聚焦實(shí)驗(yàn)研究 促進(jìn)深度教學(xué)

李 剛

（蘇州市教育科學(xué)研究院，江蘇 蘇州 215000）

2019年教育部16號《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》中指出：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國家課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑，“注重實(shí)效，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作、情境體驗(yàn)、探索求知、親身感悟和創(chuàng)新創(chuàng)造”是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然路徑.

1 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的淺層化現(xiàn)象

物理實(shí)驗(yàn)是有目的、有計(jì)劃地運(yùn)用儀器、設(shè)備，在人為控制條件下，使物理現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，從而進(jìn)行認(rèn)真觀測，獲取大量資料的一種科學(xué)研究方法.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》規(guī)定了20個(gè)必做實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?yōu)質(zhì)載體.然而，教學(xué)實(shí)踐中許多物理教師往往受思想認(rèn)識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、器材因素、升學(xué)壓力、教學(xué)對象等諸多因素的影響，人為削弱了實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的地位，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.

（1）教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀偏差.

“做實(shí)驗(yàn)不如看實(shí)驗(yàn)，看實(shí)驗(yàn)不如講實(shí)驗(yàn)，講實(shí)驗(yàn)不如背實(shí)驗(yàn)”，是許多物理教師對待實(shí)驗(yàn)的真實(shí)寫照，他們?nèi)匀粚?shí)驗(yàn)停留在現(xiàn)象和結(jié)論的記憶層面.同時(shí)，教師的言行給學(xué)生傳遞負(fù)面信息，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)可有可無，只要題目會(huì)做就行.在平時(shí)的教學(xué)中，學(xué)生即使動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，也是淺嘗輒止，不會(huì)用心思考原理和現(xiàn)象背后的內(nèi)容.

（2）教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)起點(diǎn)研究不足.

（4）用視頻或動(dòng)畫代替演示實(shí)驗(yàn).

近年來，由于學(xué)校設(shè)備不斷更新以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級，用課件“演示”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象普遍存在，有的教師認(rèn)為下載課件并在原有基礎(chǔ)上修改方便，省時(shí)省力，一個(gè)U盤加一本書進(jìn)課堂，安全易操作.然而，學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)被剝奪了，探究實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)一些問題以及實(shí)驗(yàn)中的困難和失敗的因素被隱藏了，學(xué)生看到的是正確完美的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，缺少深層的思考.

2 初中物理實(shí)驗(yàn)深度教學(xué)的內(nèi)涵

（1）初中物理深度教學(xué).

直接進(jìn)行知識和結(jié)論的教學(xué)屬于淺層教學(xué).深度教學(xué)是針對于淺層教學(xué)而言的，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)稱為“深度教學(xué)”，“深”并非是教學(xué)難度上深挖，而是學(xué)生從學(xué)習(xí)行為的投入度、學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)度、學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解度、學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度、學(xué)習(xí)思維的活躍度、學(xué)習(xí)反思的批判度、學(xué)習(xí)生成的資源度、學(xué)習(xí)意義的體驗(yàn)度、學(xué)習(xí)應(yīng)用的遷移度和學(xué)習(xí)拓展的延伸度等方面進(jìn)行.［1］深度教學(xué)強(qiáng)調(diào)的是“為理解而教”，注重體驗(yàn)和探究，重視實(shí)驗(yàn)反思.

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究可以促進(jìn)深度教學(xué).

學(xué)生對物理觀念（包含基本原理、核心概念）的深層次理解，建立完善的學(xué)科知識體系，探尋學(xué)習(xí)的真正意義.這是深度教學(xué)主要關(guān)注的內(nèi)容.初中物理實(shí)驗(yàn)的深度教學(xué)不僅強(qiáng)調(diào)物理學(xué)科知識的教學(xué)，而且還強(qiáng)調(diào)價(jià)值觀、思想情感、思維能力等的教育和培養(yǎng).實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究促進(jìn)了深度教學(xué)，有利于學(xué)生理解事物的本質(zhì)和規(guī)律、思想及其方法、情感及其態(tài)度價(jià)值觀.

（3）深度教學(xué)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

深度教學(xué)和深度學(xué)習(xí)之間存在著極為密切的關(guān)系.它是一種能夠使學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的有效教學(xué)策略.只有將學(xué)生引向深度學(xué)習(xí)的深度教學(xué)，才是基于核心素養(yǎng)的教學(xué)觀.深度教學(xué)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，其結(jié)果應(yīng)聚焦知識結(jié)構(gòu)的建立、可觀察的表現(xiàn)性行為、高階認(rèn)知能力水平的提升，學(xué)科思想及學(xué)科關(guān)鍵能力的形成.深度教學(xué)切實(shí)體現(xiàn)教學(xué)的過程價(jià)值，豐富學(xué)生的課程履歷和學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

2016年，89歲的奶奶因病去世。這位白發(fā)蒼蒼的老人，彎腰駝背，唯獨(dú)套在她那細(xì)條條的手腕上的銀鐲子依然發(fā)出幽靜而深遠(yuǎn)的光芒。終日里，她就坐在靠墻的木椅上目視遠(yuǎn)方，像是在期待什么。這樣的畫面時(shí)常會(huì)在我的腦海浮現(xiàn)，也常會(huì)有種淡淡的悲傷襲上心頭。

3 指向深度教學(xué)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，讓學(xué)生“沉浸式”地體驗(yàn)感悟，教師要充分地舉證歸納.要以創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)問題情境為導(dǎo)向，以適合學(xué)生的合作探究為方式，讓學(xué)生在解決問題的過程中，有足夠的時(shí)間和空間通過生本互動(dòng)、生生互動(dòng)、師生互動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的思維進(jìn)階，并在深化理解中遷移應(yīng)用，進(jìn)而將碎片化的知識形成結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而建構(gòu)正確的物理觀念.

為了提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，利用實(shí)驗(yàn)引發(fā)、促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，筆者構(gòu)建了物理實(shí)驗(yàn)深度教學(xué)的實(shí)施路徑，形成了相互融合、不斷遞進(jìn)的5個(gè)環(huán)節(jié)，具體內(nèi)容如圖1所示.

圖1 物理實(shí)驗(yàn)深度教學(xué)的實(shí)施路徑

3.1 融入情境，提出問題

“教學(xué)即情境”，以創(chuàng)設(shè)能引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的真實(shí)情境為起點(diǎn)，著力構(gòu)建真實(shí)的、復(fù)雜甚至兩難的情境.創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突是批判性思維訓(xùn)練過程，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突從思維層面上不僅能激發(fā)學(xué)生求知欲，還有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為深度學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生高階思維和提高學(xué)生思維能力做好準(zhǔn)備.

案例1.在“靜電現(xiàn)象”教學(xué)中，教師拿出一根魔棒，用魔棒的一端去靠近用細(xì)繩懸掛起來的小磁針、鐵絲，它們都發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，學(xué)生認(rèn)為魔棒是磁鐵.

教師再用魔棒去靠近一根黃瓜，學(xué)生表現(xiàn)出極高的熱情，發(fā)現(xiàn)黃瓜也發(fā)生了偏轉(zhuǎn).學(xué)生期待情境的進(jìn)一步推進(jìn)，教師拿出一堆小紙屑，靠近小紙屑，紙屑發(fā)生了跳動(dòng).進(jìn)而揭秘：這根魔棒是一根靜電棒，為后面的教學(xué)進(jìn)行巧妙的鋪墊.

案例中的情境讓學(xué)生面對真實(shí)問題，這種情境的創(chuàng)設(shè)突出了“真實(shí)”和“出乎意料”的特點(diǎn)，符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn).教師不斷地創(chuàng)設(shè)和追問，讓學(xué)生不斷地進(jìn)行思考，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的興趣和情感的高投入，讓他們迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，并通過自主構(gòu)建，將前概念和經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念.

3.2 自主探究，尋找證據(jù)

課堂上經(jīng)常見到的是一帆風(fēng)順的探究，教師的“引導(dǎo)”變成了“向?qū)А保瑢?dǎo)致探究處于淺層學(xué)習(xí)狀態(tài).以探究為手段，以“就物說理、以物論理”為基礎(chǔ)，此處的“物”，即是“實(shí)驗(yàn)”或“事實(shí)”.自主探究就是尊重學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生沿著自己的思維方式展開探究，經(jīng)歷初探、反思、再探、再反思的螺旋上升過程，不斷地自我否定和自我建構(gòu)，最后形成物理觀念，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)生長.

案例2.在“電磁感應(yīng)”教學(xué)中，教師針對“怎樣顯示是否有感應(yīng)電流問題”設(shè)置兩次探究環(huán)節(jié)，一是初探，二是再探（圖2）.

圖2 兩次探究環(huán)節(jié)思維流程

學(xué)生自己選擇實(shí)驗(yàn)器材（小燈泡、發(fā)光二極管、電流表……）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣操作，燈不亮，二極管不發(fā)光，或電流表不偏轉(zhuǎn).組織學(xué)生討論：這些現(xiàn)象說明了什么？教師出示小量程電流表.要求學(xué)生再探.教師分發(fā)靈敏電流計(jì)，學(xué)生重新探究.教師巡視并個(gè)別輔導(dǎo)，提醒學(xué)生填寫表1，并記錄導(dǎo)體AB在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡.

表1

從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)來講，有電流通過的證據(jù)是燈在發(fā)光，或電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn).在探究器材的選擇上，應(yīng)尊重學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，并基于經(jīng)驗(yàn)展開教學(xué).利用這些器材初探后，發(fā)現(xiàn)燈泡、發(fā)光二極管、電流表均無“反應(yīng)”，引發(fā)學(xué)生深度思考，從而產(chǎn)生使用更小量程電流表的心理需求.

尋找證據(jù)就是在教師的指導(dǎo)下，通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在“試誤”中體驗(yàn)，在嘗試中經(jīng)歷錯(cuò)誤的過程.學(xué)生的探究活動(dòng)雖然不可能也不必像人類最初發(fā)現(xiàn)知識那樣，經(jīng)歷漫長曲折的試誤過程，但在重要環(huán)節(jié)讓學(xué)生經(jīng)歷必要的失敗，在失敗中進(jìn)行反省修正，對培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知能力和初步體會(huì)科學(xué)研究的艱辛非常有價(jià)值.

3.3 深度互動(dòng)，提升思維

以互動(dòng)為方式，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維為核心.每個(gè)學(xué)習(xí)者都有自己的經(jīng)驗(yàn)世界，經(jīng)過自主探究和初步思維加工，學(xué)生大腦里建立了物理觀念的雛形，但往往不全面、不深刻，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤，通過發(fā)現(xiàn)問題、活動(dòng)探究、發(fā)現(xiàn)新問題的深度互動(dòng)，突出生生思維互動(dòng)，幫助學(xué)生形成正確的物理觀念，強(qiáng)調(diào)交流過程中的質(zhì)疑和批判性思考.

案例3.在“平面鏡”教學(xué)中，學(xué)生的前概念：像就在鏡子上、物體近像大，物體遠(yuǎn)像小.教師沒有直接給他探究用的實(shí)驗(yàn)器材，而是通過“活動(dòng)-問題”的情境互動(dòng)引發(fā)學(xué)生的思考，在思考的基礎(chǔ)上進(jìn)行探究，使其知其然而知其所以然.問題成為學(xué)生心靈的觸發(fā)器，充當(dāng)學(xué)生心靈的喚醒者，促進(jìn)學(xué)生心靈不斷完善和建構(gòu)（圖3）.［2］

圖3 “活動(dòng)-問題串”思維模型

3.4 深化理解，遷移應(yīng)用

深化理解有助于知識的遷移應(yīng)用，反過來，遷移應(yīng)用又能促進(jìn)學(xué)生對知識的理解.遷移應(yīng)用是深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要標(biāo)志，是實(shí)踐的體現(xiàn)，特別是物理小制作，綜合實(shí)踐活動(dòng)等動(dòng)手實(shí)踐性的內(nèi)容，也是深度教學(xué)的優(yōu)質(zhì)資源.

案例4.在“電流的磁場”教學(xué)中，探究得出4張圖，這4張圖如何“合四為一”？引發(fā)學(xué)生思考：通電螺線管的磁極到底與什么因素有關(guān)？開始探究時(shí)，學(xué)生認(rèn)識到與電流有關(guān)，初步理解是接線柱中的電流，另外一個(gè)因素就是與繞線有關(guān).但是，在讓學(xué)生歸納的過程中，把學(xué)生的思維引導(dǎo)到螺線管中的電流上去，然后通過對比，發(fā)現(xiàn)實(shí)際上是取決于螺線管中的電流方向，如圖4（a）所示.將圖4（b）中右邊一張圖翻轉(zhuǎn)180°就可以得到圖4（c）中右邊這張圖.引導(dǎo)學(xué)生得出規(guī)律：螺線管看得見的部分如果電流向上，N極就在左邊.右手螺旋定則只不過是記憶方式.在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過遷移應(yīng)用，通電螺線管的磁場以及電磁鐵應(yīng)用的教學(xué)就水到渠成.

圖4 螺線管的極性與繞線方式“合四為一”

3.5 歸納梳理，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)

心理學(xué)家布魯納：無論我們選教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的基本知識結(jié)構(gòu).學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，得出結(jié)論之后，所獲得的知識和方法處于離散狀態(tài).教師要引導(dǎo)學(xué)生做好探究后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、規(guī)律學(xué)的歸納、聯(lián)結(jié)過程，理清物理規(guī)律和方法在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的位置及相互關(guān)系，建立起清晰、穩(wěn)定的認(rèn)知體系.在課的結(jié)尾，滲透逆向思維，形成網(wǎng)絡(luò).探究式教學(xué)不能止于結(jié)論的獲得，結(jié)論與已有知識之間的關(guān)聯(lián)要梳理出來，形成的知識和方法的結(jié)構(gòu)化有利于學(xué)生解決問題時(shí)高效地提取信息，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí).如聲音內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，可以用圖5呈現(xiàn).

圖5 知識和方法結(jié)構(gòu)化示例

基于實(shí)驗(yàn)的深度教學(xué)能夠帶領(lǐng)著學(xué)生，經(jīng)歷原初知識發(fā)現(xiàn)的驚喜和戰(zhàn)栗，不斷打碎舊的知識系統(tǒng)，在失衡中重新建構(gòu)，讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)的樂趣，真正熱愛學(xué)習(xí).