基于學生深度學習的對比實驗探索

許光曙

摘 要：物理實驗是物理教學不可或缺的環節，合理利用好對比實驗，能較好的突破實驗難點，激發學生的積極思維，引導學生進行深度學習。

關鍵詞：對比；實驗；深度學習

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）23-031-1

物理實驗教學中，對比實驗的方式通常被教師采用。對比就是將相近、相關的事物或現象放在一起，對照著進行觀察，通過異中求同或同中求異的比較，突出事物或現象的本質特征，使事物的性質、狀態或特征更鮮明突出，便于理解和鞏固。而“對比實驗”就是將“對比”和“實驗”這兩種認識事物的方法有機結合在一起，通過實驗進行對比，或用對比的方法進行實驗，幫助學生更好地建立正確的物理概念、理解和掌握物理規律，引發學生深度學習。

一、對實驗現象產生質疑時，對比實驗助推學生深度學習

課堂實驗教學中，學生有時對實驗現象會提出疑問，或者對現象的解釋產生懷疑，一般情況下，教師往往想自圓其說，但是又很難說服學生，于是草草收場。但是，如果不及時消除這種疑慮，不僅失去了實驗的可信度，不利于學生在本節課上對后續知識的學習，更違背了物理學科素養的宗旨。如在用實驗演示大氣壓是否存在時，“覆杯實驗”是教師常用的一個實驗：在一次性紙杯中裝滿水，用硬紙板蓋住杯口，倒置過來發現硬紙板不掉下來，水也不從杯中流出。教師解釋說硬紙板不掉下來是因為大氣壓強的作用。可是有學生認為，紙板不掉下來是因為水粘住了紙板的緣故。顯然，學生對老師的解釋產生了懷疑，引起了認知沖突和思維障礙。

這種情況下，教師若堅持自己的結論，并把結果強加給學生，就不能激發學生的思維積極性，思維的漣漪瞬間消失，此時，我們可以做一個對比性的實驗：在將杯口倒置過來之后，用大頭針在紙杯的底部或側壁上扎個洞，就會發現硬紙板和水立即掉下來。這時，學生才會確信硬紙板和水不掉下來并非是水粘住了紙板，而是大氣壓強作用的結果，學生的思維向縱深推進了一層。

二、認識實驗現象的本質時，對比實驗強化學生深度學習

在《升華和凝華》一節的教學中，教師將學生分成若干小組，用干冰來探究升華現象：將一小塊干冰放在干燥的量筒內，讓學生觀察量筒內壁和外壁有什么現象，聽聽看有什么聲音，手摸感受一下溫度的變化，并做好記錄向全班同學交流。這個實驗中，干冰的升華其實質是沒有進過熔化的過程，固態的干冰慢慢變小，直接變成了二氧化碳氣體，而且量筒的外壁逐漸形成一層霜，表明升華吸熱導致周圍溫度迅速降低。

如何揭示這個實驗的本質，此時應該用對比實驗效果十分明顯。我們可以用另一只相同的量筒，里面放置一小塊冰塊，同時，在兩只量筒的口上分別套上一只氣球，實驗中，學生可以觀察到，干冰升華的量筒上的氣球在慢慢變大，相當于在給氣球吹起，而冰塊熔化的量筒上的氣球基本沒有什么變化，從而揭示了升華現象的本質，突出了思維的嚴謹性和科學性，強化了學習的深度。

三、新建物理概念時，對比實驗促進學生深度學習

每一章節的開始往往要引入一個新的物理量，通常要通過問題或現象來引發學生的認知沖突，以建立物理概念的首因效應。如在速度的教學中，通過觀看運動員百米賽跑錄像片，引導學生比較運動員的前后位置，即相同的時間比路程，等到終點結束后讓學生比較所用時間的多少，即相同的路程比時間。通過兩次的比較從而建立速度的基本概念。讓學生覺得順其自然的同時，也讓生活走向物理。

又如，引入“比熱”的概念時，可以取兩只相同的空易拉罐，分別裝上質量相同的水和沙，用相同的酒精燈加熱，并分別用同樣的溫度計進行測量，比較加熱相同的時間后觀察各自溫度升高了多少，得出“質量相同的不同物質，升高或降低的溫度相同，吸收的熱量不同。”的認識，進而建立“比熱”的確切概念。此外，關于“熱值”的概念的引出，教材中的“做一做”中為教師提供了一個很好的對比實驗：用天平分別測量出來質量均為10g的酒精和碎紙片，將其分別放入兩個燃燒皿中，分別點燃它們，給裝有相同質量水（約200g）的兩個相同燒杯加熱，直至酒精和紙片完全燃燒，然后記下兩溫度計示數的變化情況。根據實驗的結論顯然得出“質量相同的不同燃料完全燃燒所放出的熱量一般不同”，進而得出熱值的概念。

此外，在引入壓強的概念時，學生用兩食指分別擠壓一支鉛筆的筆尖和尾部，讓學生體驗指頭疼痛的感覺和比較指頭上凹陷的深度，再得出壓力一定時，受力面積越小作用效果越明顯，即壓強越大。

四、探究影響物理量的諸多因素時，對比實驗優化學生深度學習

物理量概念得出后，離不開定性或定量的分析，因此必須要探究影響物理量的可能因素，通常讓學生通過猜想、設計實驗、實驗驗證等關鍵環節去體驗探究的樂趣。由于影響的因素可能不止一個，因此用“控制變量”的對比實驗可以更好的觀察實驗現象，比較結果。如探究“電熱器產生的熱量可能與哪些因素有關”時，將導線把學生電源、滑動變阻器、電流表、兩只電阻圈、開關等元件串聯起來，再將火柴棒分別插入電阻圈中，觀察比較哪只電阻圈中的火柴先被點燃，以及改變電路中的電流等因素探究得出焦耳定律的定性規律。

此外，在探究影響液體蒸發的因素、導體電阻大小的因素、影響音調的因素、物體動能和重力勢能的因素等等的許多實驗中，對比方法同樣可以有很好的效果。

精心設計對比實驗，有利于創設思維的臺階，分化教學中的難點和疑點，逐步突破思維障礙，讓學生感受到，上物理課不再是抽象、迷糊、聽概念、記公式、做習題等乏味的行為，可以幫助訓練學生思維的靈活性、發散性和創造性，促進學生的深度學習。endprint