創新實驗：物理課堂深度學習的有效路徑

【摘 要】培養學生的學科核心素養是初中物理教學的重要目標，轉變課堂教與學的方式、促進學生深度學習是讓這一目標在課堂教學中落地的關鍵。結合物理學科的特點，在課堂教學中巧妙設計創新實驗，可以有效促進學生主動分析思考、積極綜合運用、有效遷移拓展，實現深度學習。

【關鍵詞】創新實驗;深度學習;課堂教學

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

【作者簡介】孟富林，江蘇省句容市第二中學（江蘇句容，212400）教師，高級教師。

一、深度學習的內涵

美國心理學家布魯姆將認知領域分為六個層次：知道、理解、運用、分析、評價、創造。簡單的識記知識、理解知識屬于淺層次的學習;基于對知識的理解，整合所學知識、解決實際問題、反思和評價自我、進行創造等則屬于深度學習。深度學習重視培養學生“運用”“分析”“評價”和“創造”等高階思維，它是一種發自內心的、積極主動的學習方式，有利于學生高質量地完成學習任務，培養學生科學思維能力和綜合素養。

二、創新實驗是實現深度學習的有效路徑

物理學是一門以實驗為基礎的科學，物理課堂教學離不開實驗。物理實驗在課題引入、物理現象展示、物理規律的發現中都發揮著重要的作用。物理實驗包括演示實驗、學生自主探究實驗、學生課外實驗等形式。本文所談的創新實驗，側重于課堂教學中的創新實驗設計，指的是更貼近學生生活的小實驗、小制作等，實驗器材具有易選取、便于動手操作等優點。

創新實驗來源于學生的生活，容易激發學生的學習興趣，促進學生積極思考、自主探究。通過對真實物理問題的研究，學生對知識進行主動建構，實現深度的思考;對所學知識能夠進行遷移和綜合運用，有效培養學生的質疑批判、創新創造等高階思維能力。

三、創新實驗在課堂教學中的實施策略

筆者以蘇科版物理教材九年級上冊《機械能與內能的相互轉化》一課的教學為例，談一談課堂教學中利用創新實驗促進學生深度學習的實施策略。

1.生活情境引入，激發深度學習的動機。

“能量的轉化”這一知識點對學生而言比較抽象，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時間后輪胎的溫度會升高;二是燃料是怎樣使汽車發動機工作的。第一個問題學生容易回答，但第二個問題學生感到陌生，答題較困難。這時，教師可以設計“打開易拉罐”這一創新實驗，引入能量轉化的相關知識，設置學生在生活中可能遇到的場景，提高課堂教學的效果。

師：同學們，生活中我們喝飲料的時候經常會遇到飲料罐的拉環被拉斷了的尷尬。如果這時你的手邊只有一張紙片，你能打開這罐飲料嗎？

這一生活情境學生十分熟悉，因此學生對這一問題議論紛紛，充滿各種猜想。此環節的設計充分聯系學生熟悉的生活情境，教師引導學生帶著解決生活問題的欲望進入新課的學習，激發學生課堂學習的興趣，調動學生學習的內驅力，從而提升課堂教學的效果。

2.問題導引互動，促進學生的思維進階。

本節課教學的第一環節是讓學生認識和理解“機械能可以轉化為內能”。教材中設計了“反復彎折鐵絲”的實驗，若教師直接安排一個體驗活動，則略顯突兀，不利于學生思維的培養。如果把安排學生做實驗轉變成讓學生自己設計實驗，則更有利于對學生科學思維的培養。教師可設計如下教學方案。

師：現在老師手邊有一段鐵絲，你有沒有辦法使之溫度升高？請通過實驗來說明。

學生對這一問題自主思考、合作交流、動手實踐，然后展示匯報。

生：反復彎折鐵絲、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的“熱傳遞”的相關知識？

生：反復彎折鐵絲、用力敲打、與地面摩擦。

師：這些方法中能量發生了怎樣的轉化？

生：機械能轉化為內能。

師：如何證明呢？

生：彎折、敲打、摩擦等都消耗了機械能;鐵絲內能增大，溫度升高。

師：以上的實驗能證明機械能轉化為內能。這種改變內能的方式叫“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論呢？你能否設計一個實驗來說明呢？

生：可以用榨汁機，讓快速轉動的刀片與水摩擦，證明液體的機械能與內能的轉化;可以壓縮密閉容器的氣體，證明氣體的機械能與內能的轉化。

師：如何衡量內能是否有變化呢？

生：可以用溫度計測量。

師：我們還可以用溫度傳感器。大家動手試一試，看看有怎樣的發現。

此環節教師引導學生自主設計創新實驗，通過層層遞進、環環相扣的發問，由固體到液體再到氣體，讓學生的思維不斷深入、不斷進階。

3.豐富體驗探究，強化對知識的深度理解。

本節課教學的第二環節是讓學生明白“內能可以轉化為機械能”。教師可在這一環節設計以下三個體驗活動，由學生主動體驗并動手實踐。

體驗活動1：氣球打足氣后用夾子將氣球口夾緊，然后松開夾子，觀察氣球的運動情況。

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

師：同學們有什么發現？

生：氣球向后飛去，且溫度升高，說明內能可以轉化為機械能。

體驗活動3：在一個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象。

師：同學們有什么發現？

生：瓶蓋飛出，瓶口出現白霧。

師：瓶蓋飛出表明能量如何轉化？白霧是什么物質？為什么瓶口會有白霧生成？

生：內能轉化成機械能;白霧是液態的小水珠;內能轉化后導致溫度降低，水蒸氣遇冷液化形成小水珠。

此環節安排了三個體驗活動，學生自主探究實驗，真實體驗了在內能轉化為機械能的過程中溫度的降低。這樣的教學設計活躍了課堂教學的氣氛，培養了學生的動手能力、分析能力，同時加深了學生對知識的理解，能夠取得良好的教學效果。

4.解決生活問題，實現知識的遷移運用。

在學生理解“機械能與內能可以相互轉化”的基礎上，教師可以回到課堂最初提出的問題，讓學生聯系所學知識進行分析和解決。

師：同學們，你們能用今天所學的知識打開沒有拉環的易拉罐嗎？

教師展示實物，讓學生思考、討論。

生：可以用紙片與易拉罐摩擦，使機械能轉化為內能，易拉罐內氣體溫度升高，氣壓增大，氣體可以頂開易拉罐口。

學生動手實驗，發現效果并不理想。教師此時可以進一步引導學生思考并討論：如何控制摩擦易拉罐的位置、力度、速度等因素使效果達到最佳。

學生討論后再次動手實驗，終于成功將易拉罐打開。

此環節的設計既呼應了課堂之初的問題，保持了課堂結構的完整性，也能讓學生將所學的物理知識加以運用，實現知識的遷移和內化。學生通過動手實踐，在初次實驗失敗后分析改進，經歷了科學探究的完整過程。通過解決實際生活問題，學生體驗到了實驗成功后的欣喜與快樂，極大地促進了學科核心素養的提升。

5.課后創新實驗，培養創新精神。

教師可依據本節課所學知識，布置一些課外創新實驗作業，如測量酒精燃燒的熱效率，以此制作水火箭、走馬燈、簡易斯特林發動機等，這既鞏固了機械能與內能互相轉化的知識，也為學習下一部分關于“熱機”的知識做了很好的鋪墊。

學生需要閱讀相關資料、獨立思考、自主設計方案，也需要合作與交流，以完成教師布置的小實驗。當然，學生在制作過程中會遇到各種各樣的困難與挫折，這就需要百折不撓和堅持不懈的精神，不斷發現并解決遇到的問題。這一過程，恰恰對培養學生的實驗操作能力、創新思維和科學精神大有裨益。

在課堂教學中，巧妙的創新實驗設計可以充分調動學生的探究欲望，促進學生主動學習。開展創新實驗有助于提高學生對知識的理解和掌握、遷移和運用，引導學生形成分析、評估、創新等高階思維，培養其批判性思維、創新性思維。

本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題2020年度立項課題“‘玩、做、改、創’——物理學科核心素養視域下農村初中學生自主創新實驗的行動研究”（D/2020/02/373）的研究成果。

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