的實驗過程和心得，提出自己的問題和困惑，并與其他同學和教師進行交流和討論。通過這種方式，學生不僅可以獲得更多的學習資源和學習支持，還能感受到自己在實驗教學中的參與，有助于調(diào)動學生的學習積極性，深化其對知識點的理解和掌握。

結(jié)束語

在當前的高中物理教學中，教師應(yīng)對現(xiàn)行的教學模式進行優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合實際需求創(chuàng)新教學模式，推動深度學習理論的全面落實，為后續(xù)教學工作的高效開展打下堅實的基礎(chǔ)。由此，本文對深度學習背景下的高中物理實驗進行研究，首先探討了深度學習在實驗教學中的應(yīng)用，隨后提出了合理制定教學目標、科學設(shè)計問題等策略，以充分發(fā)揮物理實驗教學對學生成長的促進作用，為后續(xù)學生的全面發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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