深度學(xué)習(xí)視域下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

【摘要】隨著教育理念的不斷更新和發(fā)展，深度學(xué)習(xí)逐漸成為教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)．在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)有助于提高他們的物理素養(yǎng)和綜合能力．本文以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)為例，探討深度學(xué)習(xí)視域下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的策略和方法，旨在為提高高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提供參考．

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí)；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

高中物理作為一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科，對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)踐能力培養(yǎng)具有重要意義．實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生更好地理解物理概念和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維．然而，在傳統(tǒng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，往往存在著學(xué)生被動(dòng)參與、實(shí)驗(yàn)過(guò)程流于形式等問(wèn)題，難以達(dá)到理想的教學(xué)效果．深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．因此，將深度學(xué)習(xí)理念引入高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義．

1 深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

在高中階段，物理學(xué)科作為自然科學(xué)的重要組成部分，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、科學(xué)素養(yǎng)以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有不可忽視的作用．而深度學(xué)習(xí)作為一種高效的學(xué)習(xí)方式，在高中物理學(xué)習(xí)中具有重要的意義．

首先體現(xiàn)在對(duì)知識(shí)的深入理解上．高中物理知識(shí)體系較為復(fù)雜，涵蓋了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理等多個(gè)領(lǐng)域．深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生不僅要記住公式和定理，更要理解其背后的物理概念、原理和規(guī)律．

例如 在學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)，不僅要知道F=ma這個(gè)公式，更要明白力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，加速度與力成正比、與質(zhì)量成反比的本質(zhì)關(guān)系．通過(guò)深入理解，能夠?qū)⑽锢碇R(shí)融會(huì)貫通，構(gòu)建起完整的知識(shí)框架．

其次，深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的遷移與應(yīng)用．高中物理知識(shí)并非孤立存在，而是相互聯(lián)系、相互滲透的．深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的物理知識(shí)靈活運(yùn)用到不同的情境中，解決實(shí)際問(wèn)題．

例如 在學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后，能夠運(yùn)用歐姆定律、電功率等知識(shí)來(lái)分析家庭電路中的問(wèn)題，或者解決電路設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)．這種知識(shí)的遷移與應(yīng)用能力，使學(xué)生能夠真正掌握物理知識(shí)的實(shí)用價(jià)值，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力．

再者，深度學(xué)習(xí)注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新能力．在高中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生不應(yīng)盲目接受書(shū)本上的知識(shí)和結(jié)論，而應(yīng)敢于質(zhì)疑、善于思考．對(duì)于一些經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，學(xué)生可以思考實(shí)驗(yàn)方法是否存在局限性，是否有改進(jìn)的空間．通過(guò)批判性思維，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、解決復(fù)雜問(wèn)題的能力．

2 深度學(xué)習(xí)視域下實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段設(shè)計(jì)

下面以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段為例，分析深度學(xué)習(xí)視域下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)．

環(huán)節(jié)1：教材原型實(shí)驗(yàn)原理闡述

本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證極其簡(jiǎn)單情形下的機(jī)械能守恒──自由落體運(yùn)動(dòng)．在該過(guò)程中，物體重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，物體減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能．即等式成立，就能驗(yàn)證機(jī)械能守恒．

環(huán)節(jié)2：常規(guī)紙帶實(shí)驗(yàn)

教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作：

（1）使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶，記錄重物自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程；

（2）數(shù)據(jù)處理與分析.

環(huán)節(jié)3：拓展利用視頻分析軟件，減小阻力誤差影響

用紙帶法研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶的接觸摩擦帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差較大．為了便于學(xué)生日常開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，接下來(lái)介紹利用智能手機(jī)對(duì)物體落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行視頻分析，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

實(shí)驗(yàn)原理：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，由于在自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只有重力對(duì)物體做功，遵守機(jī)械能守恒定律，即重力勢(shì)能與物體動(dòng)能之和保持不變．規(guī)定最高點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，利用Video Physics軟件實(shí)時(shí)記錄每個(gè)點(diǎn)的高度h與速度v，計(jì)算出物體機(jī)械能E=mgh+12mv2的總和并轉(zhuǎn)化為圖像，若得到的E-t圖像為一條常數(shù)函數(shù)，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅能夠掌握教材原型實(shí)驗(yàn)，而且能較熟練運(yùn)用現(xiàn)代科技驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．同時(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，培養(yǎng)了學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力和批判性思維，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的．

3 教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋

例 某實(shí)驗(yàn)興趣小組利用如圖1所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．將鐵架臺(tái)固定在實(shí)驗(yàn)桌的邊緣，用細(xì)線將鋼柱掛在鐵架臺(tái)上，在鐵架臺(tái)的下部再固定一電動(dòng)機(jī)（軸上裝軟筆）．電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軟筆尖每轉(zhuǎn)一周（時(shí)間間隔為T(mén)）就在鋼柱表面畫(huà)一條痕跡．如圖2，在鋼柱上從痕跡O開(kāi)始選取5條連續(xù)的痕跡A、B、C、D、E，測(cè)得它們到O的距離分別為hA、hB、hC、hD、hE．重力加速度g已知．

（1）在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，應(yīng)．

（A）先打開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，后燒斷細(xì)線使鋼柱自由下落．

（B）先燒斷細(xì)線使鋼柱自由下落，后打開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)．

（2）軟筆尖畫(huà)痕跡D的瞬間，鋼柱下落的速度vD=________．（用題中物理量表示）

（3）設(shè)各條痕跡到O的距離為h，對(duì)應(yīng)鋼柱的下落速度為v，畫(huà)出v2－h(huán)圖像，發(fā)現(xiàn)圖線接近一條傾斜的直線，若直線斜率近似等于________，則鋼柱下落過(guò)程中機(jī)械能近似守恒．

解析 （1）實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，為了使軟筆在鋼柱表面畫(huà)上的痕跡條數(shù)多一些，應(yīng)該先打開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，后燒斷細(xì)線使鋼柱自由下落，故選（A）．

（2）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻速度等于該段過(guò)程的平均速度，則畫(huà)出痕跡D時(shí)，鋼柱下落的速度為vD=hE－h(huán)C2T．

（3）鋼柱下落過(guò)程中，只有重力做功，重力勢(shì)能的減小量等于動(dòng)能的增加量，即mgh=12mv2，整理有v2=2gh，如果v2－h(huán)圖像是一條傾斜直線，且斜率k近似等于2g，則鋼柱下落過(guò)程中機(jī)械能近似守恒．

點(diǎn)評(píng) 本例采用教材實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，但在數(shù)據(jù)的處理方式上和教材中的有所不同，本例采用圖像來(lái)處理，使得過(guò)程簡(jiǎn)潔、科學(xué)，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)的效果．

4 結(jié)語(yǔ)

在深度學(xué)習(xí)視域下進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，創(chuàng)新教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、小組合作和探究式教學(xué)等方法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和數(shù)據(jù)處理能力．

參考文獻(xiàn)：

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