深度學(xué)習(xí)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

摘 要：深度學(xué)習(xí)視域下，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注重實(shí)踐操作與理論教學(xué)的深度融合，著重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力以及自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)傳授到能力培養(yǎng)的根本性轉(zhuǎn)變。就深度學(xué)習(xí)下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)遵循的原則進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并提出了六個(gè)具體的教學(xué)策略：設(shè)計(jì)層層深入的實(shí)驗(yàn)流程，引入環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)置開放式難題，開展個(gè)性化實(shí)驗(yàn)，利用虛擬仿真技術(shù)模擬物理場(chǎng)景，借助數(shù)據(jù)采集設(shè)備深度分析學(xué)情。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；初中物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)策略

作者簡(jiǎn)介：張仁和（1980—），男，甘肅省莊浪縣北辰學(xué)校。

深度學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)知識(shí)的內(nèi)在建構(gòu)與理解，提倡以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、模型模擬和自主學(xué)習(xí)的方式深化認(rèn)知。將深度學(xué)習(xí)理念融入初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的洞察力，提高其解決復(fù)雜問題的能力，激發(fā)其創(chuàng)新思維與科學(xué)探究精神。在此過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)保持真實(shí)性與實(shí)踐性，確保虛擬與現(xiàn)實(shí)操作的平衡，既要充分利用數(shù)字化工具提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，也要重視對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，避免過度依賴技術(shù)而忽視基礎(chǔ)技能訓(xùn)練。此外，引導(dǎo)學(xué)生正確理解和運(yùn)用深度學(xué)習(xí)方法解析物理問題，也是深度學(xué)習(xí)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中不可忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一、深度學(xué)習(xí)視域下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)遵循的原則

（一）層次性原則

層次性原則強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)應(yīng)由淺入深、由簡(jiǎn)至繁逐步推進(jìn)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)按照學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，從基礎(chǔ)的物理現(xiàn)象和定律出發(fā)，設(shè)計(jì)不同難度的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過動(dòng)手操作逐步理解和掌握物理學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的構(gòu)建與深化［1］。

（二）挑戰(zhàn)性原則

挑戰(zhàn)性原則要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)具有一定的探索性和難度，能夠激發(fā)學(xué)生主動(dòng)解決問題的興趣和動(dòng)力。在深度學(xué)習(xí)框架下，教師可設(shè)定具有一定復(fù)雜度和挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，使學(xué)生在面對(duì)問題時(shí)進(jìn)行深度思考，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析問題、解決問題的能力以及勇于探索未知的科學(xué)精神。

（三）開放性原則

開放性原則倡導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境和內(nèi)容的多元化、開放性。這一原則不僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)主題和方法的選擇上——允許并鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新，也體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解讀和評(píng)價(jià)上——尊重學(xué)生的個(gè)體差異，接納多元化的解決方案。具備開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)既有利于拓寬學(xué)生的視野，提高他們的創(chuàng)新思維能力，也有助于學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，真正實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)目標(biāo)。

二、深度學(xué)習(xí)視域下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

（一）理論融合實(shí)踐

1.設(shè)計(jì)層層深入的實(shí)驗(yàn)流程

在深度學(xué)習(xí)視域下，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再僅僅是驗(yàn)證課本理論知識(shí)的過程，還是一種引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐探索、自主發(fā)現(xiàn)、深度理解和應(yīng)用知識(shí)的教學(xué)策略。因此，教師應(yīng)當(dāng)依據(jù)物理學(xué)知識(shí)體系，設(shè)計(jì)層層深入的實(shí)驗(yàn)流程，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作的過程中逐步驗(yàn)證并理解物理學(xué)知識(shí)［2］。

以人教版物理八年級(jí)上冊(cè)中“熔化和凝固”一課為例，教師可以先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如讓學(xué)生觀察冰塊在室溫下熔化的過程，記錄溫度變化，直觀感受物體由固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變，初步理解熔點(diǎn)的概念。這是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的直接驗(yàn)證與感知。接下來，進(jìn)一步設(shè)計(jì)能使學(xué)生深化學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)。比如，引導(dǎo)學(xué)生探究不同條件下冰的熔化速度有何差異，促使他們理解熔化過程中的熱量交換原理；或者引入不同種類的固體物質(zhì)（如蠟燭、巧克力等）進(jìn)行熔化和凝固實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析它們的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)有何不同，從而揭示物質(zhì)特性對(duì)物態(tài)變化的影響。最后，設(shè)置綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，制作簡(jiǎn)易制冷裝置，觀察其對(duì)物體熔化和凝固的影響，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的跨越。

在深度學(xué)習(xí)視域下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不僅能夠通過親手操作來驗(yàn)證和理解熔化和凝固的基本原理，還能在有序的實(shí)驗(yàn)流程中，逐漸了解復(fù)雜的物理現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2.引入環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重課程內(nèi)容與實(shí)際生活的緊密聯(lián)系，尤其是在深度學(xué)習(xí)視域下，這種關(guān)聯(lián)性能讓學(xué)生直觀感知物理學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義，從而積極地參與到物理實(shí)驗(yàn)中。為此，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)生活化、情境化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在解決具體情境問題的過程中將學(xué)科知識(shí)內(nèi)化于心。

以人教版物理八年級(jí)下冊(cè)中“液體的壓強(qiáng)”一課為例。首先，教師可以創(chuàng)設(shè)生活化的情境，引入課題。例如，展示水壩的工作原理、潛水員在不同深度感受到的壓強(qiáng)變化、家庭自來水管道的設(shè)計(jì)等生活實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)液體壓強(qiáng)的表現(xiàn)及影響，引發(fā)學(xué)生對(duì)“液體壓強(qiáng)”概念的好奇心和探究欲望，進(jìn)而自然地過渡到理論學(xué)習(xí)階段。其次，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，設(shè)計(jì)并開展與日常生活密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。比如，有的學(xué)生親手制作簡(jiǎn)易的壓強(qiáng)計(jì)，測(cè)量不同高度或不同密度的液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)；有的模擬潛水艇升降實(shí)驗(yàn)，通過改變液體體積，觀察其在不同深度時(shí)受到的液體的壓強(qiáng)的差異。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生親身感受液體壓強(qiáng)的實(shí)際效應(yīng)，培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。再次，引入深度學(xué)習(xí)理念，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和對(duì)知識(shí)的深度理解。教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探討液體壓強(qiáng)背后的物理學(xué)知識(shí)，如帕斯卡定律的應(yīng)用、液體壓強(qiáng)與固體壓強(qiáng)的區(qū)別和聯(lián)系，幫助他們建立起完整的知識(shí)體系。最后，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)后的反思與討論環(huán)節(jié)，要求學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，嘗試解釋生活中遇到的相關(guān)現(xiàn)象，并能預(yù)測(cè)新的情境下可能出現(xiàn)的結(jié)果，以此檢驗(yàn)和鞏固他們的液體壓強(qiáng)知識(shí)。

總之，在深度學(xué)習(xí)視域下，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)借助生活化、情境化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)他們?cè)趯?shí)踐中深化對(duì)物理學(xué)原理的理解和運(yùn)用，做到知行合一、學(xué)以致用。

（二）創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)探索

1.設(shè)置開放式難題，引導(dǎo)學(xué)生理性思考

初中生處于認(rèn)知發(fā)展的關(guān)鍵階段，好奇心強(qiáng)，求知欲旺盛，具有初步的抽象邏輯思維，這為開展開放性問題探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有利條件［3］。因此，教師應(yīng)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入更多的開放式問題，以引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索知識(shí)，避免學(xué)生僅對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單認(rèn)知。

以人教版物理八年級(jí)下冊(cè)中“彈力”一課為例，教師可以在理論講解階段提出問題：“如何量化彈簧受到外力后的形變程度與其所受彈力之間的關(guān)系？”這個(gè)問題涵蓋了彈力的基本概念，需要學(xué)生通過親手實(shí)驗(yàn)，揭示其中的科學(xué)規(guī)律，即胡克定律。在本課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括選擇合適的測(cè)量工具（如彈簧測(cè)力計(jì)、直尺等）、設(shè)定變量、繪制數(shù)據(jù)表格等。這些活動(dòng)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的高階思維能力，如分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的能力。在實(shí)際操作過程中，學(xué)生會(huì)面臨如何精確測(cè)量、如何處理誤差等問題，這需要他們運(yùn)用批判性思維，調(diào)整實(shí)驗(yàn)步驟，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法。當(dāng)學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，教師可以進(jìn)一步提出拓展性問題，比如生活中哪些地方應(yīng)用了彈力原理，促使學(xué)生將課堂所學(xué)與生活實(shí)際相聯(lián)系，提升其創(chuàng)新解決問題的能力。

總之，基于初中生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)置開放式問題，能夠有效激發(fā)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力，在實(shí)驗(yàn)探究過程中培養(yǎng)他們的高階思維與科學(xué)素養(yǎng)。

2.開展個(gè)性化實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

初中生的頭腦中充滿各種各樣的奇思妙想，并且他們也愿意付出精力去實(shí)現(xiàn)這些想法。為滿足初中生的個(gè)性發(fā)展需求，教師可以指導(dǎo)學(xué)生自選課題，讓他們自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施，以培養(yǎng)他們的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)［4-5］。

例如，在教學(xué)人教版物理七年級(jí)上冊(cè)中“聲音的產(chǎn)生與傳播”一課時(shí)，首先，教師可以借助生動(dòng)的生活實(shí)例引入“聲音的產(chǎn)生與傳播”這一主題，引導(dǎo)學(xué)生思考聲音現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，鼓勵(lì)他們提出問題。例如：不同材質(zhì)的物體振動(dòng)產(chǎn)生的聲音有何差異？聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度是否一樣？這些問題可以作為學(xué)生自選的個(gè)性化實(shí)驗(yàn)課題。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教師要允許學(xué)生自由發(fā)揮想象力，設(shè)計(jì)符合自身興趣的實(shí)驗(yàn)方法。比如，通過調(diào)整樂器弦線的弦張力和長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)音調(diào)變化；利用各種材料（如木頭、金屬、塑料）制作簡(jiǎn)易傳聲筒，對(duì)比不同材質(zhì)對(duì)聲音傳播的影響；搭建包含空氣、水、固體等多種介質(zhì)的介質(zhì)模型，測(cè)量聲音在不同介質(zhì)中的傳播速度。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)親手操作，做好數(shù)據(jù)記錄和觀察分析，這有助于他們理解和掌握聲音產(chǎn)生與傳播的基本規(guī)律。教師在此過程中要扮演好指導(dǎo)者和支持者的角色，適時(shí)提供必要的幫助和反饋，但更重要的是給予學(xué)生充分的空間去嘗試、去犯錯(cuò)，并從中學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)完成后，教師可要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，闡述實(shí)驗(yàn)的目的、方法、過程和結(jié)論，通過反思和交流，培養(yǎng)批判性思維和書面表達(dá)能力。此外，教師還應(yīng)組織班級(jí)分享會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生展示各自的實(shí)驗(yàn)成果，互相學(xué)習(xí)，共同提高。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能讓物理學(xué)習(xí)不再局限于理論講解，而是變成一次次充滿創(chuàng)造性的探索之旅，能有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

（三）智能技術(shù)輔助

1.利用虛擬仿真技術(shù)模擬物理場(chǎng)景

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分利用現(xiàn)代科技手段，尤其是數(shù)字化和虛擬仿真技術(shù)，可以極大地豐富和優(yōu)化教學(xué)模式，使得原本抽象復(fù)雜的物理概念變得更為生動(dòng)直觀、易于理解，讓學(xué)生快速進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

以人教版物理八年級(jí)下冊(cè)中“動(dòng)能和勢(shì)能”一課為例。在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通常通過實(shí)物演示的方式展現(xiàn)動(dòng)能和勢(shì)能的變化，如麥克斯韋滾擺、從滑梯上滾落的小球等，這雖然具有一定的直觀性，但在揭示微觀粒子運(yùn)動(dòng)或復(fù)雜系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化時(shí)相對(duì)困難。在深度學(xué)習(xí)視域下，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室軟件或虛擬仿真平臺(tái)，模擬各種物理情景，如彈簧振子的振動(dòng)過程、物體在斜面上滾動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)換等，使學(xué)生能夠在三維空間中實(shí)時(shí)觀察、調(diào)整參數(shù)，直觀感受動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。例如，在虛擬仿真平臺(tái)上，學(xué)生可以自行設(shè)定小球質(zhì)量、初始高度、斜面角度等因素，然后觀察小球在沿斜面滾動(dòng)過程中的動(dòng)能和勢(shì)能隨時(shí)間的變化，甚至可以進(jìn)一步探究阻力對(duì)能量轉(zhuǎn)化的影響。這種交互式的學(xué)習(xí)方式，不僅能幫助學(xué)生深入理解動(dòng)能和勢(shì)能的概念，還能提升他們定量分析和解決問題的能力。

此外，借助數(shù)字化和虛擬仿真技術(shù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠擺脫時(shí)間和空間的束縛，學(xué)生可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證假設(shè)。同時(shí)，一些危險(xiǎn)性較高或?qū)嵤╇y度大的實(shí)驗(yàn)，也可以通過虛擬仿真技術(shù)加以呈現(xiàn)，這樣既能保證學(xué)生的安全，又能拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度。

2.借助數(shù)據(jù)采集設(shè)備深度分析學(xué)情

在深度學(xué)習(xí)視域下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，智能科技的應(yīng)用為提升教學(xué)質(zhì)量提供了新的可能。教師可以先借助傳感器及其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的線上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再利用平臺(tái)算法進(jìn)行分析，為學(xué)生提供及時(shí)、有效的學(xué)習(xí)反饋與評(píng)估，幫助學(xué)生優(yōu)化學(xué)習(xí)方案，提高物理學(xué)習(xí)質(zhì)量。

以人教版物理九年級(jí)全冊(cè)中“電阻的測(cè)量”一課為例。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以先引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。每個(gè)學(xué)生可通過電子設(shè)備連接電阻測(cè)量?jī)x器，精確測(cè)量不同材料、不同規(guī)格的電阻絲的阻值，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云端平臺(tái)。平臺(tái)端集成的深度學(xué)習(xí)算法能即時(shí)處理這些海量數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作步驟、測(cè)量準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)分析能力等方面進(jìn)行全面評(píng)估。一方面，深度學(xué)習(xí)算法能迅速識(shí)別出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的錯(cuò)誤或不足，如讀數(shù)誤差、接線失誤等，并給出有針對(duì)性的修正建議，幫助學(xué)生提升實(shí)驗(yàn)技能。另一方面，通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘，平臺(tái)能夠分析出學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度以及實(shí)際應(yīng)用能力，形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋，便于教師制定精準(zhǔn)的教學(xué)策略，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和節(jié)奏，確保每個(gè)學(xué)生都能得到適合自己的學(xué)習(xí)支持。

此外，借助智能技術(shù)，教師還可以生成可視化圖表，直觀展現(xiàn)全班乃至每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況和學(xué)習(xí)進(jìn)展，便于師生進(jìn)行探討、交流，形成良好的互動(dòng)學(xué)習(xí)氛圍，有效激發(fā)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)他們的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、總結(jié)

總而言之，深度學(xué)習(xí)視域下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略能夠體現(xiàn)理論與實(shí)踐的深度融合和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的教育理念。讓實(shí)驗(yàn)有序進(jìn)行并相互關(guān)聯(lián)，能夠讓學(xué)生在實(shí)踐中深入理解物理學(xué)原理，提高邏輯思維能力。面對(duì)開放式問題，學(xué)生的探索欲望能被充分激發(fā)，而個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)更能讓其有充足的空間進(jìn)行思考和創(chuàng)新。此外，智能技術(shù)手段的應(yīng)用，能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，幫助教師全面了解和指導(dǎo)學(xué)生。以上這些策略的應(yīng)用，能為新時(shí)代背景下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展提供有力支撐。

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