“五創(chuàng)”物理實驗教學(xué) 促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)

譚振興

摘 要：初中物理創(chuàng)新實驗依據(jù)的是現(xiàn)代個性化教學(xué)所提倡的知識創(chuàng)新的理念，它能夠引起教師和學(xué)生在物理實驗中的共鳴，并培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣、增強探索物理實驗的意識.本文結(jié)合教學(xué)實例，以“五種創(chuàng)新”實驗教學(xué)出發(fā)，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：初中物理;創(chuàng)新實驗;深度學(xué)習(xí)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）12-0008-03

深度學(xué)習(xí)是指在教師創(chuàng)設(shè)的具有挑戰(zhàn)性的問題情境中，學(xué)生全身心地投入，并且高階認知主動參與的具有意義的一種學(xué)習(xí)活動過程.“學(xué)習(xí)金字塔”的理論認為，學(xué)習(xí)分為兩種：被動和主動.要想“深度學(xué)習(xí)”，就要使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人.物理實驗是初中物理教學(xué)的一個重要內(nèi)容，也是發(fā)展學(xué)生的載體.物理實驗教學(xué)創(chuàng)新，需要學(xué)生對實驗的直觀認識，讓學(xué)生在自主操作的過程中，激發(fā)學(xué)習(xí)欲望，優(yōu)化知識進階，有效地促進學(xué)生深入學(xué)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.下面將物理教學(xué)與實踐結(jié)合起來，根據(jù)物理核心素養(yǎng)要求，從物理實驗教材內(nèi)容的創(chuàng)新、技術(shù)的創(chuàng)新、情景的創(chuàng)新、程序的創(chuàng)新和創(chuàng)造精神五個方面，探討物理實驗如何促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的問題.

1 實驗內(nèi)容創(chuàng)新，找準(zhǔn)討論問題，促進小組合作深度學(xué)習(xí)

物理創(chuàng)新實驗教學(xué)課堂是培養(yǎng)學(xué)生自主動手能力的重要陣地，教師在此過程中對學(xué)生物理實驗探索和創(chuàng)新能力進行了重點訓(xùn)練.而初中物理創(chuàng)新實驗，雖然具有自主性，但在一定程度上還是從學(xué)習(xí)的投入視角來看，深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生高認識投入，高情感的投入，高行為的投入，因此學(xué)生積極參與是深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素.參照于教材，立足于教本，以物理實驗的內(nèi)容為基礎(chǔ)，以挖掘教材的內(nèi)容為方式，實現(xiàn)了教材的創(chuàng)新性.在小組合作中，設(shè)計具有針對性的問題來引起學(xué)生的共鳴，能夠吸引學(xué)生進行深入討論，通過價值高的問題進行討論，學(xué)生才能不斷創(chuàng)新和深入，各種實驗方案得以落實與優(yōu)化，這樣的實驗教學(xué)既有優(yōu)化，又有優(yōu)勢，既有溫度，也有效率.例如，在探索滑動摩擦力大小和什么因素有關(guān)的實驗中，設(shè)計了下列問題：（1）滑動摩擦力是什么？你能用什么事例證明給大家看滑動摩擦是存在的？（2）通過實驗，你如何證明滑動摩擦力大小和猜想的幾個因素之間存在關(guān)系？它們之間是什么聯(lián)系呢？（3）如何測量滑動摩擦力大?。可鲜鰡栴}看起來很簡單，但也存在思考障礙，這樣的問題對學(xué)生進行高情感投入，更有利于進階知識的高認識投入，更有利于學(xué)生的思維延伸的高行為投入.找準(zhǔn)問題，通過學(xué)生小組的討論，促進團隊合作深入學(xué)習(xí)，本探究實驗優(yōu)化的方案設(shè)計圖如圖1、圖2所示.

2 實驗技術(shù)創(chuàng)新，開展STEM科學(xué)教育，促進學(xué)生多維度深度學(xué)習(xí)

STEM科學(xué)教育研究主要是現(xiàn)代科學(xué)、技術(shù)、工程和現(xiàn)代數(shù)學(xué).四個學(xué)科的融合教育，可以使學(xué)生對科技、工程、數(shù)學(xué)等內(nèi)涵進行重新認識，并引導(dǎo)他們找到科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)之間的關(guān)聯(lián).學(xué)生主動在項目式學(xué)習(xí)中調(diào)用多維思考，從學(xué)習(xí)的內(nèi)容來看，深度思考具有一定的整合、情境等特征，并不能割裂、脫離現(xiàn)實生活.多媒體教學(xué)利用圖像、文字和聲音，充分調(diào)動學(xué)生對實驗過程中的各種感覺，使學(xué)生更加了解模擬實驗過程，從而產(chǎn)生對教材實驗過程的興趣.在模擬力學(xué)實驗時對物理變量進行了調(diào)整，使學(xué)生能夠更好地把握物理量和因變量的聯(lián)系，例如在初中研究重力和質(zhì)量之間的關(guān)系的模擬實驗中，教師首先提出了這個模擬實驗的主要問題（這個模擬實驗的大小與什么因素有關(guān)），然后再對這個實驗中的重力進行研究.

隨后利用多媒體進入虛擬力學(xué)實驗室，準(zhǔn)備需要的器材：若干個鉤碼、彈簧測力計、坐標(biāo)紙，然后利用鼠標(biāo)將鉤碼按照實驗要求逐個掛在彈簧測力計上，觀察模擬實驗中提供出的實驗數(shù)據(jù)，并設(shè)計表格，將數(shù)據(jù)記錄下來，隨后利用多媒體中的程序?qū)W(xué)生記錄的數(shù)據(jù)輸入在其中.讓學(xué)生觀察在以質(zhì)量為橫坐標(biāo)、重力為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，由數(shù)據(jù)標(biāo)記的點連成的線的特點.最后引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：物體所受重力跟其質(zhì)量成正比，且其比值大致為9.8N/kg，而將這個數(shù)值記為g，得到其關(guān)于重力計算的公式G=mg.

在多媒體技術(shù)輔助下的初中物理創(chuàng)新實驗中，學(xué)生應(yīng)在過程中充分體會物理的使用價值，一個積極的學(xué)習(xí)共同體有助于獲取學(xué)科核心知識，加強學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機和認知投入.學(xué)習(xí)共同體對深度學(xué)習(xí)起著重要的支撐作用，這既加深了學(xué)生對物理實驗相關(guān)流程的印象，也讓學(xué)生感受到了物理知識學(xué)習(xí)上的樂趣.

3 實驗情景創(chuàng)新，問題驅(qū)動學(xué)習(xí)，促進高階思維發(fā)展

初中物理教學(xué)中對于情景的創(chuàng)設(shè)不但帶有一定的目的性，還具有一定的感情色彩，情景創(chuàng)設(shè)是為了引起學(xué)生態(tài)度的情感響應(yīng)，而物理實驗中的情景創(chuàng)設(shè)，是以鮮明生動的實驗場景，激發(fā)學(xué)生的求知本能，情景創(chuàng)設(shè)下的物理實驗，讓學(xué)生能更快地了解自身的主體地位.而且讓實驗更加富有生活效用，提高了實驗性教學(xué)的效率.初中學(xué)生對于物理實驗的認知淺顯，而這種層面上的認知，導(dǎo)致學(xué)生認為物理實驗過于復(fù)雜、抽象、不能被理解，從而在物理實驗學(xué)習(xí)中容易產(chǎn)生畏懼心理.

驅(qū)動問題應(yīng)包含一些啟發(fā)的內(nèi)容，以真實世界的情況為出發(fā)點.在尋找解決辦法的過程中，學(xué)生逐漸深入對物理概念、規(guī)律和實踐運用的理解.例如，在密度測量實驗中，教師首先創(chuàng)設(shè)了一個故事場景，首飾專賣店柜臺上有兩件一模一樣的珠寶，并標(biāo)上了一些標(biāo)語：若以假當(dāng)真，買一賠十.

問題一：你能想出幾種鑒別首飾真假的方案？

問題二：哪一種鑒別方案更加合理有效？

問題三：對于首飾密度的計算方案中，應(yīng)該先求出首飾的哪些物理量？

問題四：對方案交流評估，在測量中，先測首飾質(zhì)量好還是先測體積好？

這時教師可以引入誤差這個概念，促進學(xué)生對這一實驗進入更深層次的分析.通過四個邏輯上層層遞進的問題，將密度和社會應(yīng)用聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)密度相關(guān)的性質(zhì)，深度理解密度測量，促進遷移和問題解決等高階思維能力的發(fā)展.

4 實驗流程創(chuàng)新，整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，注重知識建構(gòu)

從學(xué)習(xí)過程的角度看，深度學(xué)習(xí)的整合既包括新舊知識的聯(lián)系，也包括跨學(xué)科內(nèi)容的融合.深度學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)習(xí)者批判性理解學(xué)科核心知識，能將概念和原理遷移到新的情境中，創(chuàng)造性地解決問題.初中物理教材中部分的演示實驗，一些實驗原理、實驗?zāi)康牡某尸F(xiàn)，不夠直接，一些實驗流程不夠合理，一些實驗操作缺乏穩(wěn)定性.以“阿基米德原理”一節(jié)中“探究浮力大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”實驗進行說明.

教材實驗中，如圖3所示，通過甲、乙操作，計算測量物體受到的浮力F浮;通過丙、丁操作，計算測量物體排開液體受到的重力G排，比較F浮和G排的關(guān)系.但是學(xué)生不能從操作中直接發(fā)現(xiàn)規(guī)律.同時由于用手提著測力計進行測量，手部的抖動問題，使學(xué)生在讀數(shù)時存在困難，容易帶來誤差……這些問題在學(xué)生進行實驗時引導(dǎo)學(xué)生進行反思，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，在思維上再上一個臺階.

現(xiàn)對實驗器材與流程進行改正和調(diào)整：對彈簧測力計進行改裝，分別用兩支彈簧測力計測量浮力F浮和排開液體受到的重力G排，用支架固定彈簧測力計減少測力計的晃動，同時使用升降臺，便于操作（如圖4所示）.具體操作步驟如下：（1）測浮力F?。鹤笥覂蓚?cè)彈簧測力計的刻度與分度值相同，將物體掛在測力計下，左側(cè)顯示G物，此時，F(xiàn)浮=0;需要對右側(cè)彈簧測力計的指針位置進行調(diào)整，使指針位置和左側(cè)指針?biāo)贕物位置對齊;當(dāng)物體排開液體后，F(xiàn)拉變小，F(xiàn)拉與G物的差值為浮力F浮，由圖5可知，右側(cè)示數(shù)即為F浮，F(xiàn)浮豎直向上，因此刻度自下而上.（2）測排開液體的重力G排：右側(cè)刻度與左側(cè)的分度值相同，將小桶掛在測力計下，左側(cè)顯示G桶，此時，G排=0;需要對右側(cè)的彈簧測力計的指針位置進行調(diào)整，使指針位置和左側(cè)指針?biāo)贕桶位置對齊;當(dāng)小桶接收排開的液體后，G總變大，G總與G桶的差值為G排，由圖6可知，右側(cè)示數(shù)即為G排，G排豎直向下，因此刻度自上而下.學(xué)生進行實驗時，可以同時讀出F浮和G排，進而發(fā)現(xiàn)F浮和G排的關(guān)系，目的明確.

5 培養(yǎng)創(chuàng)新精神，促進學(xué)生自主、深度學(xué)習(xí)

知識的遷移與應(yīng)用是最高級別的學(xué)習(xí)，也是高層思維體現(xiàn)，是深度學(xué)習(xí)的一個特征，也是創(chuàng)新精神的一個再現(xiàn).我們能夠讓學(xué)生在新的情況下運用他們所學(xué)到的知識來解決問題，實現(xiàn)深入體驗學(xué)習(xí)的目標(biāo).目前教材中，有許多精彩演示實驗，但也有些實驗現(xiàn)象不明顯，可見性低，需要大膽的創(chuàng)新.例如，在“探究光的反射定律”實驗過程中，學(xué)生在對原有的演示器材進行分析、思考，對實驗設(shè)備進行創(chuàng)新、改進的過程中，有效地放大實驗現(xiàn)象，提高了實驗的觀測效果.如圖7所示.是“光的反射定律”實驗原理圖，在小轉(zhuǎn)盤的中間安裝相應(yīng)的鐵片，并利用自拍杠固定激光電筒，在大轉(zhuǎn)盤上調(diào)整入射光線，要求對準(zhǔn)硬紙卡片折線最低處的入射光線.在演示過程中，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤時，會呈現(xiàn)出水平的激光電筒運動狀態(tài)，滿足入射光和反射光的360度要求.根據(jù)旋轉(zhuǎn)的要求，小轉(zhuǎn)盤對其進行了相應(yīng)的旋動.其中，利用鐵片在“量角器”中作為參照，明確了相應(yīng)的光線和角度.在這些實驗或設(shè)備的改造中，雖然花費了較長時間，但大部分材料來自實際生活，更貼近學(xué)生的生活，更有利于他們接受.通過學(xué)生自主創(chuàng)新的實驗，增強了學(xué)生對運用物理知識來解決現(xiàn)實問題的認識.在實驗中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考能力、創(chuàng)新意識，使學(xué)生能夠進行科學(xué)研究，促進他們深入學(xué)習(xí).

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（收稿日期：2021-01-31）