数字化创新实验教学，构建深度学习课堂

李芳

【摘要】依据深度学习和物理学科核心素养理论，以苏科版八年级物理“直线运动”教学为例，通过创新演示实验，从物理学科核心素养四个方面：通过实验优化加深概念理解、实验设计深度开发思维、图象分析深入理解观念、实验改进延伸科学探究，精心设计研究直线运动实验的教学活动，不断提高学生学习的内驱力，提高学生的学习兴趣.

【关键词】深度学习;核心素养;创新实验

深度学习是以理解为基础的意义探究型学习活动，由瑞典格特堡大学马顿和萨尔乔于1976年提出[1].深度学习是对学习状态的定性描述，包括思维水平、学习投入和认知体验.它强调对知识本质的理解和对学习内容的批判性运用，追求有效的学习迁移和解决实际问题[2].重点突出深入学习、延伸知识能力、提升学习能力等关键词，是一种基于学生学习能力的更高层次的思维活动.

物理学科是以实验为基础，实验在教学中的作用举足轻重，实验教学不但可以提高学生的感知能力，还可以引领学生进行深层思考.现在的物理课堂经常是教师滔滔不绝地讲实验过程、操作步骤，学生听实验要领、实验过程，学生缺乏思考过程，可想而知实验就很难发挥出应有的作用，本文尝试以八年级物理教材中直线运动的演示实验为例，探索通过创新实验教学，构建基于核心素养的深度学习课堂的实践策略，一方面可以让学生更好地理解直线运动，另一方面可以提升学生物理学科的思维能力，培养学生的探究能力.

1 教学过程

1.1 基于技术融合，优化实验，加深概念理解

实验1 观察气泡的运动

问1 随着玻璃管的倒置，气泡会在里面做直线运动，气泡运动有什么特点？

问2 我们能不能将运动的过程运用连续拍照的方式呈现出来呢？

问3 通过频闪照片可以看出气泡在相等的时间里运动的路程有什么特点？

设计意图 教材中直接给出了匀速直线运动的概念：速度不变的直线运动，看似简洁明了，但其实学生对速度不变没有清晰的认识，高中的速度概念是一个矢量，既有大小，又有方向，但对初中的学生，要认识到这一点有一定难度，因此运用了一款手机软件——动态镜头拍摄气泡运动过程，直观显示匀速直线运动特点，充分发挥数字化技术的优势，同时，也有利于学生加深对匀速概念的理解.

1.2 基于实验设计，深度开发科学思维

实验2 设计实验探究匀速直线运动特点

问1 你觉得需要测出哪些物理量才能验证猜想？

问2 怎么测速度？

问3 测出路程和时间需要哪些测量工具？

问4 要测气泡运动的路程和时间，如何测量更方便？

教师在实验前引导学生分析讨论，如何比较物体的运动快慢，采用哪些方法可以比较，如何测量这些物理量，为后面实验的展開做好铺垫工作.

1.2.1 表格设计 引发深度思考

设计意图 教材中处理的方式是直接给出记录的表格，学生初看有点不知所云，这个时候，教师的点拨显得尤为重要，适时地引导学生进行深度思考，通过问题串引导学生一步步进行表格设计，明白教材设计表格的意图，在此过程中学生的思维能力得到了进一步的提升.从最初的猜想物体的运动到如何进行实验的设计，问题层层递进，学生深入思考后提出比较快慢的两种方法从而尝试设计出表格，如表1和表2.

设计意图 表格是一种清晰美观，很容易理解的表达方式，可以集中体现数据的直观方式，便于学生的理解，大大地提高了学生的学习效率和积极性.通过对比的表格设计，让学生豁然开朗，明白表格为什么要这么设计，在此过程中学生的思维得到深度开发.同时本实验中将实验器材进行了创新改进，在玻璃管后面绑上尺，并且将玻璃管中的水加入红墨水，可以更加清楚地观察玻璃管中气泡的运动，一方面可以保护玻璃管，二是便于比较气泡运动的特点.

1.2.2 计时小工具 减小时间误差

改装后的玻璃管标上刻度线，引导学生思考如何测出第一第二两个刻度线之间的时间.

问1 怎么测量气泡在相邻两条刻度线之间运动的时间？请大家思考一下.

问2 大家的时间相差还挺大，你们知道这是什么原因造成的吗？

设计意图 本节课测时间的常用方法是利用秒表，但是这种方法测量误差较大，于是改用平板电脑里的计时器来完成时间的测量，既可以连续计时，又能方便读数，大大提高了实验效率.在实验过程中，教师要有敏锐的观察力，抓住适当的时机，充分用好出现的误差现象，进行深层次的生成和分析，在实验过程中，给予学生充分的思考时间，在师生交流的过程中，思维火花才会不断碰撞，有利于学生思维的深度培养和全面性提升.

1.3 基于图象分析 发现规律 深化概念的理解

问1 数据有什么特点？

教师引导：气泡在这段路程里沿着直线运动，并保持速度不变，物理学上把这样的运动称为匀速直线运动.描图象，总结路程——时间特点、速度——时间特点，学生根据表1的数据，在平板上描出路程与时间图象，总结特点.

问2 结合大家测出和分析的数据，匀速直线运动具有：

接下来指出除了表格，图象是另一种处理的方法，让学生根据表格数据在平板上描出路程与时间的图象.

问3 对比大家的图象，你们发现描出的曲线有什么特点？

引导学生发现路程——时间图象经过一个特殊点——原点，指出在数学上这两个量成正比，也就是气泡在做匀速直线运动时路程和时间近似成正比关系.

问4 匀速直线运动具有速度不变的特点，那么速度与时间的图象是怎样的呢？是不是跟路程与时间的图象一样呢？那应该怎么画？在伴学单上大致描出速度与时间的图象.

师生共同总结速度与时间的图象是一条平行于时间轴的直线，随着时间的推移，速度一直不变，速度与时间无关.

设计意图表格是处理数据时常用的一种方法，而图象是另一种有效的处理方法，这是物理探究性实验过程中常用的两种方法，表格是清晰、集中体现数据的特点，而图象则能使人一目了然，直观地反映出各个物理量之间的内在关系.因此，在物理学习中运用图象可以使抽象化为形象，把复杂转化为简单，在教学中有效合理地运用图象，可以培养学生数形相结合分析物理问题的能力，借助图象能更好地解释相关观念，有利于学生的学习[3].

学生觉得匀速运动很容易实现，但事实上要做到匀速很难，生活中的匀速直线运动更是屈指可数，生活中的可以看作匀速直线运动的实例都是近似处理，学生逐渐知晓，匀速直线运动只是物理学中的一种理想化模型，如何引导学生进行深入的学习和理解，需要在学生研究完气泡后，及时画出图象，在分析图象的学习中，学生对匀速直线运动的概念会慢慢加深.这节课利用尚学平台输入数据自动生成图象，便于总结规律，突破难点重点，在伴学单上完善图象，加深学生对匀速直线运动特点的印象.

1.4 基于技术融合，优化数据处理

实验3 数字传感器测量并展示自由落体小球的速度

教师引导：物体自由下落是个变速运动，你能直接看出这个球下落过程中运动特点吗？用眼睛很难看出其特点，用咱们刚才的秒表也很难测出时间，我们用高科技呈现一下（如图1）

光电门测出的时间和计算的速度

设计意图学生对变速运动并不陌生，头脑中已有一定的感性认识，但如何引导他们得出规范、科学的认识，为此我從熟悉的“自由落体运动”着手，借助数字化实验系统——数字传感器测出并展示速度的变化，将高科技融入课堂，直观显示速度的变化，形成正确深入的直线运动观念，与匀速直线运动加以区分，从另一个角度进行深度理解，从而达到深度学习科学观念的目的.

1.5 应用创造提升责任态度，实现高级思维的进阶

（1）视频展示：刘翔110米跨栏

问1 刘翔此次跨栏的平均速度多大？

刚才刘翔是在做连续的运动，有时会出现中间有短暂停留的变速运动，比如龟兔赛跑，兔子睡了一觉，那兔子的平均速度又该怎么算？这次比赛中谁的平均速度大？

（2）龟兔赛跑比赛

问2 乌龟和兔子此次平均速度哪个大？（独立思考，利用交互平台回答问题）

设计思路 关于平均速度，借用多媒体教学来加深学生的印象，在刘翔跨栏中感受运动的魅力，从而激发学生强烈的求知欲，使学生在一种积极主动的心理状态下接受知识、促使他们对自然更加的向往，又可以初步认识到科学技术在社会、生产中的重要应用，民族自豪感油然而生，最后用同学们熟悉的“龟兔赛跑”示例对比应用这一概念，使用交互平台，及时反馈学生的掌握程度.在轻松、愉快的教学中共同进步.

2 教学反思

2.1 遵循认知规律，从教材到教学的整合

（1）运用动态镜头拍摄气泡运动，频闪照片呈现，动态过程静态展示，直观显示匀速直线运动特点，突破传统灌输式教学.

（2）计时器等小工具，连续计时，方便读数.

（3）利用尚学平台输入数据生成图象，数据共享，及时上传，便于总结规律，突破重难点.

（4）通过数字传感器展示变速运动速度变化，高科技融入课堂，提高了学生学习物理的兴趣.

（5）通过交互平台的使用，可以及时反馈学生的课堂学习情况，有效对学生进行对比与分析、反馈教学效果.

2.2 优化实验设计，学生思维价值的体现

在实验教学中，教师的引导作用非常重要，在教师的引领下，学生会对实验有新的认识，通过数字化实验手段，改进物理实验，使学生更容易理解.同时也有利于学生收集信息、处理信息、提取信息的能力的提升，理清教学设计的内在逻辑关系，知识的内在逻辑顺序，这些都离不开教师的指导.学生的深层思考能力和学习能力也会随着实验的分析和深入探究过程不断得到提升，最终实现学生思维提高的进阶.

3 结语

深度学习是一种有效的学习策略，在物理教学中，能充分发展学生的思维能力，教师在实验教学中，应努力让学生积极参与实验设计，高度重视数据处理的科学性，将定性研究与定量研究相结合，立足学生的可持续发展，为终生学习打下坚实的基础，落实立德树人的真正目的.

参考文献：

[1] 刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养[M].北京：教育科学出版社，2018.

[2] 刘兵.基于核心素养理念下的学生实验深度学习——以苏科版8年级物理“直线运动”教学为例[J].物理教师2021，45-48.

[3] 陈广萍，尹海峰.物理图象在物理教学中的功能研究[J].中学物理教学参考，2017，46（18）：34-35.