聚焦新課標核心素養 深度學習實驗創新思路

摘 要：在開展初中物理教學實驗過程中，實驗現象不明顯往往會導致學生難以理解和接受實驗相關知識。本文聚焦《課程標準》核心素養，深度學習實驗創新思路，設計改進“探究影響壓力作用效果的因素”實驗，利用控制變量法和轉換法的思想，幫助學生直觀地得到壓力作用效果的變量關系，化解學習的難點。

關鍵詞：壓力；作用效果；實驗改進；實驗創新

物理是以實驗為基礎的科學，實驗教學是物理教學的重要組成部分。重視學生實驗操作，讓學生在實驗教學中充分發揮自主性，提高學生的創新能力，是落實物理課程目標、全面提高學生科學素養的重要途徑。［1］物理教師有責任改進和創新教材中的實驗，用更方便、更科學的實驗器材服務物理教學，促進學生深度學習。深度學習（Deep Learning），又叫深層學習，是指在理解的基礎上，批判性地學習新知識和思想，并將新知識和思想融入已有的認知結構中，建立聯系并能遷移到新情境中，作為決策和解決問題的一種學習方式。［2］教師只有通過深度學習創新實驗思路，才能在教學中培養學生的物理學科核心素養。這就意味著教師必須要對深度學習有深刻的理解，并結合對《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）的解讀，優化和創新實驗設計教學。

在人教版物理八年級下冊第九章第1節“壓強”的“實驗”欄目中，針對“探究影響壓力作用效果的因素”開展實驗探究，在此基礎上教材引入了壓強的定義和計算公式，加深了學生對壓強概念的理解和應用。由于壓強知識比較抽象，所以在教師把抽象的知識轉化為具體的知識的過程中，探究實驗起到了關鍵性的作用。教材中的實驗探究如圖1所示，把小桌和砝碼放在海綿上，海綿受到壓力的作用產生凹陷形變。學生通過觀察海綿的形變程度，比較得出影響壓力作用效果的因素。

雖然教材中的探究實驗器材簡單、操作容易，但仍有不足之處。

缺點1：用小桌、砝碼和海綿進行實驗，海綿的凹陷形變不夠明顯，影響學生得出實驗結論。

缺點2：該實驗是定性化地探究從而得出結論，不能滿足定量化地探究影響壓力作用效果的各種因素。

筆者受“探究液體內部的壓強”實驗的啟發，經過長期思索和反復實踐檢驗，提出了該實驗的改進思路和設計方案。

1 實驗裝置改進方法介紹

1.1 實驗器材

2個相同的塑料盒，2個氣球，2條相同長度的軟管，2個U型管，2個相同的木塊，1盒墨水，1個滴管，2根橡皮筋，膠水，帶刻度的支架座，4個相同的100g砝碼。

1.2 實驗裝置制作

實驗裝置如圖2所示，把氣球剪開蓋住2個塑料盒的開口處，用橡皮筋固定好氣球膜，拉緊以保證氣球膜平整，用膠水粘住塑料盒邊緣的氣球膜。在2個塑料盒邊緣鉆2個小孔，把軟管一端插入小孔中并用膠水粘好，軟管的另一端與U型管連接，再把U型管裝在帶刻度的支架座上，然后將裝置放在水平桌面上并檢查其氣密性。用滴管把墨水滴到兩邊的U型管中使墨水液面的高度相同，記錄兩邊液面的原始高度為5cm。

2 實驗原理和實驗內容

2.1 實驗原理

將木塊和砝碼放在氣球膜上，氣球膜受到壓力發生形變向下凹陷，壓縮塑料盒和軟管中的空氣，導致U型管內受到壓力，一側墨水的液面高度下降，另一側液面高度上升。學生能夠根據不同實驗情境下液面高度的示數得出影響壓力作用效果的因素。

2.2 實驗內容

實驗1 把1個木塊平放在右邊的氣球膜上，另1個木塊和2個砝碼平放在左邊的氣球膜上，作用在兩邊氣球膜上的物體的受力面積相等、壓力不同。觀察到左邊氣球膜的凹陷形變程度更明顯，右邊U型管帶刻度一側的液面高度上升至5.5cm，左邊U型管帶刻度一側的液面高度上升至6cm。在左邊的木塊上再放2個砝碼，觀察到左邊氣球膜的凹陷形變程度更加明顯，左邊U型管帶刻度一側的液面高度上升至7cm（如圖3所示）。U型管帶刻度一側的液面高度越高，說明氣球膜受到的壓力作用效果越顯著。比較兩次實驗數據得出結論：當受力面積相等時，壓力越大，壓力的作用效果越顯著。

實驗2 把1個木塊和1個砝碼平放在右邊的氣球膜上，另1個木塊和1個砝碼豎直放在左邊的氣球膜上，作用在兩邊氣球膜上的物體的壓力相等、受力面積不同。觀察到左邊氣球膜的凹陷形變程度更明顯，右邊U型管液帶刻度一側的液面高度上升至5.7cm，左邊U型管帶刻度一側的液面高度上升至6.5cm（如圖4所示）。U型管帶刻度一側的液面高度越高，說明氣球膜受到的壓力作用效果越顯著。比較兩次實驗數據得出結論：當壓力大小相等時，受力面積越小，壓力的作用效果越顯著。

3 實驗注意事項

第一，用膠水把氣球膜粘在塑料盒上，一定要拉平氣球膜表面，膠水要均勻涂在塑料盒邊緣。軟管接在塑料盒和U型管之間，兩端連接處也要用膠水涂好。這樣做的目的是保證裝置的氣密性，使實驗數據更加精確。

第二，實驗前要調節兩邊U型管的液面高度相同。

第三，實驗過程中，在豎直放置木塊時，要將木塊放在氣球膜的中間位置，保證木塊不會傾斜或倒下。

4 實驗裝置的優點

第一，取材方便、成本低。實驗所需要的塑料盒和氣球是生活中常見的材料，U型管和軟管是實驗室現成的材料。塑料盒與氣球價格便宜，成本低廉，不會給教師和學生造成經濟上的負擔。

第二，制作簡單。此實驗裝置可以在短時間內完成制作，塑料盒使用小刀鉆孔，軟管使用膠水連接，制作過程簡單方便。

第三，實驗拓展性強。改進后的實驗既可以用于教師的演示實驗，也可以用于學生的分組實驗；增強了學生的動手能力，加深了學生對控制變量法和轉換法的理解；同時培養學生探索物理世界的興趣，有利于學生理解學科知識，能更好地達成教師的教學目標。

第四，效果直觀。改進后的實驗中的氣球膜的實驗效果比原來實驗中的海綿的實驗效果更加明顯；壓力的作用效果轉化成U型管液面高度，效果更加清

晰直觀。教師通過具體的實驗數據的對比指導學生，更加容易得出結論。

5 教學應用效果

在教學過程中，運用改進后的實驗裝置探究壓力的作用效果，達到了實驗簡單、準確的要求。用U型管液面高度的數據進行定量化分析，有利于學生得到實驗結論，更好地理解壓強的概念，化解學習的難點。學生只有親自操作實驗過程，才能發現探究實驗的樂趣，加深對概念的深層理解。只有在進行實驗教學設計時給學生留有充分參與的空間，使學生可以自由發揮，才能讓學生成為實驗設計的主體，實驗設計才能起到作用。［3，4］

6 總結

在加強素質教育的今天，創新教育已成為素質教育的主旋律，是教育改革長足發展的動力和源泉。教師只有深度學習《課程標準》的教學要求，才能更深入地研究教學和改進實驗。改進創新實驗，不僅能增強學生學習的興趣，而且能訓練學生的科學探索意識、勇于猜想的精神以及設計和改進實驗器材的能力。改進后的實驗提高了學生動手動腦做實驗的熱情，激發了學生探索科學世界的欲望，有利于教師實施素質教育，達到核心素養目標的要求。

參考文獻

［1］ 《初中物理實驗攻略》編寫組 .初中物理實驗攻略 實驗操作與技能提升［M］.廣州：廣東世界圖書出版有限公司，2019：74.

［2］ 孫銀黎.對深度學習的認識［J］.紹興文理學院學報（教育版），2007（11）：34-36.

［3］ 蔣承國.物理創意教學解碼［M］.南京：江蘇鳳凰教育出版社，2018：102.

［4］ 溫新寶.透視中學物理教學中的“偽創新”現象［J］.物理教學探討，2004（3）：4-6.