深度學習指向下的物理實驗教學設計與實踐探究

摘 要： 物理作為一門基礎的自然學科，在高中時期的學習對于培養學生創新能力，理科思維，提升綜合素養有著十分重要的作用。而物理實驗是高中物理課程中不可分割的一部分，它不僅包含著物理知識與定理規律，也體現了物理學科重實踐，講邏輯的內在精神。隨著新課改的不斷深化推進，如何將深度學習理論應用于物理實驗教學中，是每個教師都應思考的問題。文章首先闡述了深度學習的相關概念，之后結合案例敘述如何在深度學習的指向之下做好物理實驗教學工作。

關鍵詞： 高中教育;物理實驗;深度學習

一、 引言

當下，我國正處于由人口大國向人才大國轉變的關鍵時刻，各行各業對創新型人才、實踐型人才的需求日益增加。高中作為培養人才的關鍵階段，理應就目前存在的問題及時反思，改進教育方式，深化課程改革，為國家社會輸送更多棟梁之材。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020）》中也重申了這一點，提出了以人力資源進行強國建設的目標，要求進一步培養學生創新精神與實踐能力。在此背景下，物理作為理工科研方向最重要的基礎學科之一，在深度學習指向下開展物理實驗教學，有利于提高學生核心素養，是十分契合《綱要》精神的。

二、 深度學習概述

在布魯姆教育目標分類法中，教育目標可分為三大領域：認知領域（cognitive domain）、情感領域（affective domain）和動作技能領域（psychomotor domain）。其中，認知領域又可以劃分為六個階段：知道、領會、應用、分析、綜合、評價。就物理學習而言，知道是指學生對于概念、定律、公式等知識點進行認識并有所記憶。領會是指學生對于相關知識能加以解釋、推定，有一定的初步理解。應用是指學生能在沒有得到明確的問題解決模式的情況下，能恰當地將抽象概念應用于合適的情況，這里的應用是指直接應用，而非通過分析全面綜合地運用知識點。分析是指能將特定的知識點分解成基本的要素，明確各個概念間的相互關系與組成，從而將復雜的物理定律或公式拆解成基本定理。綜合是以分析為基礎，對已經分解完畢的要素進行再次組合，可以更具有創造性地解決問題。評價是認識領域中最高層次的教育目標，這里的評價不是由直接觀察或直觀感受進行評價，而是對事物的本質進行客觀、理性的判斷，是綜合實物內外各方面的資料信息做出的符合客觀事實的推斷。

其中，知道與領會只要求學生對所學習的知識點進行簡單、初步的記憶與理解，是底層學習。而應用、分析、綜合與評價則是屬于深度學習的層次，不僅要求學生對知識點進行認知理解，還要求學生能對知識進行進一步加工，更注重實際問題的解決與解決過程中對知識的遷移。其中，分析與綜合就屬于創新過程。此外，在進行深度學習的時候，要需要學生從辯證多維角度看待問題，能將新學的知識融入原有的知識體系中，當兩者有沖突時能及時提出并解決。

結合深度學習的基本概念，可以得出其基本的三個特征：

（一）注重知識整合

在高中的學習過程中，同一科目下的各個知識點之間，甚至不同科目之間，都是具有相互關聯性的。深度學習就強調要求學生發現并重視這些聯系，在學習新知識時具有融會貫通的能力，將其融入原有的知識架構中，而非將不同知識作為相互獨立的單元進行記憶存儲。

（二）強調遷移應用

學習知識的最終目的是投入應用，造福自身、他人與社會，特別是物理學科，其知識來源于生活的同時也最終應用于生活。當學生處于淺層學習時，很難將學會的知識點與現實結合起來，解決實際問題。而深度學習則面向實際，強調知識的遷移，幫助學生靈活的應用知識，舉一反三。

（三）具有辯證思維

知識或者說規律不是唯一的，也不是絕對的，而是發展的。深度學習堅持了辯證發展的觀念，要求學生在學習知識時以發展的眼光看待規律，具有質疑精神與批判精神。不信奉權威，不限于教條主義，而是能通過自身實踐去檢驗知識，用證據表達觀點。

三、 高中物理實驗教學設計方法

不同于初中階段的物理學科內容簡單，注重生活性，進入高中后，物理學科的學習深度有所增加，學習難度也相應提高，但與大學物理或專業物理比起來仍然是相對簡略的。在高中階段，物理學科具有這些特點：首先，其知識點更具有系統性，以魯科版教材為例，其必修內容以運動力學為主，并結合動能關系進行學習。而選修以電磁學為主，對光、波進行初步了解。可以很明確地看出教材制定時的層次性與系統性，在教課與學習時也應注重這點。其次，高中物理強調理論與實踐的相結合，物理實驗課程，是將理論知識與實際操作相結合的過程，不僅有利于學生加深對知識點的理解與記憶，強化淺層學習，也利于培養學生動手實踐能力與解決實際問題的能力，符合深度學習要求。因此，在設計高中物理實驗課程時，要重視以深度學習目標為導向，合理安排課程內容，制定相應的教學方針與教學方法，引導學生對知識完成深度學習。

在進行物理實驗課程設計時，需要遵循以下五個原則：

（一）目的性原則

目前，國內部分高級中學中的物理實驗課流于形式或難以開展，有些是因為實驗設備不完善，有些是因為教學時間安排困難。但究其根本，都是因為校方與教師對物理實驗課程認識不夠，重視程度偏低。2017年由教育部頒布的《普通高中物理課程標準》中就明確指出，高中物理的課程目標是培養學生物理學科的核心素養，而進行合理的物理實驗課程教育是達到這一目標必不可少的途徑。因此，制定物理實驗課程教學安排時，需要教師明確教學內在目標，即培養學生物理核心素養。同時對于具體課程的學習目標有明確認識，是為了學生能對知識點進行深度學習，而不是簡單化、形式化的實驗操作。在鞏固知識點，學習實驗操作技巧的同時，更需要指導學生了解將知識應用于實際操作的理念與精神內核，著眼于學生發散思維、創造思維、探索思維的培養。

（二）選擇性原則

高中物理課本中的物理知識點，并非全部都適合于學生進行實驗操作，在選取具體內容制定實驗計劃時，要做到有的放矢，有所取舍。首先，在選擇時要考慮該實驗內容與其他實驗相比，是否能有效提升學生物理學科素養，是否能充分調動學生積極性，鍛煉其高階思維能力。其次，要根據學生特點進行選擇實驗形式，充分調動學生的主觀能動性。

（三）自主性原則

雖然新課改中反復提及在教學過程中要以學生為主體，但實際上這一點卻很難落在實處。不是說學生親身動手操作了就是以學生為主體的教學過程，如今的實驗課程中，仍然是以教師原先制定的教育計劃進行的，學生按部就班的在教師指導下完成實驗。想要真正做到以學生為主體進行實驗課，就要遵循自主性原則。而是讓學生在體驗物理實驗課程的同時，去反思、去創新、去表達，去總結，從而進行再次實驗，對先前得出的結論進行檢驗。

（四）探究性原則

就目前高中物理實驗課現狀而言，無論是學生學習還是教師授課，都遵從教師講解實驗步驟——學生操作——教師或學生總結實驗現象與結論這樣的三步走，缺乏對物理實驗深層次的探究。例如學生沒有思考實驗為什么要這么做，換一個形式做行不行;沒有將實驗中得到的新知識與已有知識串聯起來;相比于實驗體現的探索能力，學生更關注于實驗操作技能;無法將現有實驗與實際應用結合認知。

（五）漸近性原則

深度學習是一個長期的過程，不是一蹴而就的，因此，教師在設計實驗課程時，還需要了解學生現有的知識儲備情況與掌握情況，適當的設置實驗課程的難易度。在開始時指定一些與先前課程聯系較為密切的實驗計劃，并隨著課程的進行與學生對知識的進一步認知，逐漸加大實驗的深度與復雜性，從而循序漸進的提升學生核心素養，完成對知識的深度學習。

以魯科版必修1第五章，力與平衡為例。教師在設計實驗課程時可以分為兩部分。第一部分為基礎實驗，首先，由教師提出問題：兩個人在拎一個重物時與一個人單獨拎相比，一起用的力是大了還是小了？之后由學生利用彈簧測力計進行實驗，分組進行對實驗數值進行整理。其次，針對結果，教師提出第二個問題：重物質量沒變，為什么兩個人拎的力加起來與一個人單獨拎時用的力不一樣？之后與學生一起討論，并引導學生自己設計實驗方案進行驗證。第二部分按學生制定的實驗方案進行，此處可以讓不同組別的學生進行不同的實驗方法。之后再由各組匯報交流各自得出的實驗結果與結論，師生進行共同總結。在總結時，不但要對實驗結果以及所學的理論知識進行總結學習，還要對學生在第二部分中采取的實驗方法進行總結，什么樣的實驗方法最為合理有效，實驗過程中有哪些操作是不可取的等等。

四、 結語

想要在物理實驗課程中完成深度學習，不僅需要制定合理有效的實驗計劃，還需要教師、學校與學生三方面的共同努力。從學校角度，要充分起到領導指引作用，完善教學理論、內容規劃與評價模式。從教師角度，要不斷提高專業技能，強化自身素質能力，為學生樹立榜樣，同時不斷創新教學方法，吸取前人與他人的經驗，并與實際條件環境相融合，打造真正適合學生的教學模式。從學生角度，要端正態度，重視初中物理實驗課程的重要性，配合學校與教師的教學安排，虛心接受專業人士的指導與建議，養成良好的學習行為習慣。

參考文獻：

[1]劉永珍.普通高中實驗教學中如何應用探究式教學設計[J].學周刊，2020（19）：37-38.

[2]葉成林.基于深度學習的初中生物理概念建構質量提高策略：以蘇科版“壓強”教學為例[J].中學物理，2020，38（12）：12-14.

[3]楊林鶴.基于新課程下高中物理實驗創新教育存在的問題和策略[J].才智，2020（15）：157.

[4]徐立海.指向深度學習的物理教學路徑探索[J].物理教師，2020，41（5）：10-14.

[5]黃妙紅.物理教學中如何深度培養學生的實驗探究能力[J].試題與研究，2020（10）：114.

[6]孫萍.基于深度學習理論的物理教學情境創設的探索[J].物理之友，2020，36（3）：20-22.

作者簡介：

李久雙，福建省廈門市，福建省廈門第六中學。