基于深度學習的初中物理實驗探究型教學

摘 要：本文針對初中物理實驗探究教學過程中存在的問題，提出以促進學生深度學習為目的實驗探究型教學模式.以“電生磁”的教學為例分享實踐過程，重視學生合作探究，通過自制通電螺線管為補充，引導學生進行分組實驗教學實踐，培養學生實驗探究的能力.

關鍵詞：深度學習;實驗探究;電生磁;通電螺線管

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）14-0033-03

作者簡介：張麗君（1982-），女，湖南邵東人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理實驗教學.

初中物理深度學習界定為：“在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的物理學習主題，全身心參與以生活實際情景和物理實驗為主的多種探究活動及情境互動，從形成物理觀念的視角，運用模型建構與推理論證等科學思維方式，解決真實問題，體驗成功，獲得物理學科核心知識，理解物理學習的過程，把握物理學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、積極的態度、正確的價值觀，在物理學科核心素養方面獲得全面發展，成為具有創新精神和實踐能力、基礎扎實的優秀的學習者[1] .”

在初中物理深度學習活動中，基于實驗探究的深度學習是一種重要的教學方式，其核心是實驗探究，重在讓學生經歷科學探究過程，自主構建結論[2].針對這一特點.本文構建基于深度學習的探究式教學模式，在人教版物理教材九年級第二十章第二節“電與磁”中，有關的物理規律和概念幾乎都是通過實驗概括得出，注重學生的體驗與感悟，注重知識的實際應用.因此，本節課通過實施學生分組實驗的實驗教學方式，能有效培養學生的科學思維，提高學生探究能力，鍛煉學生從實驗事實出發歸納規律和應用概念的能力.

1 基于深度學習的實驗探究型教學路徑

初中物理深度學習突出學習過程的五個特征：聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價.結合深度學習的這些特征，在初中物理實驗探究型教學實施中的教學基本流程，如圖1所示.

2 基于深度學習的實驗探究型教學實踐與評析

在人教版物理教材九年級第二十章第二節“電與磁”中，教材在已有的電學知識和簡單的磁現象知識基礎上，將電和磁聯系起來.本節是本章的重點內容，實現電與磁的統一，是學生在學習磁現象、磁場后的一節實驗探究課，是磁場研究方法的延伸.本節內容的重難點是探究通電螺線管中的磁場特點.現以學生深度學習過程為主線，分享教學實施的過程和評析.探究如何將深度學習應用到實驗探究型教學中.

2.1 創設真實情景，激發學習興趣

教學片段1

魔術——紙盒吸引大頭針（利用紙盒內隱蔽的通電螺線管吸引大頭針）.

教師：我們發現盒子能吸引大頭針，此盒中的物體可能是什么？你猜想的依據是什么？

學生：盒內可能有磁體，磁體能吸引大頭針.

教師：斷開開關，再靠近大頭針;仔細觀察實驗現象，你有哪些疑問？

學生：為什么不吸引大頭針了？盒內到底是什么？

教師：將紙盒打開，展示螺線管.

觀察盒內的器材，請學生猜想這是什么？可提出什么樣的問題進行探究？

學生：電和磁之間有聯系，電流也能產生磁場.

評析：深度學習面向真實問題的解決，表現為學生全身心投入的學習狀態，因為實驗探究型教學的情境創設要突出“真實”和“出乎意外”的特點，能激發學生的思維，能夠讓學生迅速進入深度學習的狀態.在學生的認知中磁體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物體.現在能否吸引大頭針完全可以人為控制，引起學生強烈的好奇心，激發學生的求知欲，從而引發學生思維沖突，培養學生發現問題和提出問題的能力.

2.2 問題驅動學習，學生積極體驗

教學片段2

教師：電流是否能產生磁場？探究教材第124頁中的“想想做做”.先做實驗甲，看到什么現象？說明什么？

注意事項：實驗過程讓電源短路，通電時間不能過長，強調觸接.

學生：小磁針發生偏轉，說明通電直導線周圍存在磁場.

教師：學生分組實驗，改變通電導線中電流的方向，小磁針的偏轉方向和原來偏轉的是否相同？這又說明什么？

學生：小磁針偏轉方向發生改變，說明電流的磁場與電流方向有關.

教師：介紹丹麥物理學家奧斯特.

評析：傳統的演示實驗變成學生分組實驗，學生將能夠更好地觀察到實驗現象，教師引導學生分析現象，概括結論，對培養學生的科學探究思想和方法都起到重要的作用.真正遵循“以教師為主導，以學生為主體”的原則.通過介紹電生磁的物理學史，對學生進行科學世界觀的教育.從而為后面的學習起到啟發與引導作用.

教學片段3

教師：通電導線周圍存在磁場，通電螺線管的周圍也應該存在磁場，那么通電螺線管的磁場是什么樣的？用什么方法可以顯示出磁場的分布？

學生：可以用鐵屑進行實驗，將鐵屑灑在通電螺線管的上面，觀察鐵屑的排列情況.

教師：還可以用什么方法？

學生：還可以用小磁針，將小磁針放在通電螺線管周圍不同位置，觀察小磁針N極指向，并記錄N極指向.如圖2所示.

教師：觀察這兩種顯示磁場的分布（如圖3所示），對比上節課學習的蹄形磁體和條形磁體的磁場分布，你能得到什么結論？

學生：通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場分布相似.

評析：通過實驗讓學生自己探究、感知通電螺線管的磁場，通過觀察使學生聯想到條形磁體，得出結論：通電螺線管的磁場與條形磁體的磁場非常相似.美國心理學家桑代克認為：“只有在原有的學習情境與新的學習情境有相同要素時，原先的學習才有可能遷移到新的學習中去.”因此，教師利用這種教學方法有益于學生進行深度學習.

2.3 基于合作探究，實現意義建構

教學片段4

教師：通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場分布相似，它的兩端相當于條形磁體的兩個磁極.那么如何判斷通電螺線管的極性？

學生：根據通電螺線管兩端的小磁針的N極或者S極的指向，由同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引，可以判斷出通電螺線管的極性.

教師：那么通電螺線管的極性與螺線管中電流方向是否有關？要研究通電螺線管的極性與電流方向是否有關，需要記錄什么？

學生：需要記錄螺線管中的電流方向和記錄通電螺線管的極性.

教師：如何畫出通電螺線管的平面圖？并在螺線管上標出電流的方向？先示范，描出其中一種繞線方式，再讓學生觀察桌面的螺線管繞線方式，屬于哪一種，討論思考.

學生：學生畫圖，展示出兩種不同的繞線方式.如圖4所示.

傳統的實驗都是用成品實驗器材，而成品的繞線方式只有一種.為了實現真正的實驗探究，為了能夠更好地說明通電螺線管外部磁場的方向和螺線管中的電流方向的關系，教師在課堂上用兩種繞線方式讓不同的學生做實驗，得出普遍規律.筆者自制螺線管，其繞線方式和成品實驗器材不同，實現重實驗探究的目的.

教師：請同學們動手實驗，實驗完成后，展示兩種不同的繞線方式，通過實驗總結當改變螺線管中的電流方向時螺線管的極性是否改變.展示學生的四幅圖，如圖5所示，能否用自己的語言巧妙地將物理規律中各量之間的方向關系表達出來.可以參考教材中猴子和螞蟻的表達方式.

教師：通過實驗，結合兩組不同的實驗數據，思考可以發現通電螺線管的極性與螺線管中的電流方向是否有關？

學生：通電螺線管的極性與螺線管中電流方向有關.

評析：探究通電螺線管兩端的磁極與電流的方向是否有關，和奧斯特實驗中小磁針轉動方向進行對比，且運用到上一節中——同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引的知識，得到通電螺線管兩端的磁極方向與電流方向有關.筆者在這個教學片段中滲透“預測—演示—觀察”的教學策略，在問題中激發學生的思考，在實驗中解決學生的疑惑，從而促進學生進行深度學習.同時也運用舊知識解決新的問題，而深度學習的特點之一就是強調新舊知識之間的聯系.

本實驗讓學生體會科學研究中合作的必要性，除了在本實驗小組范圍內進行分工合作之外，還實現小組合作的實驗數據共享，感受合作在獲取大數據中的價值，增強學生的合作意識.通過學生的合作探究，引導學生建構右手定則的使用方法.

2.4 解決實際問題，提升學生思維

教學片段5

教師：請你根據圖6中通電螺線管中的電流方向判斷螺線管的極性.根據圖7中通電螺線管的極性畫出螺線管中電流的方向，并用箭頭標出.

教師：安培定則有哪些實際應用？

學生：由通電螺線管中的電流方向，判斷通電螺線管的N、S極;已知通電螺線管的N、S極，判定螺線管中電流的方向.

評析：解決實際問題，有助于知識的遷移應用，同時遷移應用又能幫助學生加深對知識的理解.遷移應用是學生進行深度學習的重要標志.通過運用右手定則能夠快速判斷通電螺線管的兩端極性或螺線管中的電流方向.培養學生分析問題、總結概括能力.

3 結束語

在實驗探究型教學中運用深度學習，提升學生自主建構物理知識的能力.本節課學生深度參與學習任務，教師引導學生勤思考，經歷真正的思考與動手過程，學生經歷有效的實驗探究深度學習，在正確理解物理規律、科學探究的基礎上形成物理觀念，發展科學思維能力，形成社會責任感.

參考文獻：

[1]白孝忠.指向深度學習的初中物理探究式教學——以“電磁感應發電機”教學為例[J].物理教學，2021，43（01）：55-58.

[2]陸莎莎.深度學習視角下的初中物理實驗教學策略[J].數理化解題研究，2021（02）：69-70.

[3]李亞子.指向深度學習的初中物理實驗教學——以蘇科版“大氣壓強”教學為例[J].中學物理教學參考，2021，50（03）：55-56.

[4]孫東振.促進深度學習的初中物理實驗教學優化——以“實驗探究：物質比熱容”實驗教學為例[J].中學物理，2020，38（18）：33-35.

[5]施海霞.初中物理實驗教學中促進學生深度學習的策略[J].中學教學參考，2020（12）：50-51.

（收稿日期：2021-04-04）