創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：物理課堂深度學(xué)習(xí)的有效路徑

【摘 要】培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是初中物理教學(xué)的重要目標(biāo)，轉(zhuǎn)變課堂教與學(xué)的方式、促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)是讓這一目標(biāo)在課堂教學(xué)中落地的關(guān)鍵。結(jié)合物理學(xué)科的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)中巧妙設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，可以有效促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)分析思考、積極綜合運(yùn)用、有效遷移拓展，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);深度學(xué)習(xí);課堂教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.7? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號(hào)】1005-6009（2021）80-0054-03

【作者簡(jiǎn)介】孟富林，江蘇省句容市第二中學(xué)（江蘇句容，212400）教師，高級(jí)教師。

一、深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

美國心理學(xué)家布魯姆將認(rèn)知領(lǐng)域分為六個(gè)層次：知道、理解、運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造。簡(jiǎn)單的識(shí)記知識(shí)、理解知識(shí)屬于淺層次的學(xué)習(xí);基于對(duì)知識(shí)的理解，整合所學(xué)知識(shí)、解決實(shí)際問題、反思和評(píng)價(jià)自我、進(jìn)行創(chuàng)造等則屬于深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)重視培養(yǎng)學(xué)生“運(yùn)用”“分析”“評(píng)價(jià)”和“創(chuàng)造”等高階思維，它是一種發(fā)自內(nèi)心的、積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，有利于學(xué)生高質(zhì)量地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力和綜合素養(yǎng)。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的有效路徑

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理課堂教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)在課題引入、物理現(xiàn)象展示、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)中都發(fā)揮著重要的作用。物理實(shí)驗(yàn)包括演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)、學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)等形式。本文所談的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于課堂教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，指的是更貼近學(xué)生生活的小實(shí)驗(yàn)、小制作等，實(shí)驗(yàn)器材具有易選取、便于動(dòng)手操作等優(yōu)點(diǎn)。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來源于學(xué)生的生活，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生積極思考、自主探究。通過對(duì)真實(shí)物理問題的研究，學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)深度的思考;對(duì)所學(xué)知識(shí)能夠進(jìn)行遷移和綜合運(yùn)用，有效培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑批判、創(chuàng)新創(chuàng)造等高階思維能力。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的實(shí)施策略

筆者以蘇科版物理教材九年級(jí)上冊(cè)《機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化》一課的教學(xué)為例，談一談?wù)n堂教學(xué)中利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的實(shí)施策略。

1.生活情境引入，激發(fā)深度學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。

“能量的轉(zhuǎn)化”這一知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生而言比較抽象，教材中通過展示兩幅圖片提出問題：一是為什么汽車高速行駛較長(zhǎng)時(shí)間后輪胎的溫度會(huì)升高;二是燃料是怎樣使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作的。第一個(gè)問題學(xué)生容易回答，但第二個(gè)問題學(xué)生感到陌生，答題較困難。這時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)“打開易拉罐”這一創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，引入能量轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)，設(shè)置學(xué)生在生活中可能遇到的場(chǎng)景，提高課堂教學(xué)的效果。

師：同學(xué)們，生活中我們喝飲料的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到飲料罐的拉環(huán)被拉斷了的尷尬。如果這時(shí)你的手邊只有一張紙片，你能打開這罐飲料嗎？

這一生活情境學(xué)生十分熟悉，因此學(xué)生對(duì)這一問題議論紛紛，充滿各種猜想。此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)充分聯(lián)系學(xué)生熟悉的生活情境，教師引導(dǎo)學(xué)生帶著解決生活問題的欲望進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，從而提升課堂教學(xué)的效果。

2.問題導(dǎo)引互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階。

本節(jié)課教學(xué)的第一環(huán)節(jié)是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解“機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”。教材中設(shè)計(jì)了“反復(fù)彎折鐵絲”的實(shí)驗(yàn)，若教師直接安排一個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，則略顯突兀，不利于學(xué)生思維的培養(yǎng)。如果把安排學(xué)生做實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，則更有利于對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。教師可設(shè)計(jì)如下教學(xué)方案。

師：現(xiàn)在老師手邊有一段鐵絲，你有沒有辦法使之溫度升高？請(qǐng)通過實(shí)驗(yàn)來說明。

學(xué)生對(duì)這一問題自主思考、合作交流、動(dòng)手實(shí)踐，然后展示匯報(bào)。

生：反復(fù)彎折鐵絲、開水燙、太陽底下曬、火爐上烤、用力敲打、與地面摩擦等。

師：以上的方法中哪些不是前面所學(xué)的“熱傳遞”的相關(guān)知識(shí)？

生：反復(fù)彎折鐵絲、用力敲打、與地面摩擦。

師：這些方法中能量發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)化？

生：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

師：如何證明呢？

生：彎折、敲打、摩擦等都消耗了機(jī)械能;鐵絲內(nèi)能增大，溫度升高。

師：以上的實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這種改變內(nèi)能的方式叫“做功”，在此過程中，固體溫度升高。那么液體和氣體是否也有同樣的結(jié)論呢？你能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說明呢？

生：可以用榨汁機(jī)，讓快速轉(zhuǎn)動(dòng)的刀片與水摩擦，證明液體的機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化;可以壓縮密閉容器的氣體，證明氣體的機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。

師：如何衡量?jī)?nèi)能是否有變化呢？

生：可以用溫度計(jì)測(cè)量。

師：我們還可以用溫度傳感器。大家動(dòng)手試一試，看看有怎樣的發(fā)現(xiàn)。

此環(huán)節(jié)教師引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，通過層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的發(fā)問，由固體到液體再到氣體，讓學(xué)生的思維不斷深入、不斷進(jìn)階。

3.豐富體驗(yàn)探究，強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的深度理解。

本節(jié)課教學(xué)的第二環(huán)節(jié)是讓學(xué)生明白“內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能”。教師可在這一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)以下三個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，由學(xué)生主動(dòng)體驗(yàn)并動(dòng)手實(shí)踐。

體驗(yàn)活動(dòng)1：氣球打足氣后用夾子將氣球口夾緊，然后松開夾子，觀察氣球的運(yùn)動(dòng)情況。

體驗(yàn)活動(dòng)2：氣球打足氣后用夾子將氣球口夾緊，一名學(xué)生握住氣球，另一名學(xué)生松開夾子，感受氣球溫度的變化。

師：同學(xué)們有什么發(fā)現(xiàn)？

生：氣球向后飛去，且溫度升高，說明內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

體驗(yàn)活動(dòng)3：在一個(gè)空塑料瓶中裝入少量水，擰緊瓶蓋，然后用力擰瓶身，之后輕輕擰開瓶蓋觀察現(xiàn)象。

師：同學(xué)們有什么發(fā)現(xiàn)？

生：瓶蓋飛出，瓶口出現(xiàn)白霧。

師：瓶蓋飛出表明能量如何轉(zhuǎn)化？白霧是什么物質(zhì)？為什么瓶口會(huì)有白霧生成？

生：內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能;白霧是液態(tài)的小水珠;內(nèi)能轉(zhuǎn)化后導(dǎo)致溫度降低，水蒸氣遇冷液化形成小水珠。

此環(huán)節(jié)安排了三個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)，真實(shí)體驗(yàn)了在內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程中溫度的降低。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)活躍了課堂教學(xué)的氣氛，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力，同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，能夠取得良好的教學(xué)效果。

4.解決生活問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移運(yùn)用。

在學(xué)生理解“機(jī)械能與內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化”的基礎(chǔ)上，教師可以回到課堂最初提出的問題，讓學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和解決。

師：同學(xué)們，你們能用今天所學(xué)的知識(shí)打開沒有拉環(huán)的易拉罐嗎？

教師展示實(shí)物，讓學(xué)生思考、討論。

生：可以用紙片與易拉罐摩擦，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，易拉罐內(nèi)氣體溫度升高，氣壓增大，氣體可以頂開易拉罐口。

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)效果并不理想。教師此時(shí)可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考并討論：如何控制摩擦易拉罐的位置、力度、速度等因素使效果達(dá)到最佳。

學(xué)生討論后再次動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，終于成功將易拉罐打開。

此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)既呼應(yīng)了課堂之初的問題，保持了課堂結(jié)構(gòu)的完整性，也能讓學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)加以運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和內(nèi)化。學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐，在初次實(shí)驗(yàn)失敗后分析改進(jìn)，經(jīng)歷了科學(xué)探究的完整過程。通過解決實(shí)際生活問題，學(xué)生體驗(yàn)到了實(shí)驗(yàn)成功后的欣喜與快樂，極大地促進(jìn)了學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

5.課后創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

教師可依據(jù)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，布置一些課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作業(yè)，如測(cè)量酒精燃燒的熱效率，以此制作水火箭、走馬燈、簡(jiǎn)易斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等，這既鞏固了機(jī)械能與內(nèi)能互相轉(zhuǎn)化的知識(shí)，也為學(xué)習(xí)下一部分關(guān)于“熱機(jī)”的知識(shí)做了很好的鋪墊。

學(xué)生需要閱讀相關(guān)資料、獨(dú)立思考、自主設(shè)計(jì)方案，也需要合作與交流，以完成教師布置的小實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，學(xué)生在制作過程中會(huì)遇到各種各樣的困難與挫折，這就需要百折不撓和堅(jiān)持不懈的精神，不斷發(fā)現(xiàn)并解決遇到的問題。這一過程，恰恰對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、創(chuàng)新思維和科學(xué)精神大有裨益。

在課堂教學(xué)中，巧妙的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有助于提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握、遷移和運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生形成分析、評(píng)估、創(chuàng)新等高階思維，培養(yǎng)其批判性思維、創(chuàng)新性思維。

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題2020年度立項(xiàng)課題“‘玩、做、改、創(chuàng)’——物理學(xué)科核心素養(yǎng)視域下農(nóng)村初中學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的行動(dòng)研究”（D/2020/02/373）的研究成果。

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