深度學習視域下初中物理實驗教學策略

歐然

隨著《義務教育物理課程標準（2022年版）》（下稱新課標）的持續推進，以主題為線索，建構以學生發展為本、以提升學生物理核心素養為宗旨的物理課程教學結構成為義務教育物理課程教學最為關鍵的核心課題。初中物理“大氣壓強”一課共由感受大氣壓強的存在、測量大氣壓值兩項物理實驗教學任務構成，意在讓初中生通過學習本課知識內容，理解和認識什么是大氣壓強，能夠運用大氣壓強產生的原因解釋生活中大氣壓強現象、解決客觀存在的大氣壓強問題，樹立起正確的物理觀念與科學責任態度。

本文以人教版八年級下冊物理教材第九章“壓強”第三節“大氣壓強”一課的實驗教學設計為例，從創新演示性導入實驗、改進驗證性測量實驗、拓展探究性操作實驗三個方面，論述分析了在深度學習視域下改善初中物理實驗教學、革新初中生物理實驗探究方式的策略方法。旨在通過對傳統中學物理實驗教學形式與呈現方式的優化，進一步增強物理實驗對促進學生物理核心素養發展的驅動作用，助推學生物理學習從淺層到深度的進階。

一、深度學習概述

深度學習最早出現于二十世紀七十年代，由瑞典哥德堡大學中的Ference Marton和Roger Saljo兩位心理學家提出，他們在《學習的本質區別：結果與過程》一文中明確闡述了表層學習和深層學習的概念。他們認為學生在認知過程中采用不同的學習方法或學習模式，會得到不同的學習結果，其中淺層學習的主要特征是以重復的、機械式的記憶方式理解和認知知識，深層學習則依靠于聯系和理解，通過關聯各種認知元素、深入分析知識內涵、體驗感受知識特點等方式，實現對所學內容的深度理解和深層把握，同時，形成較強的深入探知和知識加工與運用能力。

深度學習是相對于淺層學習而言的，但并不是簡單地挖掘知識內涵，而是對所學內容進行更加深入、全面的探索與研究。比如，在深度學習中，學生需要挖掘課程的核心知識點，探究學科理論的本質內涵，探索其中的內在規律，研究知識點之間的內在聯系。同時，學生需要進行主動學習，在教師的指導和引導下對學科知識進行自主探究。教師需要為學生創造更加靈活、開放的學習活動，使他們能夠運用類比、推理、分析、收集、歸納等方法對學科知識進行關聯探究、深度挖掘、拓展分析等。這樣既可以改變學生以往的被動學習方式，增強他們主動學習的意識和能力，又能通過深度學習，提高其思維能力、理解能力、認知能力、實踐能力等，進而提升對知識深層次認知的質量。

二、深度學習視域下初中物理實驗教學的要點

（一）突出學生的主體地位

在以深度學習為基礎的初中物理實驗課程中，教師需要改變傳統的教學思路，重視學生的主體地位，設計更多具有自主思考、自主探知、自主體驗特點的實驗活動，讓學生能夠更加主動地參與到物理實驗活動中，使其通過自主觀察、協同合作的方式認知物理知識。同時，教師還需要考慮到學生的興趣愛好，重視他們的學習態度和學習情緒，真正從學生的視角出發，設計能夠快速激發其自主學習欲望的物理實驗，遵循以學生為主的教學理念，提高學生主動學習的效果。

（二）重視啟發引導式教學

在深度學習中，教師不能直接告訴學生物理理論，而是讓他們自行探索學科知識，為其提供有效的探知引導，有意識地在物理實驗中啟發學生的分析思維、推理思維、比較思維等，使其能夠運用對比、推導、歸納等各種思維方法對物理理論進行分析、理解和總結，從而實現對學科知識的深度認知。

（三）創造深度體驗的空間

為了讓深度學習發揮出應有的作用，在開展物理實驗教學時，教師需要為學生創造更加開放、生動的學習空間，給予他們更多親身體驗、參與的機會，使其能夠對物理實驗進行親手操作、對物理現象進行細致觀察、對現象產生原因進行深度交流、對物理理論進行實驗驗證。這樣既可以增強學生物理學習的體驗感，又能提高其動手操作、觀察分析、交流理解的能力，進而提升物理深度學習質量。

三、深度學習視域下初中物理實驗教學的具體措施

（一）創新演示性導入實驗，使其切身感受大氣壓

帶領學生體驗、感受大氣壓強的存在，是中學物理教師在深度學習視域下圍繞人教版八年級下冊教材“大氣壓強”一課展開實驗教學設計所需把握的關鍵實施要點。教師可以通過創新性的導入實驗方式提升學生的體驗與感受，在吸引學生關注的同時，讓學生在細致觀察引人入勝的物理實驗現象的過程中，切身體會到大氣壓強的存在。

首先，演示“壓扁易拉罐”的物理實驗。將少量水注入廢棄易拉罐中，并用火加熱易拉罐，使易拉罐中的水沸騰，隨后立即用濕毛巾將易拉罐罐口塞住，向其外表面澆上冷水。此時，學生便會直觀且形象地觀察到易拉罐逐漸從原本的圓柱形逐漸變扁并發出“砰”的響聲。然后，教師立足實驗現象提出啟發性教學問題：“是什么力讓易拉罐變形？該實驗是否能夠證明大氣壓強的客觀存在？液體能夠流動，液體流向內部的各個方向都有壓強，空氣也能夠流動，那么是否空氣中也存在向各個方向的壓強？你們是否能夠舉出幾個生活實例或設計幾個物理實驗現象來驗證自身對大氣壓強所提出的猜想？”以此激活學生的思維，驅動學生對大氣壓強是否存在提出有理有據的科學假設，激發深入探究物理奧秘的學習興趣與科學探究熱情。

其次，在學生的物理學習興趣與積極情緒被充分調動與激發的基礎上，引導學生類比推理液體壓強的物理概念，對大氣壓強下定義，即大氣對浸在它里面的物體產生的壓強叫作大氣壓強，簡稱為大氣壓或氣壓。然后，教師聯系學生的生活經驗，利用羽毛球筒這一生活素材，指導學生做改良版的“覆杯實驗”。

第一步，將長寬大于筒口的干燥紙片覆蓋在筒口上，倒置羽毛球筒可觀察到紙片下落。第二步，將筒口打濕，用干燥紙片覆蓋筒口，倒置羽毛球筒可觀察到紙片不下落。第三步，向羽毛球筒中注入清水，使水面略高于筒口，將干燥紙片覆蓋在筒口上，倒置羽毛球筒可觀察到紙片緊緊依附在筒口上。平穩移動羽毛球筒，可發現紙片始終不下落。

學生積極參與物理演示實驗，充分感知到大氣壓強的客觀存在，能夠主動地從物理+生活的角度上列舉與大氣壓有關的生活實例，如懸掛物品的吸盤式塑料掛鉤、化學實驗室中的膠頭滴管、鋼筆的墨囊等。

（二）改進驗證性測量實驗，動手測量大氣壓

測量大氣壓既是初中物理“大氣壓強”一課的核心內容，也是中學生建構大氣壓強物理觀念、發展進階科學思維與科學探究物理核心素養的主要渠道。人教版八年級下冊物理教材中，關于大氣壓的測量是以演示性（錄像）實驗的形式呈現的，實驗原型為意大利科學家托里拆利的水銀柱實驗。

在深度學習視域下的初中物理“大氣壓強”實驗教學設計中，若教師只帶領學生觀看測量大氣壓值的物理實驗視頻，容易讓學生出現脫離物理課堂、游離物理課程教學的淺層學習問題，對其物理學習品質的進階與物理核心素養的發展帶來不利影響。為切實規避這一現象與問題的發生，教師便要采取更具實效性與針對性的手段對物理實驗教學設計進行改良與完善，將原有的水銀柱實驗轉化為安全性更高、學生本位更突出的水柱實驗與吸盤實驗，讓學生在切身參與測量大氣壓值的實驗操作與探究實踐的過程中實現更有意義的物理學習，進而得到物理學習狀態的順勢轉化與思維能力的穩步進階。

首先，在學生自主閱讀教材中與“大氣壓的測量”有關的資料內容后，教師利用微課技術為學生播放“托里拆利實驗”的視頻錄像，讓學生通過類比推理與遷移轉化書面理論知識初步把握該實驗中的原理與技巧方法，即科學家托里拆利是運用等效替代法與轉化法研究大氣壓強的。然后，教師提問：“是否可以用水替代托里拆利實驗中的水銀，大家能否測量出大氣壓值？”以此激發學生動手操作、動手測量大氣壓值的實驗興趣。

其次，初中物理教師可遵循“組間同質，組內異質”的小組合作學習原則，科學劃分物理實驗小組，讓各組學生用長約10m的水管、大燒杯、剪刀、卷尺等實驗器材展開以測量大氣壓值為目的的“水柱實驗”。

第一步，向長約10m的水管中注滿染色的清水，并用繩子系好水管兩端。第二步，將水管的一端固定在位于四樓的物理實驗室中，另一端從四樓緩慢下放到一樓地面上，并將其置于裝滿清水的大燒杯中。第三步，在水中將水管的打結處剪開，觀察水管中水柱的下降情況并測量水柱高度。第四步，重復操作，對比歸納實驗數據，得出水管內水柱高度約為9m。在各組學生完成實驗數據的采集與歸納后，教師可組織學生圍繞所測得的物理實驗數據展開探討與分析，遷移運用計算液體壓強大小的公式計算大氣壓值，使其在發散思考、多元探討的過程中得到物理學習經驗和感受的深化。

最后，考慮到“水柱實驗”實驗步驟煩瑣復雜、實驗數據誤差大、實驗操作所需空間大等種種因素，教師還可為學生設計更易上手、操作步驟更為簡便、實驗數據獲取更為輕松的“吸盤實驗”。

第一步，以生活中常見的吸盤式塑料掛鉤為主要實驗材料，利用已知圓的面積公式計算出吸盤的面積。第二步，將小桶懸掛在吸盤掛鉤上，將沙子少量多次地傾倒在小桶中，直至吸盤掉落。第三步，測量吸盤掉落時小桶與沙子的總重量，應用已知的壓強公式計算吸盤的大氣壓值，即。第四步，重復操作，對比歸納實驗數據，通過取平均值得到更為精準與科學的大氣壓值。

該方式對原有的“大氣壓的測量”物理實驗進行改良與完善，不僅能夠讓學生參與到物理實驗操作、物理實驗數據采集以及物理實驗結論分析的過程中，進一步豐富與深化學生的物理實驗感受與物理學習經驗，還能夠讓學生在以小組合作的形式對測量大氣壓值的方法步驟展開多元探討與分析交流時，使其科學思維能力更為發散與活躍，學習效果也會在提出問題、分析問題與解決問題時得到逐步提高與增強。

（三）拓展探究性操作實驗，強調創新，合理運用大氣壓

學以致用、創新創造既是中學生實現深度學習的集中體現，也是初中物理教師在學科核心素養視域下關鍵的育人方向。在初中物理“大氣壓強”一課的實驗教學設計中，教師可以在學生通過仔細觀察演示性物理實驗深刻感知大氣壓的存在、通過積極參與測量性物理實驗充分把握測量大氣壓具體數值方法的基礎上，立足物理課程的生活本質，引領學生從物理學科的視角觀察、分析生活中各種氣壓計，如水銀氣壓計、金屬盒氣壓計、氧氣瓶與滅火器氣壓計等工作原理，讓學生在理解體會物理知識應用價值的基礎上，更為真切地感受到物理與生活、社會、技術之間的必然關聯，主動生成動手制作簡易氣壓計的科學探索欲望與物理實踐興趣。

在此基礎上，教師引導學生回顧自制溫度計的技巧方法，用帶有刻度的玻璃管、染色的清水以及窄口玻璃瓶制作簡易氣壓計，如圖1所示。然后，攜帶簡易自制氣壓計從樓下走到樓上，利用本課所學大氣壓強知識與物理原理，對玻璃管中水柱高度的變化情況與實驗數據作出科學解釋，使學生深刻認識到大氣壓強會隨高度的上升而不斷減小。

圖1? 簡易氣壓計

該方式優化了初中物理“大氣壓強”實驗教學設計，不僅能夠為學生的物理學習建構從認知到理解，再到應用的良性“閉環”，使其接受與認同大氣壓強客觀存在的這一科學事實，樹立更為客觀的物理觀念與科學意識。學生在基于科學事實與證據參與更為自主化、開放化與創新化的物理實驗活動與創新實踐時，對物理學科的本質內涵與價值意義也會形成嶄新的認識，物理學習效率與物理核心素養自然也會在潛移默化中得到發展與提升。

四、結語

總而言之，在深度學習視域下開展初中物理實驗教學設計與實踐，教師應當嚴格遵循新課標的課程理念與教學建議，將更多關注點與教育教學重心集中在學生的科學探究與自主學習、合作學習上，以此更好地突出“以生為本”的素質教育觀，建構以學生為中心的課程教學結構，從而在有效驅動初中物理實驗教學從“知識本位”到“能力本位”“素養本位”轉移的同時，更為有效地促進初中生物理學習品質的進階與物理核心素養的發展。