物理实验的深度学习定义及教学研究

孙葳清 何晓 袁淑芳 吴建琴

摘要：基于深度学习的物理实验教学是指导学生发展核心素养的有效方法，更是教师设计物理实验教学的指导理论。笔者定义了物理实验的深度学习并在具体分析当前传统物理实验教学的局限性基础上，以“大气压强”一课的实验为例给出教学方案，以期为一线教师的物理实验教学一点启发和借鉴。

关键词：物理实验教学;深度学习;大气压强

我国的八次基础教育课程改革走过17年，课程目标经历了从“双基”到“科学素养+实践能力”再到“学科核心素养”的基本历程[1]，这一嬗变的关键在于使教学发生“以知识为本”到“以人为本”的转变。在发展学生的关键能力，提升学生核心素养大背景下，由教育部基础教育课程教材发展中心负责的“深度学习”教学改进项目应运而生。结合王晶莹博士科研团队的词云图（见图1），可以看出“物理实验”占了重要地位，进一步将我国新课程理念概括为：“以学生为中心，通过实验和问题学习物理课程内容”;然而从20世纪70年代末、80年代初开始，国外研究就逐渐显示实验的教学效果与实验教育功能之间存在一定的差距。为了实现新时期全面发展的人的育人目标，为了让好学生真正经历过程，学习物理，“深度学习”在初中物理实验教学中推进，恰逢其时。

一、初中物理实验教学的重要性及现状

物理实验教学是为学生提供精心选择的、纯化的感性材料的过程，使学生在形成物理概念、掌握物理规律时获得明确、具体的认识[2]。实验活动中需要学生多种能力，例如：查阅资料能力、多感官接收和处理数据能力、思维能力、表达能力;只有学生具有实事求是的科学态度、严谨作风与科学的世界观，才能在实验中把各项工作安排得井井有条，在实验失败时重振精神，可见在实验中评价物理学习，符合新一轮课程改革的评价观。

据李春密老师描述国外实验教育的不理想现状。[3]笔者归纳学生表现为：学生不能观察到教师想让学生观察的现象;演示实验反而强化了学生的错误认知;学生按照“菜谱式”的实验步骤寻觅教师设定的答案;学生在活动时缺乏“操作思维”等。笔者发现我国的初中物理实验教学也有类似现象;比如用“说实验”或演示实验代替应有的活动，这样看似节约了上课时间却使学生不得不被动接受知识，不能真切地体会物理源于生活、源于大自然，甚至会对物理产生厌烦抵触的情绪。

二、深度学习与初中物理实验教学

（一）深度学习理论

“深度学习（LearninginDepth）”最早由瑞典学者FerenceMarton和RogerSaljo根据学习者获取和加工信息的方式，首次阐述了深度学习（DeepLearning）和浅层学习（SurfaceLearning）这两个相对的概念。WilliamandFloraHewlett在文献研究和广泛征求专家意见的基础上，认为深度学习是21世纪公民工作和生活必备的一种能力[4]。深度学习注重学生参与、关注知识核心论点、强调主动构建的学习方式，给物理实验教学提供了优化方向。

近些年“深度学习”的内涵虽然不断发展变化，但深度学习研究从关注深度学习的方式过渡到关注深度学习发生的过程的事实是不容置疑的，这样的学习方式给物理实验教学提供了更高效的方式和设计思路，针对20世纪70年代起人们对物理实验教学效果和实验的教育功能的质疑提供教学建议。可见深度而学习的理论于走入科学实验教育实践的必然趋势。

（二）基于深度学习理论的初中物理实验教学建议

结合郭玉英教授对物理学习的定义[5]和郭华教授对深度学习概念定义[6]，笔者界定基于深度学习理论的初中物理实验学习为：“学生以生活实际情境为背景，围绕师生共同提出的具有一定挑战的物理问题，全身心参与实验探究过程及交流互动，从形成的物理观念视角解释实验现象，运用模型建构与推理论证等科学思维方式解决真实的实际问题，把握物理学科本质及思想方法，体验成功;形成积极的物理学习内在动机、探索奥秘、实事求是的科学态度、高级的社会情感、正确的价值观，在物理学科核心素养方面获得发展，成为具有创新精神和实践能力、科学素养扎实的学习者。”深度学习的物理实验教学中，教师应根据学生的身心发展特点，运用多种教学策略，引导学生运用多种途径获取信息并分析和逻辑推理得出结论，在教学中创造师生和生生交流机会，使学生接受质疑并不断和深入研究。

三、指向深度学习的物理实验的教学案例

大气压强专题属于《课标》[7]“运动和相互作用”模块的“机械运动和力”二级主题下的内容。课程内容要求是“知道大气压强及其与人类生活的关系”，一般安排2课时的教学。虽然我们生活在大气中，由于气体看不见、摸不着、很难被感知的特点，大气压强的概念相对初中生来说是抽象的。对于课标要求的用大气压解释生产、生活中的现象，对学生来说难度就更大了。大气压的测量作为本节教学的难点，在教学中教师却很少真正让学生实验，最多播放一段托里拆利实验的视频。笔者认为这不利于学生物理学科核心素养的发展，若教师通过实验有针对性地指导和训练，能够更大程度地促进学生的深度学习，强化学生对大气压强的认识，并提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。

（一）基于情境提出问题：深度学习课堂的活力源泉

傳统教学往往“去问题化”，心理学研究表明学生在面对陌生、复杂的真实问题时，表现出更高效且具创造性的分析思路，深度学习的教学观强调创设真实、有价值的问题情境，是使学生提出有价值的物理问题有效策略，也为学生展现自身物理素养提供了机会。教师可以多种方式创设情境，引导学生寻找易行适用的方法测大气压强：

方式一：学生生活经验出发。回忆夏天和秋天，你呼吸的感觉有何不同？结合托里拆利实验原理，你能设计出更安全测量大气压强的方法吗？

方式二：利用多媒体等教学资源创设深度思考情境。A.高耸入云、巍峨壮观的喜马拉雅山，镜头转过，山脚一位登山爱好者准备登顶（刺激学生的感官使兴奋）。B.设疑：山顶的大气压强有多大呢？显然，带水银对登山来说不符合实际，我们需要设计更便捷的测量方案。