基于深度學習的初中物理實驗備課策略

摘? ? ? 要 深度學習是一種主動的、探究式的、理解性的學習，是落實學生核心素養的有效途徑，而學生的深度學習離不開教師的深度備課。文章以“探究光的反射規律”實驗為例，提出了“解析實驗邏輯，優化探究順序;重視認知體驗，改進導入活動;深入學科本質，厘清概念內涵;追尋概念本源，注重學科融合;反思實驗方法，改進具體方案”等深度備課策略。

關 鍵 詞 初中物理? 實驗教學? 深度學習? 深度備課? 光的反射

任少鐸.基于深度學習的初中物理實驗備課策略[J].教學與管理，2022（25）：51-53.

深度學習最早于1976年由國外學者提出[1]，以后陸續有各國學者在此基礎上對深度學習進行了不同角度的分析和研究，國內也有不少學者對深度學習進行了廣泛研究。結合目前國內外關于深度學習的研究，筆者比較認同：深度學習與淺層學習對立，是一種基于理解的學習，涉及學習的投入程度、認知體驗和思維程度等方面[2]，強調內容整合，著意建構反思，注重批判理解，重視遷移運用[3]。筆者認為：深度學習是基于體驗的投入式學習，是注重批判的理解性學習，是打破學科界限的跨學科學習，是培育核心素養的發展性學習。

教師的“教”與學生的深度學習有密不可分的聯系。深度學習是復雜的信息加工過程，學生須對新知識進行有意義和精細化的深度加工，這都需要建立在教師深度引導的基礎之上。米里斯認為，要促進深度學習，教師首先要明確教學重點，并精心設計活動促進學生的深度參與和理解[4]。安富海認為，要促進深度學習，需要教師在課下做足“功課”并做好教學設計[5]。郭華認為，深度學習發生的先決條件是教師的自覺引導。深度學習離不開教師有深度的“教”，這已經成為教育界的共識。要實現有深度的教，就要進行有深度的備課。

實驗教學是物理教學的重要內容。“探究光的反射規律”實驗，是《義務教育物理課程標準》中學生必做實驗之一，其重要性不言而喻。由于實驗的復雜性以及概念的抽象性和光路的空間性，不少學生對于該實驗的學習僅僅停留在以記憶為主的淺表學習。針對該實驗，筆者提出了幾點深度備課策略，供廣大師生參考，以期為深度學習領域提供可借鑒化的經驗。

一、解析實驗邏輯，優化探究順序

光的反射實驗有兩個重要的實驗環節，“探究入射光線、法線和反射光線的空間關系（以下簡稱三線的空間關系）”和“探究反射角、入射角的大小關系（以下簡稱兩角的大小關系）”。“探究三線的空間關系”應當在“探究兩角的大小關系”之前，因為用紙板顯示光路并“探究兩角的大小關系”時就已經呈現并默認三線在一個平面內了（與紙板同在一個平面）。倘若先“探究兩角的大小關系”后“探究三線的空間關系”，那么就會先“呈現結論現象”再來“探究”，如此并不符合科學探究的邏輯。

教材（人教版，下同）中這兩個環節的先后順序為：先“探究兩角的大小關系”，后“探究三線的空間關系”。這種安排邏輯并不嚴密，整個實驗既混亂又雜糅，不利于學生由淺入深地進行層進式學習，不利于培養學生科學探究等物理學科核心素養。

二、重視認知體驗，改進導入活動

初中階段，學生的思維還停留在具體運算階段和前運算階段，抽象思維的發展還不完善，整個思維活動還依賴于直觀的感性材料。教材中實驗的導入采用的是“書、桌子等可以反射光線，因此我們才可以看見不發光的物體（如圖1所示）”。教材采用的導入情境非常抽象，由于看不到光路，學生對光的反射現象缺乏直觀感受和體驗，自然很難深刻認識。在對現象都缺乏感受和認識的情況下就探究其深層次的規律，并不符合學生的思維特點和認知規律，導致學習很容易變為以記憶為主的淺層學習。

為促進學生進行基于興趣的學習，應設計活動加強學生對光的反射現象的體驗和認識。讓手電筒發出一束光斜射到平面鏡上，在光經過的區域噴空氣清新劑等噴霧，就可以看到一條明顯的光路，同時可以在天花板或墻壁上看到光斑（如圖2）。改變入射方向，讓學生觀察光路和光斑的變化情況，這樣不僅可以使學生在實驗前就對光的反射現象有一個直觀的體驗和認識，還可以激發學生的探究興趣，使學生帶著興趣全身心地投入到接下來的探究。

三、深入學科本質，厘清概念內涵

光的反射實驗涉及到“光”“光路”“光線”等三個易混淆的概念。“光”本身是看不見的，“光”只是我們看物體的工具，通過“光”我們才可以看見物體。“光路”是指光的傳播路徑。“光線”是表示光的傳播路徑和方向的直線，是一種幾何抽象和理想模型，現實中并不存在。

教材的內容設計并不利于學生深度理解和區分這三個概念。在實驗前，教材并沒有深入分析三者的內涵和區別;在具體實驗步驟中，教材的問題“把紙板NOF向前折或向后折，在紙板上還能看到反射光嗎？”還把“光”和“光路”混淆了。在實驗過程中，教材所給的實物圖（如圖3）與結論的插圖（如圖4）極其相似，學生容易誤以為圖3中紙板上呈現就是入射光線和反射光線。事實上，紙板上呈現的既不是反射光，也不是光線，而是光路！紙板上被照亮的部分呈現了光束傳播的路徑。

為促進學生進行深入學科本質的理解性學習，有必要幫助學生厘清“光”“光路”“光線”這三個概念，并明確其區別與聯系。首先，在實驗前就先引導學生明確三者的內涵和區別。借助剛剛的導入活動給學生介紹“光”“光路”的區別，在展示完光的反射現象后，不關手電筒，待空氣中的噴霧散去后，問學生：為什么空氣中看不見光了？并引導學生思考得出：光本身是看不見的，光只是一種工具，一種我們用來看物體的工具。通過光我們才能看見物體，由物體出發的光進入眼睛時，我們看到的是物體，而不是光或光束（空間中具有一定關系的光的集合）本身。剛剛我們以為自己看到了手電筒發出的光束，事實上我們看到的并不是光束，而是大量被光照亮的小顆粒，這些小顆粒呈現了光的傳播路徑（光路）！而“光線”是人為用來表示光的傳播路徑和方向的直線，是一種物理模型，現實中并不存在。其次，在實驗中要進一步通過現象深化學生對三者（“光”“光路”“光線”）的理解。當用激光筆貼著紙板照射時，讓學生思考紙板上呈現的究竟是“光”“光路”還是“光線”，通過交流討論，學生能夠知道，紙板上呈現的既不是“光”，也不是“光線”，而是“光路”！

深度學習是深入學科本質的理解性學習，概念是物理知識的核心，只有對實驗中涉及到的概念有深刻的理解，才能對實驗有深刻的理解。倘若“光”“光路”“光線”三個概念都不能厘清，那么學生對本實驗的理解必然是淺表的而不是深刻的。通過對實驗中涉及到的概念進行深度建構和理解，使學生深度厘清本實驗所涉及的幾個概念，不僅有助于提升學生的物理觀念等素養，更有助于促進學生深入學科本質進行理解性學習，實現以理解為主的深度學習。

四、追尋概念本源，注重學科融合

新概念的引入不能僅僅是機械的介紹概念的定義和內容，而應該關注引入概念的緣由和邏輯，只有學生明白了引入新概念的緣由和邏輯，才會對新概念有本質上的認識和理解，并最終形成屬于自己的知識體系。

法線是光的反射現象中需要引入的一個重要概念，教材對于法線的引出并沒有鋪墊，而是直接給出了法線的概念。不少教師在教學中也是按部就班地給出法線概念并讓學生記住。由于缺乏理解，學生的學習便僅僅停留在了以記憶為主的淺層學習。

深度學習是跨越學科界限的融合性學習，法線本質上是入射光線和反射光線的“對稱軸”，而“對稱軸”又是數學的內容，因此有必要將物理與數學深度融合。要讓學生對法線的內涵有深度理解，需要引導學生跨越學科界限追尋引入法線的本源。按照正常教學進度，學習到光的反射這一節時，數學（人教版）剛好學完軸對稱。再次打開手電筒并向空中噴霧，多次改變入射角的大小，讓學生觀察兩條光路如何變化，有什么特點，不少學生就會答出：關于中線對稱。此時教師再進一步提問：這個中線在數學中稱為什么呢？以此激發學生從數學的角度思考光線的對稱及對稱軸，實現物理與數學的深度融合。然后結合數學中的對稱軸概念引出法線的概念，學生就可輕松理解引入法線的緣由，從而明確法線概念的本源，實現對本實驗的深度學習。

五、反思實驗方法，改進實施方案

實驗方法指的是實驗中所采取的方法或步驟，是通過對可重復的實驗現象進行觀察，從中發現規律的研究方法。為了得到普遍結論，實驗所用的方法必須科學嚴謹。

教材探究三線（入射光線、法線、反射光線）的空間關系所采用的方法是反證法，即先呈現三線在同一平面這一現象，然后把半個紙板向后折或向前折，紙板上看不到反射光路，由此得出三線在同一平面。這種做法存在一系列的問題。首先，先呈現結論再翻折紙板的操作是驗證（反證）已有結論而不是探究未知規律，不符合探究實驗的理念;其次，物理學是一門嚴謹的自然科學，要得出普遍結論或一般規律必須多次實驗，而課本卻通過一次實驗便得出普遍結論，有違探究實驗的嚴謹性。

這種利用反證法的操作晦澀難懂，不少學生不得不記住這一操作及其所對應的結論，使得本應是幫助學生理解相關現象和原理的探究實驗反倒成為學生需要額外記住的累贅，將有意義的探究學習變成了無意義的機械學習。

為促進學生的深度學習，有必要對實驗步驟進行適當優化。一開始，不讓紙板的兩半在同一個平面，先讓入射光束沿著其中一半紙板射向鏡面，然后轉動另外一半紙板，當剛好可以呈現反射光路時，觀察兩半紙板的的位置關系（此時兩半紙板在同一平面）。接著將紙板沿著垂直于桌面的軸旋轉一定角度，重復實驗，會發現，每一次剛好可以呈現反射光路時兩半紙板都處于同一平面，并由此得出普遍規律：光反射時入射光線、法線和反射光線在同一平面。

當前，課堂教學依然存在著大量表演學習、表面學習和表層學習現象，不少教師仍是按部就班地傳遞碎片化的知識，學生收獲的只是孤立、零散的記憶性知識，學生的學科知識、學科能力、學科素養未得到有效滲透。導致這種現象的原因，很大一部分是教師在課前沒有進行充分的深度備課。為了促進學生的深度學習，切實提高學生的學科核心素養，將課程改革落到實處，教師需要具有深度備課的意識和能力。只有教師進行了充分的深度備課，才能幫助學生擺脫機械記憶的深淵，實現從淺表學習向深度學習的飛躍，讓物理學科核心素養真正落地生根。

參考文獻

[1] 郭元祥.論深度教學：源起、基礎與理念[J].教育研究與實驗，2017（03）：1-11.

[2] 任虎虎.促進深度學習的多版本教材整合教學——以“運動的合成與分解”教學為例[J].中學物理教學參考，2019，48（13）：37-39.

[3] 安富海.促進深度學習的課堂教學策略研究[J].課程·教材·教法，2014，34（11）：57-62.

[4] 楊清.走出“課堂深度學習”的認識誤區[J].中國教育學刊，2020（09）：71-76.

[5] 安富海，陳玉蓮.深度教學及其路徑研究[J].教育探索，2017（05）：6-10.

【責任編輯? 孫曉雯】