深度学习视角下的高中物理生活化演示实验教学设计

杨凡

摘   要：人类的学习积累是一个螺旋式上升的过程，在物理生活化的演示实验过程中促进学生深度学习，可以让学生在学习过程中联系生活经验与旧知，在理解知识的基础上将所学内容与生活情境相结合，最终内化所学的内容。探究生活化的高中物理演示实验如何更好地促进学生深度学习。

关键词：深度学习;生活化;演示实验

深度学习是在学习动机的驱动下，学生广泛而有效地激活先前经验，进而进行主动、高效的建构，以生成新的认识，并且能够顺利地用物理语言描述这些认识，以形成物理知识，最终将这些知识有效地运用于问题解决[ 1 ] 。高中物理核心素养中的物理观念表现在先前经验的积累上，而建构并形成新知、灵活运用的过程则需要发展学生的科学思维与科学探究。

物理是一门以实验为基础的学科，理论知识的学习都离不开实验的相辅相成，实验教学和理论教学之间存在相互依托、相互促进的关系。课堂演示实验是实验内容中重要的组成部分。李新乡在《物理教学论》中提到：“演示实验是以教师为主要操作者的表演示范实验，通过表演示范把要研究的物理现象展现在学生面前，引导学生观察思考，并配合讲授或穿插讨论等方式把知识传授给学生，完成教学任务。”[ 2 ]演示实验在物理课堂主要有以下作用：首先引起学生兴趣或发生认知冲突，为本节课所学内容埋下伏笔，提高学生积极性;其次通过真实发生的实验现象丰富学生的感性认知;最后通过教师的演示实验过程培养学生的观察、猜想、解释等科学探究素养。

在目前的物理课堂中，演示实验普遍存在着以下问题：首先由于课堂时间所限，教师经常需要留出更多的时间讲授新知，故亲自完成演示实验，节省时间，导致学生在演示实验中的参与度低;其次，当今互联网便利，新媒体传播迅速，许多传统物理演示实验学生已经在短视频平台或课外课堂中有意无意地接触过，这使得实验的趣味性与本意在创设知识冲突的功能下降不少，而演示实验创新力度不足会使得该现象越来越严重;第三，演示实验的道具源于实验室，生活中并不常见，对学生深度学习过程的知识内在联系与外延设置了一定的障碍。而演示实验生活化恰能改善以上情况。

1  高中物理演示实验的生活化

1.1  创设真实情境，激发学生深度学习内驱力

知识源于生活，从生活中的点滴发现问题，激发学生的好奇心，新颖的生活化情境有助于提升学生对知识的渴望与学习内驱力，这是深度学习的根本。学生将已学知识关联到眼前的情境中发现与认知有所冲突或差异，调动脑海中一切相关知识能够为下一步建构解析提供基础与铺垫，更为重要的是好奇心将带着学生深入挖掘该现象的产生原理。

1.2  分析问题表征，引导学生建构解决问题

有了问题之后，教师应该合理地利用所拥有的生活化资源，引导学生深入挖掘所见实验现象，注重证据和逻辑，帮助学生抽丝剥茧，建立起该情境下的物理模型，并尝试用新知识进行解决。教师在这个过程中应该起到“产婆术”中的“助产”作用，在学生深度思考的过程中予以及时的帮助，铺设合理的台阶，教学过程既包括预设，也包含了生成。

1.3  促进知识整合，提高学生举一反三能力

在理论知识与推导之后，教师应帮助学生回归生活，引导学生对学习内容进行深度加工，从生活中寻找新的知识关联现象。在这個过程中可以充分发挥学生的“头脑风暴”，对所学知识进行升级再创造，培养学生科学素养。

2  教学实例

2.1  超重与失重演示实验——书中抽书

在“超重与失重”一课中，教师延续“摩擦力”一课的课堂活动，将两本书一页一页依次交叉相叠，平放在教师手中，请两位学生上台尝试抽出书本，尝试失败。接着教师演示：捏住两本书的书脊，让两本书在重力的作用下下落，并迅速抽出两本书来。实验过程引导学生注意观察并对比学生所做实验与教师所演示的操作差异，寻找突破点。

待学生观察思考作答：“老师手上有一个向下的动作”“老师是捏书脊，不是拉书的中间”“老师偷偷先扯开一点才拉开”“老师让书本向下运动了”等。

教师收获多样答案，并指导学生有方向地思考：

“在学习过摩擦力后，请问大家：书本拉不开的原因是什么？”——“页面之间有非常大的摩擦力”

“如果要减小摩擦力有几种方法？”——“页面变光滑”、“压力变小”

“老师是如何减小压力的？”——“页面粗糙程度没变，减小压力？”

“那我们来看看书本平放拉开和书本向下运动过程中拉开，页面之间的压力情况是怎么样的？”

通过教师有方向地引导，帮助学生知识回溯，结合摩擦力、牛顿定律等旧知，深度思考，一步步迈向实验现象的本质——书页在支持力小于重力的过程中被抽出。进而介绍“失重”这一物理概念。

在概念学习完后，引导学生思考生活中存在哪些失重现象;从加速度、支持力、拉力与重力的关系视角思考由于失重现象容易发现哪些事故，应如何避免;亦或是什么平常难以操作的事情在失重状态下可以变得简单，为了使之变简单可以如何创造失重情境。

在学生头脑风暴的过程中，教师要注意并非是让学生毫无方向地发散，而是抓住失重现象的动力学本质：加速度方向向下或合力方向向下，进行思考，达到深度学习的效果。

在失重现象学习结束后，可以用类似的方法引导学生反向思考——如果在加速度向上的过程中、或者是支持力、拉力大于重力的过程中，容易出现什么现象，生活中又有哪些情境？那么超重现象的学习便变得顺其自然了。

2.2  电磁驱动与电磁阻尼演示实验——听话的小船

本节课在课堂的一开始，教师分别演示铁和铝箔制成的小船在钕铁硼磁铁的作用下（将磁铁放在铝箔与铁片的上方并将向前移动移出铝箔上方，多次重复），在水缸中向前运动，并引导学生仔细观察两次实验异同处：“铁船运动块，铝箔船运动慢”“磁铁靠近铁船会离开水面，铝箔船不会”。

抛出问题：“磁铁对铁和铝箔是否有吸引作用？”“是什么因素影响了两船的快慢？”大部分学生很容易错误地得到“都有吸引”“磁铁对铁的吸引力更大”等类似的答案。也有的学生犹豫：“磁铁只吸引铁钴镍，不吸引铝箔。”教师将铝箔与磁铁相接触，发现二者之间并没有吸引力，在这里，学生的认知开始发生冲突，创造深度学习的环境，教师引导学生思考：“那么磁铁是如何让铝箔小船动起来的呢？”

这个问题的跨度对于学生来说比较大，所以在这个过程中教师要将问题拆解，帮助学生分析：“铝箔是一种导体，在电阻一课中，我们通过电池与铝箔直接相连点燃了铝箔”“磁铁周围存在磁场”“物体改变运动状态，一定受到了力的作用”。

教师的引导帮助学生将三个不同的知识从脑海深处挖掘出来：导体、磁场、力，那么这就很容易帮助学生想到“带电导体在磁场中受力”，进一步引导追问：“那这个导体是如何带电的？”由于本节课之前刚刚学完电磁感应定律与楞次定律，故学生对于感应电流是由于穿过导体的磁通量发生变化而产生这一條件非常熟悉，待学生讨论、思考后，再次演示实验并在实验过程中帮助学生整理整合逻辑思路：磁铁与铝箔发生相对运动，导致穿过铝箔的磁通量减少，进而在铝箔中产生感应电流，使得导体在磁场中受到安培力的作用而运动起来。

整个过程通过教师引导将多个知识点一一拎出并整合到一起，经过加工推导出实验现象的物理本质与逻辑。在这之后，教师可以进一步拓展，由楞次定律点破，其实安培力不是为了使铝箔“动”，而是为了阻碍铝箔与移动的磁场“相对运动”，然后发问“磁铁可以使铝箔由静止加速运动，那么能不能使铝箔减速呢？可以有什么样的应用？”通过此问题引出电磁阻尼的概念，并激发学生深度思考，鼓励学生进行发明小创造。

相比较于常用的三相电动机模型演示实验，该实验更贴近学生生活，让学生产生兴趣与探究的欲望。相比于磁铁在铁管中下落比在空气中下落更慢的实验，该实验更有利于培养学生模型建构与逻辑推理能力，从而深度挖掘学生的科学探究素养。

生活化的演示实验在课堂上可以通过教师巧妙的设计将一节课的内容通过学生熟悉的生活用品展开，将知识抽丝剥茧般地由学生在教师的引导下自主深度思考引申而出，由点到线，由线到面，拨开灌木丛见森林的过程。在这一过程中，学生将亲自探索物理世界，并体会它的无穷魅力。

参考文献：

[1] 黄网官.初中物理深度学习：从理解到发生[J].教育研究与评论（中学教育教学） ，2019（8）：28-32.

[2] 李新乡，张军朋.物理教学论[M].北京：科学出版社，2009.