聚焦实验研究 促进深度教学

李 刚

（苏州市教育科学研究院，江苏 苏州 215000）

2019年教育部16号《关于加强和改进中小学实验教学的意见》中指出：实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径，“注重实效，强化学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造”是实验教学的必然路径.

1 初中物理实验教学的浅层化现象

物理实验是有目的、有计划地运用仪器、设备，在人为控制条件下，使物理现象反复再现，从而进行认真观测，获取大量资料的一种科学研究方法.《义务教育物理课程标准（2011年版）》规定了20个必做实验，是培养学生实验能力的优质载体.然而，教学实践中许多物理教师往往受思想认识、实践经验、器材因素、升学压力、教学对象等诸多因素的影响，人为削弱了实验在物理教学中的地位，主要表现在以下几个方面.

（1）教师的实验教学观偏差.

“做实验不如看实验，看实验不如讲实验，讲实验不如背实验”，是许多物理教师对待实验的真实写照，他们仍然将实验停留在现象和结论的记忆层面.同时，教师的言行给学生传递负面信息，认为实验可有可无，只要题目会做就行.在平时的教学中，学生即使动手做实验，也是浅尝辄止，不会用心思考原理和现象背后的内容.

（2）教师对学生实验的经验起点研究不足.

（4）用视频或动画代替演示实验.

近年来，由于学校设备不断更新以及网络技术的升级，用课件“演示”实验现象普遍存在，有的教师认为下载课件并在原有基础上修改方便，省时省力，一个U盘加一本书进课堂，安全易操作.然而，学生的动手机会被剥夺了，探究实验中可能出现一些问题以及实验中的困难和失败的因素被隐藏了，学生看到的是正确完美的实验现象，缺少深层的思考.

2 初中物理实验深度教学的内涵

（1）初中物理深度教学.

直接进行知识和结论的教学属于浅层教学.深度教学是针对于浅层教学而言的，促进学生深度学习的教学称为“深度教学”，“深”并非是教学难度上深挖，而是学生从学习行为的投入度、学习兴趣的激发度、学习内容的理解度、学习结构的关联度、学习思维的活跃度、学习反思的批判度、学习生成的资源度、学习意义的体验度、学习应用的迁移度和学习拓展的延伸度等方面进行.［1］深度教学强调的是“为理解而教”，注重体验和探究，重视实验反思.

（2）实验教学研究可以促进深度教学.

学生对物理观念（包含基本原理、核心概念）的深层次理解，建立完善的学科知识体系，探寻学习的真正意义.这是深度教学主要关注的内容.初中物理实验的深度教学不仅强调物理学科知识的教学，而且还强调价值观、思想情感、思维能力等的教育和培养.实验教学研究促进了深度教学，有利于学生理解事物的本质和规律、思想及其方法、情感及其态度价值观.

（3）深度教学促进学生深度学习.

深度教学和深度学习之间存在着极为密切的关系.它是一种能够使学生进行深度学习的有效教学策略.只有将学生引向深度学习的深度教学，才是基于核心素养的教学观.深度教学促进深度学习，其结果应聚焦知识结构的建立、可观察的表现性行为、高阶认知能力水平的提升，学科思想及学科关键能力的形成.深度教学切实体现教学的过程价值，丰富学生的课程履历和学习过程，引导学生深度学习.

2016年，89岁的奶奶因病去世。这位白发苍苍的老人，弯腰驼背，唯独套在她那细条条的手腕上的银镯子依然发出幽静而深远的光芒。终日里，她就坐在靠墙的木椅上目视远方，像是在期待什么。这样的画面时常会在我的脑海浮现，也常会有种淡淡的悲伤袭上心头。

3 指向深度教学的初中物理实验教学策略

初中物理实验教学要符合学生的认知特点，让学生“沉浸式”地体验感悟，教师要充分地举证归纳.要以创设真实的实验问题情境为导向，以适合学生的合作探究为方式，让学生在解决问题的过程中，有足够的时间和空间通过生本互动、生生互动、师生互动参与教学活动的各个环节的思维进阶，并在深化理解中迁移应用，进而将碎片化的知识形成结构网络，从而建构正确的物理观念.

为了提升物理实验教学的效果，利用实验引发、促进学生的深度学习，笔者构建了物理实验深度教学的实施路径，形成了相互融合、不断递进的5个环节，具体内容如图1所示.

图1 物理实验深度教学的实施路径

3.1 融入情境，提出问题

“教学即情境”，以创设能引发学生认知冲突的真实情境为起点，着力构建真实的、复杂甚至两难的情境.创设认知冲突是批判性思维训练过程，实验创设认知冲突从思维层面上不仅能激发学生求知欲，还有利于提高学生的学习兴趣，为深度学习、培养学生高阶思维和提高学生思维能力做好准备.

案例1.在“静电现象”教学中，教师拿出一根魔棒，用魔棒的一端去靠近用细绳悬挂起来的小磁针、铁丝，它们都发生了偏转，学生认为魔棒是磁铁.

教师再用魔棒去靠近一根黄瓜，学生表现出极高的热情，发现黄瓜也发生了偏转.学生期待情境的进一步推进，教师拿出一堆小纸屑，靠近小纸屑，纸屑发生了跳动.进而揭秘：这根魔棒是一根静电棒，为后面的教学进行巧妙的铺垫.

案例中的情境让学生面对真实问题，这种情境的创设突出了“真实”和“出乎意料”的特点，符合学生认知特点.教师不断地创设和追问，让学生不断地进行思考，以此调动学生的学习积极性，激发学生的兴趣和情感的高投入，让他们迅速进入学习状态，并通过自主构建，将前概念和经验转化为科学概念.

3.2 自主探究，寻找证据

课堂上经常见到的是一帆风顺的探究，教师的“引导”变成了“向导”，导致探究处于浅层学习状态.以探究为手段，以“就物说理、以物论理”为基础，此处的“物”，即是“实验”或“事实”.自主探究就是尊重学生经验，让学生沿着自己的思维方式展开探究，经历初探、反思、再探、再反思的螺旋上升过程，不断地自我否定和自我建构，最后形成物理观念，促进经验生长.

案例2.在“电磁感应”教学中，教师针对“怎样显示是否有感应电流问题”设置两次探究环节，一是初探，二是再探（图2）.

图2 两次探究环节思维流程

学生自己选择实验器材（小灯泡、发光二极管、电流表……）进行实验，发现无论怎样操作，灯不亮，二极管不发光，或电流表不偏转.组织学生讨论：这些现象说明了什么？教师出示小量程电流表.要求学生再探.教师分发灵敏电流计，学生重新探究.教师巡视并个别辅导，提醒学生填写表1，并记录导体AB在磁场中的运动轨迹.

表1

从学生已有经验来讲，有电流通过的证据是灯在发光，或电流表发生偏转.在探究器材的选择上，应尊重学生经验，并基于经验展开教学.利用这些器材初探后，发现灯泡、发光二极管、电流表均无“反应”，引发学生深度思考，从而产生使用更小量程电流表的心理需求.

寻找证据就是在教师的指导下，通过常规实验与创新实验，让学生在“试误”中体验，在尝试中经历错误的过程.学生的探究活动虽然不可能也不必像人类最初发现知识那样，经历漫长曲折的试误过程，但在重要环节让学生经历必要的失败，在失败中进行反省修正，对培养学生元认知能力和初步体会科学研究的艰辛非常有价值.

3.3 深度互动，提升思维

以互动为方式，以培养学生的科学思维为核心.每个学习者都有自己的经验世界，经过自主探究和初步思维加工，学生大脑里建立了物理观念的雏形，但往往不全面、不深刻，甚至会出现错误，通过发现问题、活动探究、发现新问题的深度互动，突出生生思维互动，帮助学生形成正确的物理观念，强调交流过程中的质疑和批判性思考.

案例3.在“平面镜”教学中，学生的前概念：像就在镜子上、物体近像大，物体远像小.教师没有直接给他探究用的实验器材，而是通过“活动-问题”的情境互动引发学生的思考，在思考的基础上进行探究，使其知其然而知其所以然.问题成为学生心灵的触发器，充当学生心灵的唤醒者，促进学生心灵不断完善和建构（图3）.［2］

图3 “活动-问题串”思维模型

3.4 深化理解，迁移应用

深化理解有助于知识的迁移应用，反过来，迁移应用又能促进学生对知识的理解.迁移应用是深度学习发生的重要标志，是实践的体现，特别是物理小制作，综合实践活动等动手实践性的内容，也是深度教学的优质资源.

案例4.在“电流的磁场”教学中，探究得出4张图，这4张图如何“合四为一”？引发学生思考：通电螺线管的磁极到底与什么因素有关？开始探究时，学生认识到与电流有关，初步理解是接线柱中的电流，另外一个因素就是与绕线有关.但是，在让学生归纳的过程中，把学生的思维引导到螺线管中的电流上去，然后通过对比，发现实际上是取决于螺线管中的电流方向，如图4（a）所示.将图4（b）中右边一张图翻转180°就可以得到图4（c）中右边这张图.引导学生得出规律：螺线管看得见的部分如果电流向上，N极就在左边.右手螺旋定则只不过是记忆方式.在此基础上，学生通过迁移应用，通电螺线管的磁场以及电磁铁应用的教学就水到渠成.

图4 螺线管的极性与绕线方式“合四为一”

3.5 归纳梳理，构建网络

心理学家布鲁纳：无论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本知识结构.学生经历实验探究过程，得出结论之后，所获得的知识和方法处于离散状态.教师要引导学生做好探究后实验现象、规律学的归纳、联结过程，理清物理规律和方法在认知结构中的位置及相互关系，建立起清晰、稳定的认知体系.在课的结尾，渗透逆向思维，形成网络.探究式教学不能止于结论的获得，结论与已有知识之间的关联要梳理出来，形成的知识和方法的结构化有利于学生解决问题时高效地提取信息，促进学生的深度学习.如声音内容的结构化，可以用图5呈现.

图5 知识和方法结构化示例

基于实验的深度教学能够带领着学生，经历原初知识发现的惊喜和战栗，不断打碎旧的知识系统，在失衡中重新建构，让学生找到学习的乐趣，真正热爱学习.