指向深度學習下多版本教材中探究實驗的整合教學

摘 要：“課堂一聽就懂、課間一看就會、課后一做就錯”的不良現(xiàn)象歸根到底是學生沒有達到深度學習的狀態(tài).本文以初中物理教學中“探究電流的熱效應”為例，引導學生在感受生活問題中引入探究問題、在整合多版本教材中將實驗裝置進行優(yōu)化與改進，以及對實驗方案進一步改進等，促進學生在探究實驗中進行深度學習.

關(guān)鍵詞：深度學習;探究實驗;整合教學

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）20-0047-04

作者簡介：賈火炬（1973-），男，安徽蕪湖人，碩士，中學高級教師，研究方向：中學物理教育教學研究.

“課堂一聽就懂、課間一看就會、課后一做就錯”是目前初中物理教學中出現(xiàn)的較為普遍的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種不良現(xiàn)象的根本原因在于學習者沒有達到深度學習（deep learning），就初中物理學科本身特點而言，深度學習就是一種理解性地、有意義地學習，是用以描述學習者的學習狀態(tài)、投入程度、認知體驗等的一種學習，是學習者在充分理解材料的基礎(chǔ)上將新學習知識與原有知識有效建構(gòu)在一起從而更新原有認知結(jié)構(gòu)的一種學習[1]，這種學習方式會讓學生對新學習知識提出科學有效的解決策略，進而實現(xiàn)在鞏固原有知識的同時掌握新學習知識，再將新學習知識與原有知識有機整合，實現(xiàn)真正理解的目的.

物理是一門實驗學科，為了促進學生對探究實驗的深度理解，助推課堂教學效果的發(fā)展性，教師在設(shè)計探究實驗時不能只局限于所教版本教材中的實驗方案，而需要綜合多版本教材中的設(shè)計方案，體現(xiàn)“用教材教、駕馭教材，而不是受制于教材”的理念，這樣可以根據(jù)學生的認知特點、思維發(fā)展程度，集思廣益、取各版本教材之長，從而對探究實驗進行整合及重組，優(yōu)化探究方案，將最優(yōu)的實驗方案展示給學生，培養(yǎng)學生運用多種思維方式科學有效地探究最優(yōu)化實驗方案的高階思維能力，以及發(fā)展探究實驗中問題解決的能力，進而達到深度學習的目的[2].本文以初中物理教學中“探究電流的熱效應”為例，引導學生在感受生活問題中引入探究問題、在整合多版本教材中將實驗裝置進行優(yōu)化與改進，以及對實驗方案進一步改進等，促進學生在探究實驗中進行深度學習.

1 多版本教材的現(xiàn)狀及對比分析

本文所指的多版本教材主要指人教版、北師大版、蘇科版和滬科版這四種版本教材，筆者通過對這四種版本教材中“探究電流的熱效應”的實驗進行分析，發(fā)現(xiàn)四種版本教材在處理“探究電流的熱效應”的課題名稱、實驗方法、比較電熱、設(shè)計電路圖、實驗說明等存在細節(jié)上的差別，這為整合多版本教材中探究實驗的教學提供依據(jù).

1.1 多版本教材的現(xiàn)狀分析

初中物理教材中“探究電流的熱效應”一節(jié)基本都是安排在電功率知識版塊之后，是深化對歐姆定律、電功、電功率的理解及應用，更是為學習家庭電路及生活用電提供依據(jù)，可以說“探究電流的熱效應”在學生整個電學學習中起到承上啟下的作用，其探究實驗更是對電學實驗起到深化與鞏固的作用，只是不同版本教材處理“探究電流的熱效應”的方案不盡相同，略有差別，但設(shè)計方案的基本理念都是通過轉(zhuǎn)換法的思想，即將電阻絲產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為易感受到的物理量，這里的差別主要表現(xiàn)在用什么物理量顯示電阻絲產(chǎn)生的熱量.

1.2 多版本教材的對比分析

多版本教材在設(shè)計“探究電流的熱效應”時都采用控制變量法這種基本物理方法，只是在設(shè)計的基本思想方面可以大致分成兩大類：其中一類是以人教版為代表的邏輯連貫型，主要是通過生活中常見的電熱器在使用時會產(chǎn)生熱量，這些熱量從哪里來？到哪里去？電熱器會產(chǎn)生大量熱量而與此相連的導線為什么幾乎不發(fā)熱？由此讓學生帶著這些問題通過設(shè)計實驗來解決;另一類是以北師大版、蘇科版、滬科版為代表的解決問題型，主要是對生活中常見的電熱器設(shè)置一定的問題，讓學生以發(fā)現(xiàn)問題為基礎(chǔ)，以解決問題為目的，通過科學探究的基本方法研究電流的熱效應，如通電的電熱器會發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量是否會與電流大小有關(guān)？電爐用導線連接在電路中，通電時電爐熱得發(fā)紅而導線卻幾乎不熱，這是否能說明電熱與電阻有關(guān)系？

在多版本教材中電流熱效應的實驗設(shè)計方面，筆者以上面分析的兩種取向為基礎(chǔ)，從課題名稱、實驗方法、比較電熱、設(shè)計電路圖、實驗說明等方面對其盡心對比分析，見表1，從中可以看出多版本教材在探究電流的熱效應的實驗安排上各有獨特之處.從有意義深度學習角度出發(fā)，邏輯連貫型稍微好些，讓學生在思考問題的邏輯思維上有一定的連貫性，促進科學思維的養(yǎng)成，進而達到深度學習的目的;從科學探究的角度看，解決問題型稍微好些，不僅可以增強學生善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的意識，而且更重要的是可以在問題指引下進行科學探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，為深度思考問題提供動力，進而提升學生解決實際物理問題的能力.

2 多版本教材下整合教學的實施建議與策略

2.1 引導學生在感受生活問題中引入探究問題

物理來源于生活，生活中處處存在物理，教師引導學生在感受生活問題中引入探究問題是學習物理的基本理念，即通過提供與生活中有關(guān)的電熱器產(chǎn)生電熱的現(xiàn)象及問題，讓學生思考并解決，在解決問題的過程中培養(yǎng)學生科學思維、提升科學探究的能力，進而實現(xiàn)培養(yǎng)高階思維下深度學習的目的.

教師可以讓學生先認識電熱器，如電烙鐵、電爐、飲水機、電熱油汀等，通電后會將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象即為電流的熱效應，這樣順水推舟地提出電流的熱效應與哪些因素有關(guān)？再將提出的問題拋回到生活中去，由此感受生活，如圖1所示，提出問題“影響電熱的因素有哪些”，這樣根據(jù)討論分析可以猜想出如圖2所示的影響因素.通過借助生活提出問題，再回到生活中提出解決問題的猜想，可以說處處帶著問題進行有目的的科學探究，為科學探究開啟良好開端，實現(xiàn)帶著問題進行深度探究.

2.2 引導學生整合多版本教材中實驗裝置的優(yōu)化與改進

在上述對電熱與哪些因素有關(guān)的討論分析中，提出電熱可能與電流、電阻、時間等多個因素有關(guān)，學生都知道需要采用控制變量法，我們都知道控制變量法貫穿整個初中物理教學的始終，這樣探究實驗顯得簡單，只是難以解決如何將電熱在探究實驗中顯示出來.如圖3甲所示，以人教版為代表的方法是通過U形管一側(cè)液面上升高度反映電阻絲產(chǎn)生熱量多少，這種原理由于利用的是空氣的熱脹冷縮使U形管一側(cè)液面上升，因此教師在實驗前后一定要保證容器密閉性，千萬不可漏氣，再者U形管內(nèi)液體如有氣泡則要排出，且實驗前使U形管兩側(cè)液面相平;如圖3乙所示，以北師大版、蘇科版、滬科版為代表的是通過溫度計示數(shù)上升高低反映電阻絲產(chǎn)生熱量多少，因此，為了使液體在吸收相同熱量時溫度上升明顯，一般選擇比熱容較小的液體，如煤油，由于這種方案是通過加熱液體使溫度計示數(shù)上升，因此液體質(zhì)量多少也會影響實驗時間長短，這些都需要在實驗前進行考慮的.具體這兩種顯示電熱的方案在上表1中已作說明.

為此，為了整合多版本教材中實驗裝置的優(yōu)點，筆者特對實驗裝置進行適當改進，具體改進方案有以下幾點：（1）如采用圖4裝置顯示電熱，電阻絲加熱瓶內(nèi)有空氣，空氣內(nèi)能增大，氣壓隨之增大，這樣瓶中煤油在氣壓作用下通過細玻璃管上升，即通過煤油在細玻璃管中上升高度顯示電阻絲產(chǎn)生熱量的多少，這樣顯示電熱的方案比之前的兩種方案更好，主要表現(xiàn)在瓶內(nèi)氣密性易得到控制、細玻璃管中的煤油沒有氣泡、煤油上升高度非常明顯等[3]，因此，極易讓學生理解;（2）實驗中選用的不同電阻絲的阻值應該相差稍微大點，如采用阻值稍小的銅絲和阻值稍大的鎳鉻合金絲，這樣在探究電熱與電阻關(guān)系時，煤油在細玻璃管中上升高度會存在明顯差值，極易得出實驗結(jié)論;（3）為了使實驗結(jié)論具有科學性、普遍性、合理性，可以在設(shè)計電路時添加上滑動變阻器，如圖5所示，特別需要說明一下，在研究電熱與電流關(guān)系時，可以事先將控制兩個相同電阻絲的滑動變阻器阻值調(diào)為0，然后保持其中一個滑動變阻器滑片位置不動，調(diào)節(jié)另一個滑動變阻器滑片，研究電熱與電流的關(guān)系，然后再保持滑動變阻器滑片在某一位置不動，調(diào)節(jié)另一個滑動變阻器滑片位置，重復實驗，得出實驗結(jié)論;（4）研究電熱與加熱時間的關(guān)系時，可以選擇其中任意一個實驗裝置，以圖5甲中電阻絲R=10Ω為例，控制兩次開關(guān)閉合時間不同，觀察煤油在細玻璃管中上升高度，注意每次閉合開關(guān)時一定要讓細玻璃管中煤油回到起始位置，這樣實驗結(jié)果才更準確.以上整合多版本教材中的實驗裝置進行的優(yōu)化與改進可以說是更清晰，得出的實驗結(jié)論更科學，避免額外因素對實驗結(jié)果的影響.

2.3 引導學生在整合多版本教材的基礎(chǔ)上進一步改進方案

黃網(wǎng)官老師在“初中物理深度學習：從理解到發(fā)生”一文中指出[4]，深度學習不是一種綜合性的學習，更不是對學習知識的重新組合，而是一種以包容性、思維多樣性、科學建構(gòu)為核心的深度學習.對于深度學習下多版本教材中探究實驗的整合教學，如果到此就認為實驗教學得到圓滿完成的話，那與深度學習的本質(zhì)是不相符合的，對學生思維能力的培養(yǎng)也就只能停留在課本實驗教學之中.

盛建國老師在“基于原型與經(jīng)驗的物理深度學習策略”一文中談到[5]，學生在學習完課本知識后需要進行自悟式學習，這是對深度學習的一種較好的內(nèi)趨式體現(xiàn)，是實現(xiàn)實驗教學方式多樣化、思考問題形象化、科學思維敏捷化，促進學生深度學習真正發(fā)生的一種學習方式.如在探究電熱與哪些因素有關(guān)時，可以對以人教版為代表的實驗裝置進行適當改進，在顯示電熱方面，可以用氣球膨脹程度來替代U形管一側(cè)液面上升高度，實驗裝置如圖6甲所示;同樣可以對以北師大版、蘇科版、滬科版為代表的實驗裝置也進行適當改進，教材中通過液體溫度變化比較電阻絲產(chǎn)生熱量多少，如圖6乙所示，將兩個阻值不等的電阻絲分別繞制成電阻圈，串聯(lián)在電路中，將相同的火柴棒分別插入電阻圈一樣位置處，通過火柴棒被點燃的先后順序判斷電熱大小，進而研究電熱與電流、電阻、加熱時間的關(guān)系.

3 結(jié)束語

多版本教材中探究實驗的整合教學將是物理實驗教學的一種必然趨勢，這種整合實驗教學是以實驗教學為導向、以解決問題為宗旨、以培養(yǎng)科學探究精神為目的，結(jié)合學生認知結(jié)構(gòu)特點促進深度學習的發(fā)生，進而實現(xiàn)深度學習下實驗教學課標的有效落實.

參考文獻：

[1]張麗君.基于深度學習的初中物理實驗探究型教學[J].中學物理，2021，39（14）：33-35.

[2]任虎虎.促進深度學習的多版本物理教材整合教學——以“運動的合成與分解”教學為例[J].教學與管理，2019（07）：48-49.

[3]譚振興.“五創(chuàng)”物理實驗教學 促進學生深度學習[J].中學物理，2021，39（12）：8-10.

[4]黃網(wǎng)官.初中物理深度學習：從理解到發(fā)生[J].教育研究與評論（中學教育教學），2019（08）：28-32.

[5]盛建國.基于原型與經(jīng)驗的物理深度學習策略[J].物理教學，2019，41（08）：44-46+68.

（收稿日期：2021-06-30）