深度学习视域下的高中物理实验教学探析

王启超

【摘要】提升高中物理实验教学效率与质量，得益于教学理念与教学方式的改变.深度学习要求教师能够通过备课让知识功能化与结构化，并在教师引导下促进学生以合作、探究等方式进行学习，从而达到对知识深层次理解以及高阶思维发展的目标.以深度学习为指引，对高中物理实验教学进行改革，可为业内人士提供更多有价值的参考.

【关键词】深度学习；高中物理；实验教学

对于高中物理学科而言，实验是基础.在实验过程中，学生如果长期处于被动接受知识的状态，也就是浅层学习，看似学生经历了实验探究，其实并没有将碎片化知识进行有效加工与整合，难以形成完整的知识体系，无法将知识灵活用于解决实际问题.在这样的环境下，学生的学习热情会逐步降低，甚至会抵触物理实验.深度学习则可以改变这样的现状，将会成为促进学生全面发展以及提升学生实验水平的助推器.

1 深度学习相关概述

1.1 概念

深度学习（又称“深层学习”）具体指的是学生将理解作为基础，能够批判性地思考新问题、新思想、新事物等，并将其整合到自身已有的知识结构、认知结构之中，能够在新问题情境之中灵活应用，从而达到解决问题的目标.

深度学习的特点体现在：（1）学习动机，即学生的内部动机；（2）投入程度，即要求学生能够全身心投入到教学活动之中；（3）记忆方式，即强调学生学会在理解的基础上记忆；（4）反思状态，即具有反思总结、批评思维、逐步深层次理解等意识；（5）思维层次，即朝着高阶思维发展；（6）迁移能力，即要求学生能够做到学以致用与举一反三；（7）学习结果，即学生获得高水平发展；（8）评价方式，即侧重持续性评价、过程性评价，不能过于关注结果性评价［1］.

1.2 高中物理实验教学融入深度学习理念的重要性

对于传统物理实验教学而言，部分高中物理教师的任务观念比较强，却没有过多关注、考量学生的实践能力、学习能力、思维能力等，也就会影响到实验教学的质量.实验教學理应以学生为主体，以深度学习理念为指引，为学生设计实验方案，引导学生认识实验所涉及的知识点，并将其应用到实验之中，能够让学生产生学习动机，并全身心投入到实验之中，并逐渐朝着高阶思维发展，最终学会灵活应用知识解决各种实际问题［2］.

2 深度学习视域下的高中物理实验教学策略

2.1 课前落实深度预习

从深度学习特点来看，要求学生能够产生学习动机、主动思考，对知识背后的关联性进行分析，从而掌握知识，并做到学以致用、举一反三.深度学习不局限于课堂，应该从预习环节就实施，学生如果能够达到深度预习，那么其学习质量必然会大于普通学习者.由于高考压力等各种因素的影响与限制，传统高中物理实验课堂呈现出学生题目练习多、自主思考少、自主时间少等特点，可以说，学生鲜少会带着问题走进实验课堂，实验的目的仅仅是完成教学任务、掌握操作步骤以及常见误差分析等，也就是对知识点进行简单记忆，难以达到灵活应用的目标.

在深度学习理念的指引下，可以要求学生在课前落实深度预习，这与传统预习模式不同.传统预习模式通常是让学生简单了解、抄写实验报告；而深度预习一般是由教师设计与实验有关的问题，并通过环环相扣的问题引导学生对将要学习的实验进行分析，并鼓励学生了解实验原理、尝试初步设计实验步骤等，整个过程由学生自主开展.通过深度预习，部分学生可以提出一些具有价值的问题，或者是提出值得研究的实验设想，又或者是提出一些合理的假设，使其能够形成问题意识，并为课堂学习打下坚实的基础［3］.

2.2 通过深度学习强化学生动手实践能力

高中物理实验活动涉及众多知识点，为了确保实验活动能够有序开展，就需要引导学生通过所学知识进行实践，不仅能够调动学生的实验兴致，而且有利于提升其实验水平.以深度学习理念为指引设计物理实验，让学生能够全身心参与到实验之中，让学生大胆思想、勤于动手，将会获得更多意想不到的效果.其中，开放性实验教学更容易促进学生动手动脑，让学生能够通过实践获得真理.

例如 在教学“牛顿第三定律”相关知识时，教师可以为学生设计一个开发性实验教学.首先，确定课堂地点，例如，学校广场、无桌子的实验室等.其次，在课前让学生通过深度预习大致了解实验相关知识之后，准备好滑板、安全头盔、绳子；同时，教师需要制作若干个火箭车以及准备8个弹簧秤、1个手持扩音喇叭.接着，由教师先示范几个喷气带动小车运动.然后，要求学生戴好安全头盔，并站在滑板上进行互推，但是用力不能过大，可以慢慢加力，目的是让学生拥有更多亲身体验.此时，教师也可以参与进来，戴上头盔之后与学生进行拔河，让学生拉动老师在地面上滑行运动，同样要求学生不能用力过大.最后，经过动手实践、师生互动，学生有了前所未有的实验感受，以此为切入点，教师讲解作用力和反作用力的大小方向、同时性.因为整个实验过程都是学生的真切感受，所以学生对知识的印象很深刻，有利于培养学生利用所学知识解决实际问题的能力.

2.3 依托深度学习强化学生实验素养

深度学习强调让学生能够朝着高阶思维发展，面对问题能够逐步进行深层次理解，不仅要具备一定的批判思维，而且还要养成良好的反思总结习惯；同时，深度学习强调学生要能够获得高水平发展，这就意味着要强化学生的实验素养，使其能够做到学以致用、举一反三.不仅要让学生实现深度学习的目标，而且还要强化学生的实验素养，最直接、最有效的方式就是让学生设计简单的实验［4］.

例如 要求用矿泉水瓶、小刀、水演示超重和失重现象，并写出实验报告；又例如，要求学生用2个刚性小球的斜碰碰撞，验证动量守恒.学生可以选用平抛运动碰撞组合演示仪器，教师讲解使用方法.该实验并不是为了应对高考，而是为了强化学生实验素养，帮助学生拓展高中知识，为培养高级型人才奠定一定的基础.依据教师示范同一直线上2个物体发生正碰验证动量守恒定律，启发学生可以调整装置，让被碰小球中心和水平轨道末端连线成一角度，利用平抛运动规律巧妙求出斜碰后两个小球的速度，再作矢量合成图求出总动量，进而比较作用前总动量，得出动量守恒的结论，最后要写出实验报告.实验操作要领：（1）要保证运动小球刚离开水平轨道末端就要碰上静止的小球，同时运动小球质量大于静止小球的质量；（2）运动小球要自轨道同一高度下滑；（3）轨道直线部分要与水平面平行；（4）小球选钢球或玻璃球.

此外，还要对学生所设计的简单实验进行评价，结合深度学习理念，应该更关注的是实验过程中学生的表现，持续性鼓励他们敢于探究.至于结果，即使失败也可以再次实验，对于培养学生实验素养极为有利，而且可以磨练学生的意志.

2.4 通过直观方式促进学生深度体验

在高中物理教学中，实验是非常重要的组成部分，但是也是容易形式化的部分，造成这种情况的因素有很多，所以开展实验活动会有一定的限制；同时，某些实验存在一定的危险因素或者是难以捕捉细节，无法对实验现象加深印象.因此，基于各方面的考虑，可以采用多媒体演示，让学生通过直观方式达到深度体验的目标.

在实验教学中，高中物理教师常常会利用多媒体突破难点，目的是让学生能够牢固掌握实验目的、原理、高考考点.例如，人的大脑记忆力随时间慢慢变弱，可以通过实验记录视频反复观看.首先，用电脑和力探测器演示每个时刻作用力和反作用力的大小，这个更有全面性展示力的相互作用.其次，用电脑播放实验教学视频，更能补充自己教学不足的地方.比如讲述机械波，可以先播放水波、海浪波动、地震震动视频显得更有真实感，让学生进入科学大门之中，动人心弦，开启智慧之门，更易学到知识.最后，借用多媒体技术展示，在高三总复习实验时，可以先播放学生实验视频，唤起往日的记忆，再结合高考实验试题讲解，能够起到事半功倍的效果.

2.5 课后落实深度互动

受高考压力以及课程知识容量的影响，传统高中物理实验在课后通常是要求学生结合习题进行思考，这种方式虽然有一定的作用，但是无法真正让学生受到实验启发，也无法深层次掌握相關知识点；同时，因为习题这种方式比较单调，也逐渐会让学生产生疲惫感，会对学习效果产生一定影响.深度学习要求学生能够产生学习动机，并主动积极投入到学习活动，找具有一定价值或者是自己有浓厚兴趣的问题，并进行思考.课前通过深度预习能够为课堂教学打下一定基础，课后依然需要引起重视，引导学生对课上实验设计、操作步骤、误差等方面进行回顾与分析，不仅能够让学生发展到高阶思维，而且可以对知识点有更深的印象；同时，实验探究能力、实验思维水平等均会得到明显提升［5］.

例如 在教学“牛顿第三定律”相关知识时，课堂上通过实验研究物体对物体作用，从而发现自然规律.实验器材包括：一对弹簧秤，气垫导轨和两个带有弹簧滑块，起电机和两个有支架验电小球，两块有弹性的泡沫塑料，两块强磁体，两个小铅体.首先，用器材展示弹力作用、摩擦力作用、带电体的作用、磁体的作用、引力作用，启发学生得到结论，板书力的作用是相互的.其次，用一对弹簧秤演示作用力和反作用力的大小和方向，类推其他力的作用也有共同规律.然后，用器材再展示作用力变化与反作用力的变化，让学生得出同时性.最后，教师进行总结，让学生明白实验研究是我们学好物理最重要的方法，即研究实验法.

课后，教师可以引导学生组成学习互助小组，利用小组同伴效应，鼓励小组成员之间互帮互助，例如，对实验中的实验器材、实验方案、实验步骤、实验中出现的误差现象等进行讨论，如果觉得有疑问的地方，大家可以结合课堂实验的细节进行分析与验证，可能会挖掘出一些具有挑战性的问题，并围绕这个问题继续深入讨论与实验，这样才有可能达到深度学习的目标.在小组互助的过程中，学生能够经历深度再学习以及再认知，特别是小组成员中所带来的积极思考会形成很好的正面效应.

例如 课堂实验中“用器材展示作用力变化与反作用力的变化，让学生得出同时性”，有的学生想出用弹簧测力计（两个）、白纸、刻度尺做实验，有的学生质疑，通过辩论之后，大家一起做实验：左边同学不动，右边同学用手拉弹簧，观察两个弹簧测力计示数变化情况.如此一来，学生就真正参与了再深度学习、再思考、再认知的过程，不仅获得物理实验的知识与技能，还有成就感、愉悦感［6］.

3 结语

综上所述，深度学习理念为高中物理实验教学的改革指明方向.高中物理教师应该认清其概念、特点以及重要性，通过课前落实深度预习、强化学生动手实践能力、强化学生实验素养、促进学生深度体验、课后落实深度互动等策略，让学生能够成为实验的主体，从浅层学习朝着深度学习转变，从而掌握实验知识与实验技能，使其能够灵活应用解决实际问题.

参考文献：

［1］刘玲.指向深度学习的高中物理实验教学策略——以“探究影响感应电动势大小的因素”教学为例［J］.物理通报，2021（11）：35-37.

［2］王哲明.高中物理实验教学困境的原因分析及对策探讨［J］.试题与研究，2021（17）：43-44.

［3］刘旭，于伟平.高中物理实验课程建设的思考与实践［J］.辽宁教育，2021（13）：53-55.

［4］蓝善峰.高中物理实验教学中学生自主探究的思考［J］.高考，2021（16）：57-58.

［5］华桦.指向深度学习——高中物理开展对话教学的策略研究［J］.第二课堂（D），2021（05）：35-36.

［6］周岩.优化物理实验促进深度学习［J］.数理化解题研究，2021（12）：68-69.