“五创”物理实验教学 促进学生深度学习

谭振兴

摘 要：初中物理创新实验依据的是现代个性化教学所提倡的知识创新的理念，它能够引起教师和学生在物理实验中的共鸣，并培养学生自主学习的习惯、增强探索物理实验的意识.本文结合教学实例，以“五种创新”实验教学出发，促进学生深度学习，提升学生的物理科学素养.

关键词：初中物理;创新实验;深度学习

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）12-0008-03

深度学习是指在教师创设的具有挑战性的问题情境中，学生全身心地投入，并且高阶认知主动参与的具有意义的一种学习活动过程.“学习金字塔”的理论认为，学习分为两种：被动和主动.要想“深度学习”，就要使学生成为学习的主人.物理实验是初中物理教学的一个重要内容，也是发展学生的载体.物理实验教学创新，需要学生对实验的直观认识，让学生在自主操作的过程中，激发学习欲望，优化知识进阶，有效地促进学生深入学习，实现学生的全面发展.下面将物理教学与实践结合起来，根据物理核心素养要求，从物理实验教材内容的创新、技术的创新、情景的创新、程序的创新和创造精神五个方面，探讨物理实验如何促进学生深度学习的问题.

1 实验内容创新，找准讨论问题，促进小组合作深度学习

物理创新实验教学课堂是培养学生自主动手能力的重要阵地，教师在此过程中对学生物理实验探索和创新能力进行了重点训练.而初中物理创新实验，虽然具有自主性，但在一定程度上还是从学习的投入视角来看，深度学习要求学生高认识投入，高情感的投入，高行为的投入，因此学生积极参与是深度学习的关键因素.参照于教材，立足于教本，以物理实验的内容为基础，以挖掘教材的内容为方式，实现了教材的创新性.在小组合作中，设计具有针对性的问题来引起学生的共鸣，能够吸引学生进行深入讨论，通过价值高的问题进行讨论，学生才能不断创新和深入，各种实验方案得以落实与优化，这样的实验教学既有优化，又有优势，既有温度，也有效率.例如，在探索滑动摩擦力大小和什么因素有关的实验中，设计了下列问题：（1）滑动摩擦力是什么？你能用什么事例证明给大家看滑动摩擦是存在的？（2）通过实验，你如何证明滑动摩擦力大小和猜想的几个因素之间存在关系？它们之间是什么联系呢？（3）如何测量滑动摩擦力大小？上述问题看起来很简单，但也存在思考障碍，这样的问题对学生进行高情感投入，更有利于进阶知识的高认识投入，更有利于学生的思维延伸的高行为投入.找准问题，通过学生小组的讨论，促进团队合作深入学习，本探究实验优化的方案设计图如图1、图2所示.

2 实验技术创新，开展STEM科学教育，促进学生多维度深度学习

STEM科学教育研究主要是现代科学、技术、工程和现代数学.四个学科的融合教育，可以使学生对科技、工程、数学等内涵进行重新认识，并引导他们找到科学、技术和数学之间的关联.学生主动在项目式学习中调用多维思考，从学习的内容来看，深度思考具有一定的整合、情境等特征，并不能割裂、脱离现实生活.多媒体教学利用图像、文字和声音，充分调动学生对实验过程中的各种感觉，使学生更加了解模拟实验过程，从而产生对教材实验过程的兴趣.在模拟力学实验时对物理变量进行了调整，使学生能够更好地把握物理量和因变量的联系，例如在初中研究重力和质量之间的关系的模拟实验中，教师首先提出了这个模拟实验的主要问题（这个模拟实验的大小与什么因素有关），然后再对这个实验中的重力进行研究.

随后利用多媒体进入虚拟力学实验室，准备需要的器材：若干个钩码、弹簧测力计、坐标纸，然后利用鼠标将钩码按照实验要求逐個挂在弹簧测力计上，观察模拟实验中提供出的实验数据，并设计表格，将数据记录下来，随后利用多媒体中的程序将学生记录的数据输入在其中.让学生观察在以质量为横坐标、重力为纵坐标的坐标系中，由数据标记的点连成的线的特点.最后引导学生得出结论：物体所受重力跟其质量成正比，且其比值大致为9.8N/kg，而将这个数值记为g，得到其关于重力计算的公式G=mg.

在多媒体技术辅助下的初中物理创新实验中，学生应在过程中充分体会物理的使用价值，一个积极的学习共同体有助于获取学科核心知识，加强学习者的学习动机和认知投入.学习共同体对深度学习起着重要的支撑作用，这既加深了学生对物理实验相关流程的印象，也让学生感受到了物理知识学习上的乐趣.

3 实验情景创新，问题驱动学习，促进高阶思维发展

初中物理教学中对于情景的创设不但带有一定的目的性，还具有一定的感情色彩，情景创设是为了引起学生态度的情感响应，而物理实验中的情景创设，是以鲜明生动的实验场景，激发学生的求知本能，情景创设下的物理实验，让学生能更快地了解自身的主体地位.而且让实验更加富有生活效用，提高了实验性教学的效率.初中学生对于物理实验的认知浅显，而这种层面上的认知，导致学生认为物理实验过于复杂、抽象、不能被理解，从而在物理实验学习中容易产生畏惧心理.

驱动问题应包含一些启发的内容，以真实世界的情况为出发点.在寻找解决办法的过程中，学生逐渐深入对物理概念、规律和实践运用的理解.例如，在密度测量实验中，教师首先创设了一个故事场景，首饰专卖店柜台上有两件一模一样的珠宝，并标上了一些标语：若以假当真，买一赔十.

问题一：你能想出几种鉴别首饰真假的方案？

问题二：哪一种鉴别方案更加合理有效？

问题三：对于首饰密度的计算方案中，应该先求出首饰的哪些物理量？

问题四：对方案交流评估，在测量中，先测首饰质量好还是先测体积好？

这时教师可以引入误差这个概念，促进学生对这一实验进入更深层次的分析.通过四个逻辑上层层递进的问题，将密度和社会应用联系起来，引导学生自主建构密度相关的性质，深度理解密度测量，促进迁移和问题解决等高阶思维能力的发展.

4 实验流程创新，整合学习内容，注重知识建构

从学习过程的角度看，深度学习的整合既包括新旧知识的联系，也包括跨学科内容的融合.深度学习强调学习者批判性理解学科核心知识，能将概念和原理迁移到新的情境中，创造性地解决问题.初中物理教材中部分的演示实验，一些实验原理、实验目的的呈现，不够直接，一些实验流程不够合理，一些实验操作缺乏稳定性.以“阿基米德原理”一节中“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验进行说明.

教材实验中，如图3所示，通过甲、乙操作，计算测量物体受到的浮力F浮;通过丙、丁操作，计算测量物体排开液体受到的重力G排，比较F浮和G排的关系.但是学生不能从操作中直接发现规律.同时由于用手提着测力计进行测量，手部的抖动问题，使学生在读数时存在困难，容易带来误差……这些问题在学生进行实验时引导学生进行反思，可以激发学生学习的动力，在思维上再上一个台阶.

现对实验器材与流程进行改正和调整：对弹簧测力计进行改装，分别用两支弹簧测力计测量浮力F浮和排开液体受到的重力G排，用支架固定弹簧测力计减少测力计的晃动，同时使用升降台，便于操作（如图4所示）.具体操作步骤如下：（1）测浮力F浮：左右两侧弹簧测力计的刻度与分度值相同，将物体挂在测力计下，左侧显示G物，此时，F浮=0;需要对右侧弹簧测力计的指针位置进行调整，使指针位置和左侧指针所在G物位置对齐;当物体排开液体后，F拉变小，F拉与G物的差值为浮力F浮，由图5可知，右侧示数即为F浮，F浮竖直向上，因此刻度自下而上.（2）测排开液体的重力G排：右侧刻度与左侧的分度值相同，将小桶挂在测力计下，左侧显示G桶，此时，G排=0;需要对右侧的弹簧测力计的指针位置进行调整，使指针位置和左侧指针所在G桶位置对齐;当小桶接收排开的液体后，G总变大，G总与G桶的差值为G排，由图6可知，右侧示数即为G排，G排竖直向下，因此刻度自上而下.学生进行实验时，可以同时读出F浮和G排，进而发现F浮和G排的关系，目的明确.

5 培养创新精神，促进学生自主、深度学习

知识的迁移与应用是最高级别的学习，也是高层思维体现，是深度学习的一个特征，也是创新精神的一个再现.我们能够让学生在新的情况下运用他们所学到的知识来解决问题，实现深入体验学习的目标.目前教材中，有许多精彩演示实验，但也有些实验现象不明显，可见性低，需要大胆的创新.例如，在“探究光的反射定律”实验过程中，学生在对原有的演示器材进行分析、思考，对实验设备进行创新、改进的过程中，有效地放大实验现象，提高了实验的观测效果.如图7所示.是“光的反射定律”实验原理图，在小转盘的中间安装相应的铁片，并利用自拍杠固定激光电筒，在大转盘上调整入射光线，要求对准硬纸卡片折线最低处的入射光线.在演示过程中，转动转盘时，会呈现出水平的激光电筒运动状态，满足入射光和反射光的360度要求.根据旋转的要求，小转盘对其进行了相应的旋动.其中，利用铁片在“量角器”中作为参照，明确了相应的光线和角度.在这些实验或设备的改造中，虽然花费了较长时间，但大部分材料来自实际生活，更贴近学生的生活，更有利于他们接受.通过学生自主创新的实验，增强了学生对运用物理知识来解决现实问题的认识.在实验中，培养学生科学思考能力、创新意识，使学生能够进行科学研究，促进他们深入学习.

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（收稿日期：2021-01-31）