深度学习指向下的物理实验教学设计与实践探究

摘 要： 物理作为一门基础的自然学科，在高中时期的学习对于培养学生创新能力，理科思维，提升综合素养有着十分重要的作用。而物理实验是高中物理课程中不可分割的一部分，它不仅包含着物理知识与定理规律，也体现了物理学科重实践，讲逻辑的内在精神。随着新课改的不断深化推进，如何将深度学习理论应用于物理实验教学中，是每个教师都应思考的问题。文章首先阐述了深度学习的相关概念，之后结合案例叙述如何在深度学习的指向之下做好物理实验教学工作。

关键词： 高中教育;物理实验;深度学习

一、 引言

当下，我国正处于由人口大国向人才大国转变的关键时刻，各行各业对创新型人才、实践型人才的需求日益增加。高中作为培养人才的关键阶段，理应就目前存在的问题及时反思，改进教育方式，深化课程改革，为国家社会输送更多栋梁之材。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020）》中也重申了这一点，提出了以人力资源进行强国建设的目标，要求进一步培养学生创新精神与实践能力。在此背景下，物理作为理工科研方向最重要的基础学科之一，在深度学习指向下开展物理实验教学，有利于提高学生核心素养，是十分契合《纲要》精神的。

二、 深度学习概述

在布鲁姆教育目标分类法中，教育目标可分为三大领域：认知领域（cognitive domain）、情感领域（affective domain）和动作技能领域（psychomotor domain）。其中，认知领域又可以划分为六个阶段：知道、领会、应用、分析、综合、评价。就物理学习而言，知道是指学生对于概念、定律、公式等知识点进行认识并有所记忆。领会是指学生对于相关知识能加以解释、推定，有一定的初步理解。应用是指学生能在没有得到明确的问题解决模式的情况下，能恰当地将抽象概念应用于合适的情况，这里的应用是指直接应用，而非通过分析全面综合地运用知识点。分析是指能将特定的知识点分解成基本的要素，明确各个概念间的相互关系与组成，从而将复杂的物理定律或公式拆解成基本定理。综合是以分析为基础，对已经分解完毕的要素进行再次组合，可以更具有创造性地解决问题。评价是认识领域中最高层次的教育目标，这里的评价不是由直接观察或直观感受进行评价，而是对事物的本质进行客观、理性的判断，是综合实物内外各方面的资料信息做出的符合客观事实的推断。

其中，知道与领会只要求学生对所学习的知识点进行简单、初步的记忆与理解，是底层学习。而应用、分析、综合与评价则是属于深度学习的层次，不仅要求学生对知识点进行认知理解，还要求学生能对知识进行进一步加工，更注重实际问题的解决与解决过程中对知识的迁移。其中，分析与综合就属于创新过程。此外，在进行深度学习的时候，要需要学生从辩证多维角度看待问题，能将新学的知识融入原有的知识体系中，当两者有冲突时能及时提出并解决。

结合深度学习的基本概念，可以得出其基本的三个特征：

（一）注重知识整合

在高中的学习过程中，同一科目下的各个知识点之间，甚至不同科目之间，都是具有相互关联性的。深度学习就强调要求学生发现并重视这些联系，在学习新知识时具有融会贯通的能力，将其融入原有的知识架构中，而非将不同知识作为相互独立的单元进行记忆存储。

（二）强调迁移应用

学习知识的最终目的是投入应用，造福自身、他人与社会，特别是物理学科，其知识来源于生活的同时也最终应用于生活。当学生处于浅层学习时，很难将学会的知识点与现实结合起来，解决实际问题。而深度学习则面向实际，强调知识的迁移，帮助学生灵活的应用知识，举一反三。

（三）具有辩证思维

知识或者说规律不是唯一的，也不是绝对的，而是发展的。深度学习坚持了辩证发展的观念，要求学生在学习知识时以发展的眼光看待规律，具有质疑精神与批判精神。不信奉权威，不限于教条主义，而是能通过自身实践去检验知识，用证据表达观点。

三、 高中物理实验教学设计方法

不同于初中阶段的物理学科内容简单，注重生活性，进入高中后，物理学科的学习深度有所增加，学习难度也相应提高，但与大学物理或专业物理比起来仍然是相对简略的。在高中阶段，物理学科具有这些特点：首先，其知识点更具有系统性，以鲁科版教材为例，其必修内容以运动力学为主，并结合动能关系进行学习。而选修以电磁学为主，对光、波进行初步了解。可以很明确地看出教材制定时的层次性与系统性，在教课与学习时也应注重这点。其次，高中物理强调理论与实践的相结合，物理实验课程，是将理论知识与实际操作相结合的过程，不仅有利于学生加深对知识点的理解与记忆，强化浅层学习，也利于培养学生动手实践能力与解决实际问题的能力，符合深度学习要求。因此，在设计高中物理实验课程时，要重视以深度学习目标为导向，合理安排课程内容，制定相应的教学方针与教学方法，引导学生对知识完成深度学习。

在进行物理实验课程设计时，需要遵循以下五个原则：

（一）目的性原则

目前，国内部分高级中学中的物理实验课流于形式或难以开展，有些是因为实验设备不完善，有些是因为教学时间安排困难。但究其根本，都是因为校方与教师对物理实验课程认识不够，重视程度偏低。2017年由教育部颁布的《普通高中物理课程标准》中就明确指出，高中物理的课程目标是培养学生物理学科的核心素养，而进行合理的物理实验课程教育是达到这一目标必不可少的途径。因此，制定物理实验课程教学安排时，需要教师明确教学内在目标，即培养学生物理核心素养。同时对于具体课程的学习目标有明确认识，是为了学生能对知识点进行深度学习，而不是简单化、形式化的实验操作。在巩固知识点，学习实验操作技巧的同时，更需要指导学生了解将知识应用于实际操作的理念与精神内核，着眼于学生发散思维、创造思维、探索思維的培养。

（二）选择性原则

高中物理课本中的物理知识点，并非全部都适合于学生进行实验操作，在选取具体内容制定实验计划时，要做到有的放矢，有所取舍。首先，在选择时要考虑该实验内容与其他实验相比，是否能有效提升学生物理学科素养，是否能充分调动学生积极性，锻炼其高阶思维能力。其次，要根据学生特点进行选择实验形式，充分调动学生的主观能动性。

（三）自主性原则

虽然新课改中反复提及在教学过程中要以学生为主体，但实际上这一点却很难落在实处。不是说学生亲身动手操作了就是以学生为主体的教学过程，如今的实验课程中，仍然是以教师原先制定的教育计划进行的，学生按部就班的在教师指导下完成实验。想要真正做到以学生为主体进行实验课，就要遵循自主性原则。而是让学生在体验物理实验课程的同时，去反思、去创新、去表达，去总结，从而进行再次实验，对先前得出的结论进行检验。

（四）探究性原则

就目前高中物理实验课现状而言，无论是学生学习还是教师授课，都遵从教师讲解实验步骤——学生操作——教师或学生总结实验现象与结论这样的三步走，缺乏对物理实验深层次的探究。例如学生没有思考实验为什么要这么做，换一个形式做行不行;没有将实验中得到的新知识与已有知识串联起来;相比于实验体现的探索能力，学生更关注于实验操作技能;无法将现有实验与实际应用结合认知。

（五）渐近性原则

深度学习是一个长期的过程，不是一蹴而就的，因此，教师在设计实验课程时，还需要了解学生现有的知识储备情况与掌握情况，适当的设置实验课程的难易度。在开始时指定一些与先前课程联系较为密切的实验计划，并随着课程的进行与学生对知识的进一步认知，逐渐加大实验的深度与复杂性，从而循序渐进的提升学生核心素养，完成对知识的深度学习。

以鲁科版必修1第五章，力与平衡为例。教师在设计实验课程时可以分为两部分。第一部分为基础实验，首先，由教师提出问题：两个人在拎一个重物时与一个人单独拎相比，一起用的力是大了还是小了？之后由学生利用弹簧测力计进行实验，分组进行对实验数值进行整理。其次，针对结果，教师提出第二个问题：重物质量没变，为什么两个人拎的力加起来与一个人单独拎时用的力不一样？之后与学生一起讨论，并引导学生自己设计实验方案进行验证。第二部分按学生制定的实验方案进行，此处可以让不同组别的学生进行不同的实验方法。之后再由各组汇报交流各自得出的实验结果与结论，师生进行共同总结。在总结时，不但要对实验结果以及所学的理论知识进行总结学习，还要对学生在第二部分中采取的实验方法进行总结，什么样的实验方法最为合理有效，实验过程中有哪些操作是不可取的等等。

四、 结语

想要在物理实验课程中完成深度学习，不仅需要制定合理有效的实验计划，还需要教师、学校与学生三方面的共同努力。从学校角度，要充分起到领导指引作用，完善教学理论、内容规划与评价模式。从教师角度，要不断提高专业技能，强化自身素质能力，为学生树立榜样，同时不断创新教学方法，吸取前人与他人的经验，并与实际条件环境相融合，打造真正适合学生的教学模式。从学生角度，要端正态度，重视初中物理实验课程的重要性，配合学校与教师的教学安排，虚心接受专业人士的指导与建议，养成良好的学习行为习惯。

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作者简介：

李久双，福建省厦门市，福建省厦门第六中学。