微探深度學習，賦能物理實驗教學

一、開展指向深度學習物理實驗教學的必要性

深度學習是學生全方位參與、全情投入的一種活動，它是社會活動的主體，而不是個體心理活動的抽象體現。初中物理實驗教學要通過合理的引導，讓學生高情感地參與教學整個流程，使學生能夠形成積極的內在學習動機，建立和諧的人際關系，樹立科學的態度，從而真正落實立德樹人根本任務。從《義務教育物理課程標準》新中考，以及我校實際現狀等方面來看，開展基于深度學習的物理實驗教學很有必要。

（一）基于《物理課程標準》的要求

從《義務教育物理課程標準》中核心素養的四大要素角度來看，實驗探究是指具有科學的意識；具備提出疑惑和合理猜想的能力；具備獨立設計實驗和有效實施實驗的能力，利用科學手段和正確方法收集有效數據信息；具備分析問題的能力，能夠靈活運用不同方法和手段來分析和處理數據信息，并清晰描述實驗過程、解釋實驗結果和變化規律；具備小組合作能力，能夠用自己語言準確表述、評估實驗過程和歸納結論。如果僅僅簡單地背誦物理原理、生搬硬套地去解題，這樣“淺層次\"學習很難達成《義務教育物理課程標準》對培養學生科學思維和創新能力的要求。

（二）基于新中考的要求

新中考對現代化物理實驗教學要求：從培養學生實驗設計、實驗操作和創新思維等方面著手，在實驗中發掘問題、處理問題和深度應用，激發學生學習物理的積極性；將理論與實踐相結合，使學生對物理規律和概念的理解更加深刻，避免認識膚淺不到位。中考理化實驗加試中規范實驗操作點較難掌握，學生如果認識和水平不夠深刻，必然在實驗設計和實驗操作上不能得心應手，甚至出現丟分現象。

（三）基于本校實際現狀的要求

我校是一所縣城初中，近年來辦學規模急劇增大，由原來的18個平行班發展到54個平行班。隨之一部分實驗室被征用為教室，學生實驗只能在班里完成。實驗器材數量較少、種類不全，加上易損器材消耗量大不能及時補充，出現大量缺口，無法滿足學生學習需求，導致有的實驗干脆不做了。

辦學規模增大又導致了教師資源嚴重匱乏，我校聘任了大量剛畢業的青年教師，由于編制問題不能解決、工資較低，用心研究教學的人越來越少，教師流動性大，教師隊伍很不穩定。

我縣是農業大縣，工業基礎較差，縣內就業崗位較少，青壯年勞動力大量外流，就學子女大都是老人看管或直接寄宿學校由宿管員代管，學生科學文化基礎知識較為匱乏，學習習慣方面差異較大，學生科學思維很有局限性，實驗設計、實驗動手實操和分析歸納問題的水平大都偏低。顯然，教師要明確深度學習的重要性，要掌握開展深度學習的策略，讓物理實驗教學的課堂更高效。

二、實驗教學設計思路

布魯姆認知層次理論中的分析、綜合和評價環節就是一種深度的學習。在實驗教學中我們應靈活對待，不能教條死板、一成不變，具體章節具體分析，以學生掌握的知識和已有的經驗為依據，靈活引入生活生產中的實例，培養學生學習物理的興趣，激發學生自主學習的欲望。學生只有真正明白實驗的原理，才能掌握完善的實驗方法，并能對實驗教學設計進行優化。

在“伏安法測燈泡 P \"實驗中，我以實驗原理為中心開展科學思維的培養，首先要求學生自行設計實驗電路圖，并共同完善的實驗流程；其次要求學生根據歐姆定律相關實驗，正確認識滑動變阻器在此實驗中的作用、電壓表電流表如何變化。在教學過程中，教師扮演著實驗設計的引導者，根據學生已有的知識經驗進行合理引導，循循善誘，舉一反三，讓學生知其然并知其所以然。這是實驗教學的最高標準，也是深度學習的精髓，更是培養科學思維的魅力所在。

三、開展指向深度學習物理實驗教學的方法

（一）在實驗情景引入中激發深度學習

深度學習是學生主動反思、拓展知識的學習，是將所學知識與經驗結合去解決日常遇到的問題，在求知欲驅使下的自主學習。在實驗教學情境的引入中我用生活中具體事例，引發學生主動思考，與學生原有思維、認知產生沖突，激發學生探究欲望。先有直觀感受，再去進一步探究，符合學生的認知規律，成功完成學生從形象思維向理性思維的轉變。學生感受到物理來源于生活，感受物理的魅力所在。

在“伏安法測燈泡 P ”的課堂教學中，我設計如下：利用風扇調速器控制風扇的轉速的生活實例引入，讓學生思考“怎樣才能改變燈泡的亮度呢？”，再通過學生探究實驗，驅動學生從燈泡亮度變化的表象展開對燈泡亮度本質的思考，進而為生動直觀的高效課堂做足了鋪墊。當然，在常規物理課堂中，也要精心設計、科學引入，比如，我在引導學生探究學習串聯電路和并聯電路特點時，設計“暗箱”，讓學生對“串聯分壓\"和“并聯分流\"進行深入研究：串聯電路電流處處相等，即 ，推出 ，得出串聯電路中用電器兩端所分得電壓比等于電阻之比；并聯電路中用電器兩端所分得電壓相等，即 ，推出 ，得出并聯電路中通過用電器的電流比等于電阻反比。這為后續開展探究教學做好了鋪墊。指向深度學習的情景引入，雖然需要我們教師花時間設計和準備，但能夠激發學生的創造性思維，可謂是“水到渠成”。

（二）在實驗對比分析中促進深度學習

在“伏安法測燈泡 P ”的實驗中，根據實驗原理 可知，我們要想知道用電器的電功率 P ，就需要測量出流過用電器的 I 和用電器兩端的 U 。為了幫助學生進一步理解測量的目的和過程，根據深度學習的特征，我設計下列問題，引導學生深人分析思考，將繁雜的物理問題從簡處理，從而達到思維的再構造，實現高級思維的活化。

學生思考1：哪種實驗方案更合理？（如圖1）

（1）兩種設計電路有何不同之處？

（2）如何尋找其規律？（3）哪種實驗方案操作更方便？（4）怎樣設計能保證器材的安全？學生思考2：哪一個實驗數據表格更合理？（如表1、表2）（1）實驗數據記錄是否完整（物理量、單位）？（2）表格編排是否合理（記錄、分析數據）？（3）能否體現實驗過程？

學生思考3：此實驗與探究導體中電流和兩端電壓關系實驗有什么不同？

可以對這兩個實驗的具體目的、實驗原理、所需器材、實驗電路圖和實驗表格等多方面進行對比分析，使深度學習具有更明確的指向性。教師引導對比分析，將學生的思維引向開闊、深刻。學生學習新知，聯系已學知識，強化遷移能力，是深度學習的特質。學生在對比中感受所需器材和所測物理量相同，在對比中理解不同，最后一定能達成認同。

（三）在實驗電路連接中細挖深度學習

在教師的引導下學生在小組內交流展示，深度研討后選擇合理實驗設計，獨立進行實驗電路的連接。閉合開關時學生大概率會發現以下幾種實驗現象：小燈泡不發光，電流表的指針指在0刻度位置，電壓表有示數且接近電源電壓值；小燈泡不發光，電流表和電壓表偏轉有示數，且偏轉角度較小；看不到小燈泡發光，電流表和電壓表都有示數，移動滑動變阻器滑片P時，兩塊表指針偏轉角度不變。

師生活動1：

教師引導學生分析并深度思考：小燈泡不發光，電流表的指針指在0刻度位置，電壓表有示數且接近電源電壓值的具體情況。

學生小組內交流討論，小組間展示收獲。教師引導學生分析思考：

電流表示數為零 開關開路 燈泡開路 電源沒電 滑動變阻器開路× ？ →× →x電壓表示數接近電源電壓 開關正常 燈泡開路 電源正常 滑動變阻器短路

師生從以上情況分析，排除相互矛盾點，找出共同點。

歸納總結：小燈泡不亮，電流表指針不動無示數，電壓表有示數接近電源電壓的故障是燈泡開路。

師生活動2：

教師引導學生分析并深度思考：小燈泡不發光，電流表和電壓表偏轉有示數，且偏轉角度較小的具體情況。學生深度交流討論，小組間展示收獲。

電流表示 開關通路 電源正常 燈泡不會開路 滑動變阻器不會開路

數較小1 ？ 7 ？

電壓表示

數較小 開關通路 電源正常 燈泡不會短路 滑動變阻器不會短路

教師引導學生深度分析，從以上情況排除相互矛盾點，找出共同點。電源和開關是正常情況；燈泡不會開路也不會短路時，一定是燈泡通路；滑動變阻器不會開路也不會短路時，一定是滑動變阻器通路，電流電壓較小是因為變阻器電阻過大。

歸納總結：小燈泡不亮，電流表和電壓變有示數且示數較小的原因是滑動變阻器阻值太大起保護電路的作用，此電路是正常的。

師生活動3：

教師引導學生：你想知道看不到小燈泡發光，電流表和電壓表都有示數，移動滑動變阻器滑片p時，兩塊表指針偏轉角度不變是什么原因嗎？

學生舉一反三，運用以上物理思維方式，根據用電器、電流表和電壓表工作情況分析原因，歸納造成這種情況原因的共同點和不同點。

教師及時給予指導評價，啟發引導學生由繁到簡，再回歸到繁雜實驗現象的解析。

學生深度掌握電路連接的技巧，培養從實驗現象中發現故障，梳理分析其故障的原因的能力，提升自己排除故障的水平。

（四）在實驗歸納總結中強化深度學習

初中物理教學的核心是實驗教學，教學過程中學生獨立完成實驗設計后再仔細觀察實驗中的現象，通過認真分析實驗數據，以及搜集到的信息，進行理性思考和加工，歸納概括實驗結論，就是一種深度學習的體驗。在結論的歸納中，要控制好變量，每次實驗只能改變一個變量，其他影響因素不變，這樣得出的結論才是科學有效的。

“伏安法測燈泡 P \"實驗中，學生要理解改變導體兩端 U 的目的，也就是多測幾組，發現燈泡亮度和燈泡兩端 U ， I 的關系，這樣結論更具科學性，避免偶然性。為了獲得更多數據，學生需要再深度思考電路的連接和構成，最直觀的是改變電源電壓，從而改變燈泡兩端 U 。是否有更多更好的選擇呢？深度學習的“基因\"之一就是能不斷地融合已學知識和不斷地拓展創新，學生利用以前所學滑動變阻器改變通過用電器的 I 和用電器兩端 U 的作用和歐姆定律探究實驗，從而很容易想到串聯一個滑動變阻器來實現。實操中學生將其阻值變小，發現燈泡分擔的 U 增多，通過燈泡的 I 變大，燈泡的亮度增強，燈泡的 P 也隨之增大，學生根據實驗數據描繪出I - U 坐標圖（如圖2），會發現和定值電阻 I - U 坐標圖不一樣（如圖3），不是直線而是一條曲線，深度分析后會發現是由燈絲電阻受溫度升高而增大造成的，燈泡亮度由實際功率所反映。

四、開展指向深度學習物理實驗教學的思考

初中物理實驗教學具有很強的系統性和綜合性，學生不僅要掌握概念規律和會做題，更重要的是要具備知識的遷移能力，要具備對現象本質的深度理解能力。深度學習是學生積極主動、充滿激情、發展智力的高階思維活動，是學習的最高境界，它關注學生獲得知識的過程。教師要在教學中運用巧妙引入和自主探知，讓學生主動參與課堂活動，基于深度學習的考慮，明確實驗教學的素養目標、教學的重難點，在思維加工和過渡環節中對有困難的地方合理引導，做好鋪墊，活化思維。

此外，教師還要立足于不同教學班的班情和學情，對評價機制不斷進行改進完善，對學生實施切實可行的評價，讓學生在實驗教學過程中收獲滿滿，使學生享受物理深度學習，真正成為課堂的主人，引導學生用科學思維去研究開發未知領域，開發深度學習的潛能，提升物理科學素養。

參考文獻：

[1]廖伯琴.義務教育物理課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]谷春生.核心素養理念下的教學指導一—以創新教具的開發和探究為例[J].實驗教學與儀器，2023（3）：66-69.

[3]周常林.基于科學思維方法培養的“電功率”教學設計[J].中學物理教學參考，2023（35）：15-18.

[4]張瑤，嚴曉梅.深度學習視域下應用思維可視化工具的“電路故障分析\"教學[J].物理教師，2024（8）：39-43.

責任編輯：丁蔚