深度学习理论下物理实验教学的实践与研究

【摘要】新时代教育背景下，物理实验教学受到更多的重视。在传统的物理教学中，部分教师往往忽略了实验学习对于学生综合素养发展的推动作用，所开展的实验教学流于形式。文章以人教版初中物理教材为例，结合实际教学案例，探讨深度学习理论下开展物理实验教学和探究的策略，以期促进学生学习能力发展和综合素养提升。

【关键词】深度学习；初中物理；实验教学

作者简介：宣海军（1979—），男，江苏省南通市通州区育才中学。

实验是物理学科的基础。在实验教学中，教师应重视探究式教学，促进学生在实验中深入思考，培养学生的学习能力以及实践意识。深度学习理论下的物理实验教学通过问题情境创设以及思维引导等多元化手段强化学生在实验学习中的探究意识，从思维层面激发学生的主观能动性和物理创造意识，从而实现学生综合素养的提升［1］。

一、聚焦高阶思维，探析物理实验教学的指标

深度学习视域下的物理实验教学应以培养学生的物理思维以及深度探究能力为核心目标优化实验教学流程，在提升学生实验探究能力的同时，发展学生的核心素养。因此，教师应重视对学生批判思维、合作探究思维以及逻辑推理思维的培养，通过认知、交往以及操作等方式加深学生对物理实验探究过程的认识。

（一）认知，生成批判意识

认知建立阶段是培养学生批判意识的关键时刻。在这一阶段，学生尚未建立明确的物理认知，对相关概念和实验现象不够清晰。教师应准确把握这一时机，通过问题引导促进学生批判意识的形成，进而使学生形成科学的物理认知。

在教学“声音的产生与传播”这一课时，教师可以准备真空泵、玻璃罩以及鬧钟等，引导学生验证声音传播的条件。根据现有器材，教师可以将学生分成三个小组，让每个小组分别将闹钟放在空气、玻璃罩以及用真空泵抽出空气的玻璃罩中。学生可以观察到：三个小组的实验中，闹钟都出现了震动的现象，并且都可以听到闹铃声音，不过在第三组实验中闹钟声音明显比前两组实验小。此时，教师可以鼓励学生分析第三组实验过程是否完全抽出空气以及真空是否可以作为声音传播的媒介。在批判性思维的引导下，学生进一步展开实验，验证了第三组实验中玻璃罩未完全抽出空气，从而导致依然可以听到闹钟声，最终得出结论：声音的传播需要介质，真空不能传声。这个实验过程有效地培育了学生的高阶物理思维，并助力学生建立科学准确的物理认知。

（二）交往，加强小组合作

物理实验的步骤和器材十分繁杂，往往需要学生以小组的形式共同完成实验探究。而小组合作探究的过程是促进学生发散思维、深度学习的关键。因此，教师应注重实验教学中学生的交往与合作，培养学生交流合作的意识和能力，促进学生综合素养的提升。

在教学“凸透镜成像的规律”这一课时，教师可以对学生进行分组，让学生合作展开实验探究。小组实验中，学生需要先确定实验过程，再根据不同的像距 v 和物距 u 组合分成多组对照实验，然后各自负责记录一组实验现象。最后，学生小组一起对实验现象进行分析得出结论：当 u >2 f（ f 为凸透镜焦距），且 f < v <2 f 时，有倒立缩小的实像；当 f < u <2 f ，且 v >2 f 时，有倒立放大的实像；当 u = f 时得到一束平行光，不会成像。在合作式实验探究中，学生对实验方案设计和操作过程有了更直观的体验，同时在交流讨论的过程中认真地吸取了组内成员的各种思维方式和实验想法，这对于促进学生物理思维的发展有着积极的意义。

（三）操作，指导逻辑推理

操作能力是物理实验教学中的重要能力。许多的物理操作过程隐含着物理逻辑推理规律，理解不同操作对应的规律对于学生实现深度探究有着积极的促进作用。因此，教师应注重实验细节，引导学生加强对操作细节的探究。

在实验“测量物质的密度”中，通常的实验流程为分别用天平和量筒测量物体的质量和体积，然后根据密度公式ρ=m/v求解物体密度。在这一过程中，学生会发现实验流程中多次强调两个操作细节，一是要先测量质量，然后再将物体放入装有水的量筒中测量体积；二是用量筒读数时，视线应与凹液面最低处平齐。教师可以引导学生探究这两个操作细节，让学生了解到：如果先将物体放入水中，再拿出来测量质量的话，会有部分水残留在物体表面，导致测量误差；俯视或者仰视读数的话分别会导致结果偏高和偏低，导致读数误差。教师引导学生关注实验操作细节，可以使学生更深入地理解实验设计中每个环节的意义，掌握其中隐含的物理逻辑规律，从而促进学生实验能力和综合素养的发展。

二、基于认知需求，拓展物理实验教学的途径

深度学习视域下物理实验教学的宗旨在于调动学生的主观能动性，促使学生在实验过程中深入思考，通过对实验现象和过程的观察进行知识体系深度建构。因此，教师应准确把握学生的心理认知需求，通过任务驱动、项目学习以及融入生活问题等途径调动学生的主动性，增强学生实验探究的主动意识［2］。

（一）任务驱动，建立知识体系

任务驱动式教学可以为学生提供明确的任务引导，促使学生有序开展实验探究活动，建立知识体系。在任务驱动式教学中，教师应基于实验教学内容设计具有层次性的任务驱动问题，引导学生在实验中实现深度探究。

在教学“光的反射”这一课时，教师需要根据激光笔、光屏和平面镜设计实验，让学生对光的反射规律进行探究，从而掌握光的反射规律。实验前，教师可以向学生提出任务驱动问题：“观察光屏，分析反射、入射光线的角度有怎样的位置关系？调整光线的入射角度，观察反射光线的角度有怎样的变化？分析两者的数量关系。”问题可以引导学生有目的地开展实验探究，在实验过程中重点关注和记录实验现象，通过总结分析得出反射规律：入射、反射光线处于同一平面，并且两光线分别处于法线两侧，形成的夹角大小相等。在任务驱动式教学中，学生的实验开展有了明确的目标，他们可以有针对性地观察、分析相关的现象和过程，并且在梯度性任务的完成中实现物理知识的深度探究。

（二）项目学习，延伸时间空间

基于项目式学习拓展课堂内容，拓宽学生的视野，是实现深度学习视域下物理实验教学的有效方法。项目式物理实验教学应灵活运用网络资源和多媒体教学设备，依托项目主题对实验内容进行拓展延伸，让学生的思维跳出课本的局限，向深处、广处发展。

比如，在教学“电压、电阻”这一章时，教师可以依据项目式学习主题，引导学生探究影响物体电阻的因素，再带领学生通过控制变量法依次对物体的材料、长度、粗细以及温度等因素进行实践探究。在此基础上，教师可以通过多媒体设备引入一些相关的前沿技术，包括超导材料的研究，不同状态下人体安全电压、特高压传输等，然后引导学生基于实验结果分析不同研究中与电阻相关的基本原理。比如在设计超导材料时，需要严格控制温度，这证明了温度对阻值大小的影响。在项目式实验探究中，学生不仅掌握了相应的物理规律，同时还掌握了与之相关的生活应用和前沿技术，这对于培养学生的学习能力、促进学生深度学习有着积极的意义。

（三）融入生活，解决具体问题

融入生活元素、调动生活经验是提高学生课堂积极性的有效方法。深度学习视域下的初中物理实验教学应以生活实际问题为课堂切入点，调动学生的生活经验，促使学生通过实验探究解决具体问题，实现问题解决能力的培养。

以“摩擦力”这一课的教学为例。在开展实验探究之前，教师可以先引入生活问题：“为什么拔河比赛前会清理场地，去除地面的沙子和石子？冬季下雪的时候应该怎么做才能防止汽车轮胎打滑？”学生纷纷积极回答：“拔河比赛前清理场地是为了增加运动员脚底与地面的摩擦力。”“冬季汽车可以采取增加防滑链、更换雪地胎等措施防止轮胎打滑。”之后，教师可以引导学生开展实验，探究影响摩擦力大小的各种因素。在实验中，学生通过改变接触面粗糙程度、物体的质量两种因素，用测力计分别测量不同条件下拉力的读数，以此得到摩擦力的大小。通過实验，学生可以发现粗糙的表面和更大的压力都会加大摩擦力。生活问题可以快速引发学生的共鸣，推动学生进行课堂实验探究，从而验证物理规律，在解决生活问题的过程中实现物理知识的深度探究和逻辑思维能力的发展。

三、指向心理特点，创新物理实验教学的策略

初中阶段的学生尚处于感性认知阶段，直观形象的课堂教学能够激发学生的探究兴趣。因此，教师应基于学生这一心理特点，创新物理实验教学策略，通过情境式、互动式以及应用式课堂的创设，促使学生在实验学习中实现深度探究。

（一）情境式，渗透社会责任

情境式物理实验课堂旨在将物理实验探究融入真实的生活情境和生活问题中，让学生在完成物理知识探究的同时，获取直接的物理知识应用体验，促使学生形成用物理学知识促进社会发展进步的责任意识。在情境式物理实验探究环境下，学生可以获取知识和生活的双重体验，从而促进实验过程中的深度探究。

在教学“滑轮”这一课时，教师可以结合定滑轮、动滑轮以及滑轮组的不同应用场景搭建课堂学习情景，引领学生通过实验探究发现滑轮对于生活和工作的重要作用。例如，教师可以创设生活情境：“某建筑工地需要将建筑用砂和水泥运送到三楼，在没有电梯的情况下，他们应该如何借助滑轮实现这一需求？”基于这一情景，教师可以引导学生设计缩比实验，在课堂中探究不同滑轮对于做功带来的改变。通过探究，学生发现定滑轮可以通过绳子改变用力方向，将楼下的物品运送到楼上；而动滑轮可起到省力的作用，在楼下只需用一般的力就可将物品运送到楼上。在情境式物理实验中，学生不仅仅是进行单纯的实验探究，而是在具体的生活问题引领下，通过实验探究解决问题的方法，这个过程不仅能够提升学生的探究能力，同时对于发展学生的物理应用意识和社会责任感有着积极的意义。

（二）问题式，启发个性灵感

问题式课堂是指教师通过在课上设计实验问题，引领学生通过互动交流共同解决问题的一种教学策略。在解决问题的过程中，学生会出现激烈的思维碰撞，从而促进灵感的迸发。因此，教师应结合实验内容引导学生在课堂中进行交流互动，借助学生的灵感碰撞促进学生的深度学习。

在教学“串、并联电路中电压、电流的规律”这一部分内容时，教师需要引导学生分析并验证两种电路形式中各器件和支路电流电压之间的关系。对于这一实验，教师首先需要提出问题引导学生互动讨论，并提出初步的猜想。如教师可以提问：“串联电路中各个器件都处于同一支流中，它们的电压电流具有怎样的关系？并联电路中所有的支路与电源并联，它们的电流电压具有怎样的关系？”在互动讨论中，学生根据串联电路、并联电路的特点分析出两者分别具有电流和电压相等的特征，在此基础上，进一步思考两种电路中的电压和电流具有怎样的关系。基于守恒的思想，部分学生在讨论中提出“总电压和电流具有相加相等的特性”。教师需要捕获学生的不同灵感，引导学生开展实验，验证相关想法。在互动交流中，学生可以大胆发言，提出自己的想法，实现思维的碰撞和灵感的激发，这对于促进课堂中的深度探究和实验验证有着重要的作用。

（三）实验式，鼓励发明创造

物理来源于生活，也应用于生活。教师结合生活引领学生探究物理知识在实际应用中的重要作用，不仅可以有效地培养学生的发明创造意识，还可以促使学生在创造应用中实现深度探析，完成知识体系的深度建构。

比如，在教学“压强”这一课时，教师可以引入应用问题，引导学生在问题引领下开展实验探究，实现发明创造。比如，教师可以提出应用问题：“一质量为40kg的小孩准备通过结冰的河面，已知小孩一只脚掌的面积是160cm2，冰面可承受的最大压强为20KPa，问怎样才能通过河面？”该问题需要学生明确压强大小与压力和受力面积之间的关系，通过实验探究得出公式P=F/S，并根据已有条件计算出小孩单脚对河面的压强大小为25KPa，超过冰面可承受的最大压强。对于这一情况，学生想到可以增大小孩与冰面的接触面积，在不改变压力大小的情况下减小压强，比如可以制作一双面积超过200cm2的木板鞋，此时，小孩就可以安全通过冰面。在应用问题场景中，学生积极利用实验探究结论和物理知识进行发明创造，有效促进了学生物理知识应用能力的提升。

结语

综上所述，深度学习理论下的物理实验教学应充分重视调动学生的主观能动性，借助生活经验以及任务驱动等多元化方式提升学生实验探究的效率，促使学生在实验探究过程中有更深刻的收获，从而实现物理知识的深度学习和体系建构。

【参考文献】

［1］傅彦.初中物理分组实验课有效教学初探

［J］. 中学生数理化（教与学），2021 （1）：34.

［2］齐占波，耿相亦，齐光学.基于“学习进阶”的初中物理实验进阶策略研究［J］.理科考试研究，2023，30（16）：32-34.