指向深度学习的初中物理实验教学策略探索——以“物质的密度”为例

蒋邦勇 ，肖丁山 ，李 杨

1.重庆市武隆区教师进修学校，重庆 408500

2.重庆市武隆中学，重庆 408500

3.西南大学附属中学校，重庆 400700

深度学习是指学生在教师的引导下，围绕素养导向的学习目标，聚焦引领性学习主题，展开有挑战性的学习任务与活动，全身心积极参与、建构学科知识、体会学科思想与方法，获得终身发展的有意义的学习过程［1］。目前，深度学习已成为各学科教学实践和研究的焦点，是落实立德树人、落地核心素养的重要途径。本文以“物质的密度”课堂教学为例，探索指向深度学习的实验教学策略。

1 指向深度学习的实验教学路径

物理是一门以实验为基础的学科，实验课最能践行深度学习特征要素，指向深度学习的实验探究是一种重要的教学策略，其核心是真实情境下的实验探究，重在让学生经历科学探究过程，自主建构规律与结论[2]。学生在教师的引领下围绕挑战性主题任务，通过实验探究、交流思辨等活动，形成自己的研究成果，实现学生的课堂学习深度参与，以及问题解决、知识迁移应用能力的提高，促进物理学科核心知识及思想方法的内化，真正实现学生深度学习，教师深度教学。

初中物理教学活动中深度学习发生的五个重要依据：活动与体验、联想与结构、本质与变式、迁移与创造、价值与评判[3]。这也是深度学习的五个特征，结合这些特征，区物理名师工作室初步总结出深度学习视域下初中物理实验教学的基本流程，如图1所示。

图1 深度学习视域下初中物理实验教学的基本流程图

深度学习视域下初中物理实验教学应该紧紧抓住五个特征，以情境引问题，以问题引探究，以探究促结论，以结论促应用，环环相扣，体现学生是课堂学习的主体，凸显教师的主导地位。

2 指向深度学习的实验教学实践与评析

“物质的密度”是沪科版物理教材八年级第五章第三节，本节是该章教学内容的重难点，实现运动学、物质属性研究方法的统一，是学生在学习质量、天平与量筒使用后的一节实验探究课。本节的学习是建立在比值定义法以及天平与量筒使用的基础之上。比值定义法是在速度概念的建立过程中呈现的，可迁移到物质的密度的定义；学会用天平和量筒测质量、体积，进一步实验探究物质的特性；最后将密度应用到生产实践中。以“项链是纯金的吗”作为该节深度学习过程的挑战性任务，分享指向深度学习的教学实施过程与评析，将深度学习理念应用到物理实验教学中。

2.1 创情境导学，设悬疑引思

前驱学习活动：教师复习物体的质量概念，投屏展示四个形状、体积相同的物体和一条项链，创设情境引入。

问题1：如何鉴别体积相同的四个物体的材质？如何鉴别项链是否是纯金的？

学生学习活动1：从物质角度阐述自己直观鉴别物体的方法。

拓展问题2：如果是无色的水和酒精，这种方法还适用吗？你有更好的方法吗？

学生学习活动2：针对水和酒精，简述自己鉴别它们的方法步骤。

问题3：如果是颜色相同、无气味、体积相同、材质不同的物体，你又该如何鉴别它们呢？

学生学习活动3：针对这两个物体思考并小组讨论如何鉴别它们，写下讨论的方法步骤，再集中展示。

评析：深度学习针对真实情境下的问题解决，突出学生全身心的体验与感悟。深度学习下物理实验教学的情境创设要突出“真实”与“出乎意料”的特点，因此课例中由情境与问题指引，学生逐步通过直观看颜色和感知气味区分鉴别物质。但同颜色、无气味的两物体出现，带来了鉴别方法的思维冲突，从而激发学生的开放性思维，让学生自然地进入深度学习的状态，逐步培养学生发现问题、分析问题、提出观点的逻辑思维能力。

2.2 问题驱动促学习，实验探究强体验

教师演示：调节托盘天平平衡，检验学生称质量来鉴别物体的猜想，如图2所示。

图2 天平称质量对比

教师提问：是不是颜色相同的物体，质量不同，就不是同种物质组成的呢？自己是否能够利用手边的物品和测量工具进行验证？

学生实验：利用天平和铜柱、铜块等进行实验验证自己的猜想。

学生学习活动4：通过称质量鉴别物体时，既要考虑物体的质量，也要考虑控制物体体积相同，分组讨论，学会总结物理方法。

教师提问：同种物质组成的物体的质量和体积有什么关系？不同种物质组成的物体的质量和体积又有什么关系？安排学生分组实验去探究它们的定量关系。

评析：把传统的演示实验变成围绕问题解决的分组实验，同时引导学生由已学的探究路程与时间的关系过渡到本实验，学生能更好地观察实验现象，并合作讨论分析现象、得出最佳结论，这里面会有思维摩擦，但最终学生将获得更加深刻的物理体验和感悟，对于培养学生的科学思维方法和合作探究能力都起到重要的作用。真正遵循“任务驱动，学生主体”的教学原则，体现深度学习“活动与体验”“迁移与应用”的要素，将理论与实际相结合。

2.3 实验任务演探究，物理过程聚方法

教师布置任务：

（1）实验目的：探究同种物质组成的物体质量和体积的关系，以及不同种物质组成的物体质量和体积的关系；

（2）实验记录：填写教材表格；

（3）回答表格下的2个问题；

（4）强调注意事项。

学生学习活动5：利用电子秤和量筒分组探究铜、铁、铝等物质质量与体积的关系，并做好实验记录，回答相关问题。

教师活动：展示学生的实验成果，引导学生定性分析，定量研究。

评析：探究实验中学生深度参与，积极思考，充分讨论。除了在小组范围内进行分工合作外，还通过投屏方式实现小组间的实验数据共享[4]，将信息技术融入物理实验教学。让学生通过实验进一步验证自己的猜想——“某种物质组成的物体，其质量与体积的关系”，从而获得极大的成功体验感。教师进一步引导学生定性分析数据，应用数学定量研究数据，培养他们的团队协作意识和科学探究能力，学会建构物理研究和学习的方法，体现深度学习“联想与结构”“价值与应用”的要素。

2.4 定量建构概念，实际应用创新

类比速度概念的建构，教师引导学生从密度概念、公式、单位、应用等方面进行自学。

学生学习活动6：从密度概念、公式、单位、应用等方面自学教材，并完成学案。

教师介绍：密度单位换算、物理意义、m-V图像（图 3）。

图3 铁与铝的m-V图像

学生学习活动7：测量铜块是否为纯铜；通过测量和计算鉴定项链是否为纯金。

评析：该教学片段中渗透了“猜想—实验—记录数据—定性观察—定量分析”的探究路径，在任务驱动下激发学生思考，在实验探究中解决学生的实际问题；同时用旧知识建构新的物理概念，进一步运用新的知识解决实际的物理问题；运用数学比值法、图像法研究物理问题，深化了新旧知识的联系、不同学科之间的融合，这是符合深度学习的要素的。深度学习的实验教学最终培养了学生运用数学分析问题的能力和归纳总结物理规律的概括能力，实现学生的课堂学习深度参与，提升了应用自主获得的知识迁移解决实际问题的能力，实现物理学科核心知识及思想方法的内化，体现了深度学习“本质与变式”“迁移与应用”的要素。

3 结束语

在初中物理实验教学中实践深度学习理念下的实验教学路径，提升学生以科学思维导图的方式自主建构物理基本概念、规律的能力。本节课学生在教师的引领下，以小组合作的方式，围绕挑战性学习主题，通过实验探究、交流思辨等活动，深度参与学习任务，经历真正的思考和动手过程，学会鉴定项链真伪的方法，形成自己的研究成果，获得成功的体验感，迁移应用已有知识解决实际问题的能力也得到了提高，在正确理解物理规律、科学探究的基础上形成物理观念，物理学科核心知识及思想方法得到升华[5]，实现学生深度学习与教师深度教学的结合。