基于深度學(xué)習(xí)的初中物理實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)

摘 要：本文針對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)過程中存在的問題，提出以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)為目的實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)模式.以“電生磁”的教學(xué)為例分享實(shí)踐過程，重視學(xué)生合作探究，通過自制通電螺線管為補(bǔ)充，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力.

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)探究;電生磁;通電螺線管

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）14-0033-03

作者簡(jiǎn)介：張麗君（1982-），女，湖南邵東人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).

初中物理深度學(xué)習(xí)界定為：“在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的物理學(xué)習(xí)主題，全身心參與以生活實(shí)際情景和物理實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)及情境互動(dòng)，從形成物理觀念的視角，運(yùn)用模型建構(gòu)與推理論證等科學(xué)思維方式，解決真實(shí)問題，體驗(yàn)成功，獲得物理學(xué)科核心知識(shí)，理解物理學(xué)習(xí)的過程，把握物理學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、高級(jí)的社會(huì)性情感、積極的態(tài)度、正確的價(jià)值觀，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展，成為具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)秀的學(xué)習(xí)者[1] .”

在初中物理深度學(xué)習(xí)活動(dòng)中，基于實(shí)驗(yàn)探究的深度學(xué)習(xí)是一種重要的教學(xué)方式，其核心是實(shí)驗(yàn)探究，重在讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，自主構(gòu)建結(jié)論[2].針對(duì)這一特點(diǎn).本文構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)的探究式教學(xué)模式，在人教版物理教材九年級(jí)第二十章第二節(jié)“電與磁”中，有關(guān)的物理規(guī)律和概念幾乎都是通過實(shí)驗(yàn)概括得出，注重學(xué)生的體驗(yàn)與感悟，注重知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用.因此，本節(jié)課通過實(shí)施學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，能有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生探究能力，鍛煉學(xué)生從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)歸納規(guī)律和應(yīng)用概念的能力.

1 基于深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)路徑

初中物理深度學(xué)習(xí)突出學(xué)習(xí)過程的五個(gè)特征：聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價(jià)值與評(píng)價(jià).結(jié)合深度學(xué)習(xí)的這些特征，在初中物理實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)實(shí)施中的教學(xué)基本流程，如圖1所示.

2 基于深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)實(shí)踐與評(píng)析

在人教版物理教材九年級(jí)第二十章第二節(jié)“電與磁”中，教材在已有的電學(xué)知識(shí)和簡(jiǎn)單的磁現(xiàn)象知識(shí)基礎(chǔ)上，將電和磁聯(lián)系起來(lái).本節(jié)是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)電與磁的統(tǒng)一，是學(xué)生在學(xué)習(xí)磁現(xiàn)象、磁場(chǎng)后的一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課，是磁場(chǎng)研究方法的延伸.本節(jié)內(nèi)容的重難點(diǎn)是探究通電螺線管中的磁場(chǎng)特點(diǎn).現(xiàn)以學(xué)生深度學(xué)習(xí)過程為主線，分享教學(xué)實(shí)施的過程和評(píng)析.探究如何將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)中.

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)片段1

魔術(shù)——紙盒吸引大頭針（利用紙盒內(nèi)隱蔽的通電螺線管吸引大頭針）.

教師：我們發(fā)現(xiàn)盒子能吸引大頭針，此盒中的物體可能是什么？你猜想的依據(jù)是什么？

學(xué)生：盒內(nèi)可能有磁體，磁體能吸引大頭針.

教師：斷開開關(guān)，再靠近大頭針;仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你有哪些疑問？

學(xué)生：為什么不吸引大頭針了？盒內(nèi)到底是什么？

教師：將紙盒打開，展示螺線管.

觀察盒內(nèi)的器材，請(qǐng)學(xué)生猜想這是什么？可提出什么樣的問題進(jìn)行探究？

學(xué)生：電和磁之間有聯(lián)系，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng).

評(píng)析：深度學(xué)習(xí)面向真實(shí)問題的解決，表現(xiàn)為學(xué)生全身心投入的學(xué)習(xí)狀態(tài)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)探究型教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)要突出“真實(shí)”和“出乎意外”的特點(diǎn)，能激發(fā)學(xué)生的思維，能夠讓學(xué)生迅速進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài).在學(xué)生的認(rèn)知中磁體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物體.現(xiàn)在能否吸引大頭針完全可以人為控制，引起學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，激發(fā)學(xué)生的求知欲，從而引發(fā)學(xué)生思維沖突，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力.

2.2 問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生積極體驗(yàn)

教學(xué)片段2

教師：電流是否能產(chǎn)生磁場(chǎng)？探究教材第124頁(yè)中的“想想做做”.先做實(shí)驗(yàn)甲，看到什么現(xiàn)象？說明什么？

注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)過程讓電源短路，通電時(shí)間不能過長(zhǎng)，強(qiáng)調(diào)觸接.

學(xué)生：小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電直導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng).

教師：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，改變通電導(dǎo)線中電流的方向，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向和原來(lái)偏轉(zhuǎn)的是否相同？這又說明什么？

學(xué)生：小磁針偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，說明電流的磁場(chǎng)與電流方向有關(guān).

教師：介紹丹麥物理學(xué)家奧斯特.

評(píng)析：傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)變成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將能夠更好地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象，概括結(jié)論，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思想和方法都起到重要的作用.真正遵循“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的原則.通過介紹電生磁的物理學(xué)史，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)世界觀的教育.從而為后面的學(xué)習(xí)起到啟發(fā)與引導(dǎo)作用.

教學(xué)片段3

教師：通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，通電螺線管的周圍也應(yīng)該存在磁場(chǎng)，那么通電螺線管的磁場(chǎng)是什么樣的？用什么方法可以顯示出磁場(chǎng)的分布？

學(xué)生：可以用鐵屑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將鐵屑灑在通電螺線管的上面，觀察鐵屑的排列情況.

教師：還可以用什么方法？

學(xué)生：還可以用小磁針，將小磁針放在通電螺線管周圍不同位置，觀察小磁針N極指向，并記錄N極指向.如圖2所示.

教師：觀察這兩種顯示磁場(chǎng)的分布（如圖3所示），對(duì)比上節(jié)課學(xué)習(xí)的蹄形磁體和條形磁體的磁場(chǎng)分布，你能得到什么結(jié)論？

學(xué)生：通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)分布相似.

評(píng)析：通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自己探究、感知通電螺線管的磁場(chǎng)，通過觀察使學(xué)生聯(lián)想到條形磁體，得出結(jié)論：通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)非常相似.美國(guó)心理學(xué)家桑代克認(rèn)為：“只有在原有的學(xué)習(xí)情境與新的學(xué)習(xí)情境有相同要素時(shí)，原先的學(xué)習(xí)才有可能遷移到新的學(xué)習(xí)中去.”因此，教師利用這種教學(xué)方法有益于學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí).

2.3 基于合作探究，實(shí)現(xiàn)意義建構(gòu)

教學(xué)片段4

教師：通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)分布相似，它的兩端相當(dāng)于條形磁體的兩個(gè)磁極.那么如何判斷通電螺線管的極性？

學(xué)生：根據(jù)通電螺線管兩端的小磁針的N極或者S極的指向，由同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引，可以判斷出通電螺線管的極性.

教師：那么通電螺線管的極性與螺線管中電流方向是否有關(guān)？要研究通電螺線管的極性與電流方向是否有關(guān)，需要記錄什么？

學(xué)生：需要記錄螺線管中的電流方向和記錄通電螺線管的極性.

教師：如何畫出通電螺線管的平面圖？并在螺線管上標(biāo)出電流的方向？先示范，描出其中一種繞線方式，再讓學(xué)生觀察桌面的螺線管繞線方式，屬于哪一種，討論思考.

學(xué)生：學(xué)生畫圖，展示出兩種不同的繞線方式.如圖4所示.

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)都是用成品實(shí)驗(yàn)器材，而成品的繞線方式只有一種.為了實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)驗(yàn)探究，為了能夠更好地說明通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向和螺線管中的電流方向的關(guān)系，教師在課堂上用兩種繞線方式讓不同的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，得出普遍規(guī)律.筆者自制螺線管，其繞線方式和成品實(shí)驗(yàn)器材不同，實(shí)現(xiàn)重實(shí)驗(yàn)探究的目的.

教師：請(qǐng)同學(xué)們動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完成后，展示兩種不同的繞線方式，通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)當(dāng)改變螺線管中的電流方向時(shí)螺線管的極性是否改變.展示學(xué)生的四幅圖，如圖5所示，能否用自己的語(yǔ)言巧妙地將物理規(guī)律中各量之間的方向關(guān)系表達(dá)出來(lái).可以參考教材中猴子和螞蟻的表達(dá)方式.

教師：通過實(shí)驗(yàn)，結(jié)合兩組不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，思考可以發(fā)現(xiàn)通電螺線管的極性與螺線管中的電流方向是否有關(guān)？

學(xué)生：通電螺線管的極性與螺線管中電流方向有關(guān).

評(píng)析：探究通電螺線管兩端的磁極與電流的方向是否有關(guān)，和奧斯特實(shí)驗(yàn)中小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行對(duì)比，且運(yùn)用到上一節(jié)中——同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引的知識(shí)，得到通電螺線管兩端的磁極方向與電流方向有關(guān).筆者在這個(gè)教學(xué)片段中滲透“預(yù)測(cè)—演示—觀察”的教學(xué)策略，在問題中激發(fā)學(xué)生的思考，在實(shí)驗(yàn)中解決學(xué)生的疑惑，從而促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí).同時(shí)也運(yùn)用舊知識(shí)解決新的問題，而深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)之一就是強(qiáng)調(diào)新舊知識(shí)之間的聯(lián)系.

本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究中合作的必要性，除了在本實(shí)驗(yàn)小組范圍內(nèi)進(jìn)行分工合作之外，還實(shí)現(xiàn)小組合作的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，感受合作在獲取大數(shù)據(jù)中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí).通過學(xué)生的合作探究，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)右手定則的使用方法.

2.4 解決實(shí)際問題，提升學(xué)生思維

教學(xué)片段5

教師：請(qǐng)你根據(jù)圖6中通電螺線管中的電流方向判斷螺線管的極性.根據(jù)圖7中通電螺線管的極性畫出螺線管中電流的方向，并用箭頭標(biāo)出.

教師：安培定則有哪些實(shí)際應(yīng)用？

學(xué)生：由通電螺線管中的電流方向，判斷通電螺線管的N、S極;已知通電螺線管的N、S極，判定螺線管中電流的方向.

評(píng)析：解決實(shí)際問題，有助于知識(shí)的遷移應(yīng)用，同時(shí)遷移應(yīng)用又能幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解.遷移應(yīng)用是學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的重要標(biāo)志.通過運(yùn)用右手定則能夠快速判斷通電螺線管的兩端極性或螺線管中的電流方向.培養(yǎng)學(xué)生分析問題、總結(jié)概括能力.

3 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)中運(yùn)用深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生自主建構(gòu)物理知識(shí)的能力.本節(jié)課學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)任務(wù)，教師引導(dǎo)學(xué)生勤思考，經(jīng)歷真正的思考與動(dòng)手過程，學(xué)生經(jīng)歷有效的實(shí)驗(yàn)探究深度學(xué)習(xí)，在正確理解物理規(guī)律、科學(xué)探究的基礎(chǔ)上形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維能力，形成社會(huì)責(zé)任感.

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2021-04-04）