“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)下高中物理實驗課堂構(gòu)建分析

【摘 要】 近幾年來，物理教學(xué)課堂逐漸邁入全新的發(fā)展階段，教學(xué)目標也逐漸朝著新的方向發(fā)展。在新課標、新高考不斷落實的背景下，教師需要探索全新的教學(xué)途徑，以使教學(xué)活動質(zhì)量得到根本上的提升?；诖?，文章從高中物理實驗課堂教學(xué)工作的現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合實際的實驗教學(xué)案例，明確具體的教學(xué)思路和教學(xué)策略，力求讓教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量得到最大限度的提升，同時確保高中物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標得以落實。

【關(guān)鍵詞】 情景問題；探究學(xué)習(xí)；深度學(xué)習(xí)；高中物理

一、“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)下的課堂構(gòu)建方向

“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)對于高中物理實驗課堂的構(gòu)建具有重要意義。這種學(xué)習(xí)模式強調(diào)學(xué)生在真實的或模擬的情境中，通過自主探索和合作解決問題，從而深入理解和掌握物理知識。

（一）情境問題融合

在物理教學(xué)中，教師應(yīng)充分利用新教材的特點，在新課的導(dǎo)入部分設(shè)計富有情境的問題。在預(yù)習(xí)階段，鼓勵學(xué)生閱讀教材，展開自我提問與答辯，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望。在課堂上，借助小組討論與答辯的方式解答學(xué)生預(yù)習(xí)問題，在這個過程中，學(xué)生的認知沖突得以顯現(xiàn)，配合教師的引導(dǎo)，得以進一步引發(fā)學(xué)生的探索欲望。在探究新知識時，教師可以有意識地指導(dǎo)學(xué)生進行實驗觀察、數(shù)據(jù)整理與內(nèi)容歸納，讓學(xué)生自己在物理實驗中，通過對比分析得出勻變速直線運動的核心內(nèi)容，從而加深學(xué)生對知識的理解，提高知識的應(yīng)用能力。

（二）培養(yǎng)深度思維

在實驗課堂中，教師可以設(shè)定與現(xiàn)實生活緊密相關(guān)的物理情境，如物體運動、電路問題等，然后提出一系列引導(dǎo)性的問題，激發(fā)學(xué)生對物理現(xiàn)象的好奇心和探究欲。學(xué)生通過實驗操作、數(shù)據(jù)收集和觀察分析，逐步解答這些問題，不僅能夠加深對物理原理和實驗方法的理解，還能培養(yǎng)科學(xué)思維和解決問題的能力。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究過程中系統(tǒng)地構(gòu)建自己的知識體系，鼓勵學(xué)生通過自我問辯、師生問辯來提出問題，再通過實驗觀察與深度學(xué)習(xí)來分析問題小組討論與答辯成為學(xué)生總結(jié)與解決問題的有效途徑之一。在這一過程中，教師應(yīng)有意識地強調(diào)和引導(dǎo)學(xué)生在不同情境中學(xué)會應(yīng)用機械運動與物理模型來判斷、理解和掌握機械能守恒定律的基本原理，進而培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力、觀察能力和數(shù)據(jù)分析能力，以此最大限度地引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握科學(xué)的物理思維方法。

（三）持續(xù)反思進步

深度學(xué)習(xí)不僅僅是對知識的深入探索，更是一種對學(xué)習(xí)方式與思維的持續(xù)反思?！扒榫硢栴}探究式”學(xué)習(xí)還有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。在實驗過程中，學(xué)生需要主動思考、設(shè)計方案、動手實踐，這種主動的學(xué)習(xí)方式遠比被動接受知識更加有效。同時，學(xué)生在探究過程中可能會遇到新的問題和挑戰(zhàn)，這要求他們不斷調(diào)整策略，優(yōu)化方案，從而鍛煉了他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。在“情境問題探究式”課堂中，教師還需要幫助學(xué)生不斷回顧自己的學(xué)習(xí)過程，思考自己在問題解決中的得失，以便在下一次的學(xué)習(xí)中加以改進。同時，教師也需要重視學(xué)生的反饋，通過定期的教學(xué)評價與反饋機制，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況與困惑，為學(xué)生提供更加個性化的指導(dǎo)與幫助。

二、深度學(xué)習(xí)下“情境問題探究式”課堂的構(gòu)建策略

（一）創(chuàng)設(shè)生活化的實驗情境

“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)的首要任務(wù)是創(chuàng)設(shè)真實、有意義的實驗情境。真實的實驗情境有助于學(xué)生形成對物理現(xiàn)象的直觀認識，為后續(xù)的問題探究和深度學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。這意味著教師需要結(jié)合學(xué)生的實際生活經(jīng)驗和認知水平，設(shè)計貼近現(xiàn)實、能夠引發(fā)學(xué)生興趣的實驗場景。通過真實的情境，學(xué)生可以更好地將物理知識與日常生活相聯(lián)系，從而提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性。生活化的實驗情境可以讓學(xué)生將所學(xué)知識與現(xiàn)實生活相聯(lián)系，培養(yǎng)其運用物理知識解決實際問題的能力。例如，在探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗前，教師可先做如下的情景創(chuàng)設(shè)來引入：讓全班同學(xué)手拉手，第一個和最后一個學(xué)生手握副線圈兩端形成閉合回路，在原線圈處接通或斷開與一節(jié)干電池的連接，利用變壓器原線圈通、斷電感應(yīng)副線圈產(chǎn)生電壓來電擊學(xué)生。逐漸增大原副線圈匝數(shù)比，再讓學(xué)生體驗電擊的不同感受，以引起他們探究的熱情。又如，在完成光學(xué)實驗后，教師可以讓學(xué)生探討如何利用光學(xué)原理解決日常生活中的照明問題或設(shè)計新型的光學(xué)儀器等。

（二）設(shè)計探究性的問題鏈條

在真實的實驗情境基礎(chǔ)上，“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)要求教師根據(jù)不同的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計探究性的問題鏈條，引導(dǎo)學(xué)生從表象到本質(zhì)、從簡單到復(fù)雜地逐步深入探究物理問題。這不僅能夠鍛煉學(xué)生的思維能力，還能培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力。教師需要根據(jù)實驗?zāi)繕撕蛯W(xué)生的知識水平，提出一系列由淺入深、層層遞進的問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入探究物理現(xiàn)象和原理。以電磁感應(yīng)實驗為例，教師可以設(shè)計以下問題鏈：（1）詢問學(xué)生“什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象？”以引出實驗主題；（2）提出“哪些條件下會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象？”以引導(dǎo)學(xué)生思考實驗條件；（3）進一步探討“電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流方向與什么因素有關(guān)？”以深化學(xué)生對實驗原理的理解；（4）可以讓學(xué)生自行設(shè)計實驗方案來驗證其猜想，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力。

（三）引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)

“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)不僅需要教師創(chuàng)設(shè)出真實、有意義的實驗情境、設(shè)計出探究性的問題鏈，還需要引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)。可以說，在“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)是最終目的。為實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，教師需要在實驗課堂上給予學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)和探究空間。尤其是在問題提出后，教師需要給學(xué)生留出充足的自我思考空間，并借助小組合作、討論交流等方式，鼓勵學(xué)生積極參與到實驗過程中來，自主設(shè)計實驗方案、收集和分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論并進行反思。同時，教師還可以提供必要的指導(dǎo)和支持，幫助學(xué)生解決實驗中遇到的問題和困難，并找出實驗中存在的問題。

三、深度學(xué)習(xí)下“情境問題探究式”課堂的實踐案例

“情境問題探究式”深度學(xué)習(xí)在高中物理實驗課堂的構(gòu)建中，能夠顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和科學(xué)素養(yǎng)。它不僅幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理知識，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維和實踐能力，為他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。因此，這種學(xué)習(xí)模式應(yīng)該在高中物理實驗教學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

（一）情景引入

通過“鐵球碰鼻尖”小游戲?qū)耄屢幻麑W(xué)生到講桌前，利用單擺將小鐵球幾乎貼到學(xué)生鼻尖（但不接觸），拉開一定角度后放手，鐵球并未碰到鼻尖。但學(xué)生仍會不自覺地躲閃，表現(xiàn)出對“機械能守恒”的不信任。

（二）問題設(shè)置

問題一：為什么鐵球沒有碰到同學(xué)的鼻尖呢？通過情景導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生尋找現(xiàn)象中的物理規(guī)律，幫助學(xué)生建立科學(xué)探究的動機。

問題二：機械能守恒的前提是什么？想一想有哪些過程滿足這一條件？

學(xué)生回答：自由落體，物體在光滑斜面上下滑，用細線懸掛的小球擺動……

教師引導(dǎo)：以上實例在實際操作中均存在阻力，哪些方案可以減小阻力影響呢？

針對過程中空氣阻力、摩擦阻力可否忽略的問題，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹思考，在處理問題時抓住主要矛盾，合理忽略次要因素進行模型構(gòu)建的科學(xué)思維能力。

問題三：如何設(shè)計實驗來驗證你所選擇的過程中機械能是否守恒呢？學(xué)生分組討論，得出結(jié)論。

（三）設(shè)計探究方案

要完成你設(shè)計的實驗，你認為需要利用什么器材？如何設(shè)計此實驗？需要測量哪些物理量？請你把自己研究的方案寫出來并與同組同學(xué)交流，最終制訂本小組探究方案。

（四）展示方案

1. 說明設(shè)計原理和思想。

2. 說明具體如何測量相應(yīng)物理量。

3. 說明如何處理所得數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論。

（五）實驗實施

1. 實驗?zāi)繕撕蛯嶒炂鞑?/p>

為確保實驗的豐富性和可視化效果，精心選擇以下實驗器材：重錘、打點計時器、毫米刻度尺、鐵架臺等，用以完成自由落體機械能守恒驗證實驗；借助氣墊導(dǎo)軌（帶有刻度）、滑塊、數(shù)字計時器、光電門、擋光條研究沿斜面下滑物體的機械能。

2. 詳細實驗步驟與內(nèi)容

（1）自由落體實驗探究

為深入探究小球在自由落體過程中的動能與勢能轉(zhuǎn)換，教師應(yīng)設(shè)定明確的問題：在小球自由下落時，其動能和勢能是如何進行轉(zhuǎn)換的？這一過程中機械能是否保持恒定？引導(dǎo)學(xué)生利用打點計時器精確記錄小球下落的高度和時間。通過多次重復(fù)實驗，學(xué)生收集到一系列詳盡的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供堅實的基礎(chǔ)。在這一階段，需要學(xué)生深入分析小球下落過程中動能和勢能的轉(zhuǎn)換機制，以及這種能量轉(zhuǎn)換是如何體現(xiàn)機械能守恒的。這一過程不僅要求學(xué)生具備扎實的物理基礎(chǔ)知識，還需要學(xué)生具備嚴謹?shù)倪壿嬎季S和數(shù)據(jù)分析能力。

（2）斜面實驗分析

為更全面地理解機械能守恒定律，學(xué)生還應(yīng)進一步研究沿斜面下滑物體的機械能，借助氣墊導(dǎo)軌展開實驗。學(xué)生可通過氣墊導(dǎo)軌上的標尺讀出滑塊下滑的距離并算出下降的高度，利用光電門和數(shù)字計時器算出瞬時速度。這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的能量轉(zhuǎn)換分析提供有力的支持。在這一階段的學(xué)習(xí)中，還可拓展探究斜面傾角、加速度等因素對機械能守恒有無影響，以加深對機械能守恒定律的理解。

（3）數(shù)據(jù)整合與深度討論

在完成上述兩組實驗后，教師引導(dǎo)學(xué)生對收集到的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的整理和分析，并且要求學(xué)生嘗試利用公式和圖像兩種手段直觀地展示實驗結(jié)果。通過對比理論值和實驗值，深入分析實驗誤差的可能來源，如空氣阻力、摩擦等。在小組討論環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生積極交流自己的發(fā)現(xiàn)和觀點，共同撰寫分析報告。經(jīng)過數(shù)據(jù)整合和問題探討分析，學(xué)生可以進一步發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題，進而提出一系列可能的改進措施。這一過程可以極大地鍛煉了學(xué)生的批判性思維和科學(xué)分析能力。

（4）問答交流與深化理解

在實驗結(jié)束后，教師根據(jù)實驗結(jié)果提出一系列問題，如“實驗中哪些因素導(dǎo)致機械能的不完全守恒？如何盡可能減小阻力的影響”等。學(xué)生分組進行深入地討論，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)和理論知識給出詳盡的解答。借助問答幫助學(xué)生加深對機械能守恒定律的理解和應(yīng)用能力，同時鍛煉學(xué)生的邏輯思維和表達能力。

（5）總結(jié)反饋與能力提升

在科學(xué)實驗的教學(xué)過程中，實驗報告的撰寫是學(xué)生進行實驗后的必要步驟。在這一過程中，學(xué)生需要將實驗過程、觀察到的現(xiàn)象、記錄的數(shù)據(jù)以及得出的結(jié)論等細節(jié)進行詳細的記錄和整理。這一過程不僅幫助學(xué)生鞏固了實驗知識，還培養(yǎng)了他們的邏輯思維和表達能力。在實驗報告的撰寫過程中，學(xué)生將零散的實驗數(shù)據(jù)和信息進行整合，以條理清晰、邏輯嚴密的方式呈現(xiàn)出來，這也是逐步回答課堂中設(shè)計的每一個問題的過程。需要注意的是，教師在審閱報告后，應(yīng)給予學(xué)生針對性的點評和建議。這些點評和建議不僅包括對實驗操作技能的指導(dǎo)，還應(yīng)涉及對實驗思維、科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。同時，教師還應(yīng)鼓勵學(xué)生勇于探索、敢于質(zhì)疑，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和批判性思維。學(xué)生在接收到教師的點評和建議后，可以對自己的實驗操作和報告內(nèi)容進行反思和改進。

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2022年河北省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃立項課題一般課題“深度學(xué)習(xí)指導(dǎo)下的‘創(chuàng)設(shè)情境、問題探究式’高中物理實驗教學(xué)實踐探究”（課題編號：2205238）。