基于深度學(xué)習(xí)理念的二輪物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)

(江蘇省常州市北郊高級中學(xué),江蘇 常州 213000)

1 新舊高考方案實(shí)驗(yàn)考查對比

2021年江蘇省正式實(shí)施“3+1+2”新高考方案,物理成績將以原始分計(jì)入總成績,區(qū)別于“2008年方案”的等級制。從考試時(shí)間和分值來看,物理高考從原來的總分120分、考90分鐘壓減為總分100分、考75分鐘；從試卷結(jié)構(gòu)來看,從原來的確定結(jié)構(gòu)變?yōu)楝F(xiàn)在的不確定結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)題也發(fā)生了較大變化,從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來看,從原來的一力一電轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏啦淮_定的實(shí)驗(yàn)題(以力或電為主)。從題目數(shù)量來看,從兩道實(shí)驗(yàn)題變?yōu)橐坏缹?shí)驗(yàn)題。從分值來看,從18分變?yōu)?5分,占比保持15%左右。從問題個(gè)數(shù)來看,從9-10個(gè)小問減少到5-6個(gè)小問,每個(gè)問題從2分上升到3分,參見表1。

表1

2 新高考二輪實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的思考

對比兩套方案發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)分值占比仍保持在15%左右不變,說明對實(shí)驗(yàn)考查仍然十分重視，新高考方案只考查一道題,對單個(gè)實(shí)驗(yàn)的考查要求更高，每問的分值比原來更高,因此對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蔡岢龈叩囊蟆Ｋ?在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)著力于學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升，關(guān)注課標(biāo)中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πㄆ鞑呐c操作、原理與方法、數(shù)據(jù)與結(jié)論等方面。從考查內(nèi)容來看,江蘇高考重點(diǎn)考查器材的選擇、使用與操作以及數(shù)據(jù)處理和結(jié)論。從新高考命題方式與題型來看,更加重視基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性。對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜矫鎺缀醵歼M(jìn)行了較全面的考查,尤其重視原理與方法的考查,這體現(xiàn)了高考評價(jià)體系中的“一核”“四層”“四翼”的理念。

新高考方案實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考查一般不會(huì)是純基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn),總有一些創(chuàng)新或改進(jìn)。故在二輪實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主,同時(shí)要關(guān)注基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和拓展。其中實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新可以從實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜齻€(gè)方面入手,改變實(shí)驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、改變器材或操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲得方式的創(chuàng)新、改變數(shù)據(jù)處理方式實(shí)現(xiàn)物理量測量的創(chuàng)新(圖1)。

圖1

3 深度學(xué)習(xí)理論下的高考二輪實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)策略

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的有機(jī)整合、學(xué)習(xí)過程的建構(gòu)和反思,在遷移和運(yùn)用中提升學(xué)習(xí)能力。高考二輪實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)可以深度學(xué)習(xí)理論為復(fù)習(xí)課設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，提出相應(yīng)的復(fù)習(xí)教學(xué)策略。

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)整合

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)通過對信息、知識(shí)的深層次加工,利用信息和知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系,將學(xué)習(xí)內(nèi)容有機(jī)整合,打通知識(shí)壁壘，從而提高學(xué)習(xí)效率。

相似的事物放在一起總會(huì)引起人們?nèi)L試發(fā)現(xiàn)他們的聯(lián)系與不同，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí),可以將課標(biāo)所規(guī)定的21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合,從器材的相似度出發(fā)，將“測量做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度”“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”放在一起,并從原理、操作、器材的角度找出他們的聯(lián)系與區(qū)別。

例1：某實(shí)驗(yàn)小組用如圖2所示裝置做“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”和“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。

圖2

(1) 關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作或?qū)嶒?yàn)器材,這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要的是_________。

A. 鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量

B. 墊高長木板沒有定滑輪的一端,平衡摩擦力

C. 小車釋放前靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

D. 連接小車的細(xì)繩平行于長木板

E. 先釋放小車,再打開電源

F. 需要用天平測出小車和鉤碼的質(zhì)量

點(diǎn)評：這樣處理的好處是既快速回顧了知識(shí),又能恰到好處地考查兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的異同。

對比可以加深學(xué)生印象，對“探究加速度和物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新,可以將幾種情況放在一起進(jìn)行對比,從而讓學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)的器材與操作、原理與方法、數(shù)據(jù)獲得與處理進(jìn)行深度理解。

(2) 以下幾個(gè)關(guān)于“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,從實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材的角度來看,需要平衡摩擦力的是_________；不需要滿足M?m的是_________(其中M為小車及車內(nèi)鉤碼或滑塊的總質(zhì)量,m為懸掛物的總質(zhì)量，質(zhì)量均可通過天平測得,重力加速度g已知)。

A. 懸掛的鉤碼及小車中的鉤碼總數(shù)保持不變,當(dāng)改變懸掛的鉤碼數(shù)量時(shí),其余的鉤碼均放入小車中(鉤碼規(guī)格相同)。

B. 打開氣墊導(dǎo)軌和力傳感器,保證懸掛的鉤碼質(zhì)量不變。

C. 保持小車的質(zhì)量不變,改變砂桶內(nèi)細(xì)砂的質(zhì)量。

D. ① 掛上托盤和槽碼,調(diào)整傾角,使質(zhì)量為M的小車帶著紙帶沿斜面勻速下滑;② 取下托盤和槽碼,測出其總質(zhì)量m,讓小車帶著紙帶下滑,測出其加速度a;③ 改變傾角和m,重復(fù)①、②操作,得到不同m對應(yīng)的a。

點(diǎn)評：對比分析幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的好處是讓學(xué)生真正理解實(shí)驗(yàn)原理和操作。圖3甲是基于學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)在操作上的創(chuàng)新，圖3乙是基于學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)在器材上的創(chuàng)新，圖3丙是器材與數(shù)據(jù)處理上的創(chuàng)新，圖3丁是用幾乎相同的器材而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在原理上的創(chuàng)新。

圖3

3.2 實(shí)驗(yàn)分析中的建構(gòu)與反思

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中應(yīng)注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對知識(shí)進(jìn)行批判性理解,在原有知識(shí)框架上能夠認(rèn)識(shí)自己學(xué)習(xí)的特點(diǎn),能夠?qū)ψ约簩W(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行鞏固和推廣,并進(jìn)行反思與再加工,通過高階思維的加入從而構(gòu)建知識(shí)體系。

在對“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)常常是采用圖像法，通過描點(diǎn)擬合曲線的過程一定要讓學(xué)生體驗(yàn)。學(xué)生有真實(shí)體驗(yàn)才能提出問題,從而引起學(xué)生對問題的思考。

。

圖4

點(diǎn)評：這樣做的好處是學(xué)生通過自主體驗(yàn)描點(diǎn)、擬合圖線,并通過真實(shí)的數(shù)據(jù)分析認(rèn)識(shí)到誤差的原因,而不只是死記硬背“不滿足M?m”的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)誤差分析就是一個(gè)反思與再認(rèn)識(shí)的過程，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建該實(shí)驗(yàn)的完整知識(shí)體系。

問題1：圖線發(fā)生了彎曲,那么橫坐標(biāo)應(yīng)改為什么圖線才會(huì)是直線？請?jiān)谠瓉淼谋砀裰辛谐瞿阈枰奈锢砹坎⒚椟c(diǎn)作圖驗(yàn)證。

問題2：既然mg是整體真實(shí)的合力,那么是否還有其他橫縱坐標(biāo)的選擇,從而也能作出直線圖像呢？是否一定也是正比例函數(shù)圖像？如果不是,請說明圖像的截距和斜率的物理意義。

3.3 實(shí)驗(yàn)的遷移與應(yīng)用

基于對原有知識(shí)的深度理解,學(xué)生在遇到新的知識(shí)或問題時(shí),能夠從中找到內(nèi)部的相似性和關(guān)聯(lián)性,從而將新知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化或?qū)栴}解決。

由于高考考查具有一定探究性和開放性,所以教學(xué)過程中將學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ),可以讓學(xué)生意識(shí)到拓展實(shí)驗(yàn)其實(shí)就來源于21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。

例3：某同學(xué)利用如圖5甲所示實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與合外力的關(guān)系,若M?m,可認(rèn)為小車受到的合力近似等于鉤碼所受的重力,通過對加速度和合力的測量,畫出了如圖5乙所示的a-F圖像。他不記得自己有沒有平衡摩擦力了,如果沒有平衡摩擦力,那么由圖像可得,動(dòng)摩擦因數(shù)μ=_________，小車質(zhì)量M=_________(F0、b、重力加速度g均已知)。

圖5

分析下列誤差出現(xiàn)可能的原因：(1)μ測>μ真；(2)μ測<μ真。

圖6

例4：某同學(xué)利用圖6所示的氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。在氣墊導(dǎo)軌上安裝光電門1、2,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過定滑輪與鉤碼相連。滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M,鉤碼質(zhì)量為m。

(1) 本實(shí)驗(yàn)需驗(yàn)證機(jī)械能守恒的對象是_________(選填滑塊、鉤碼和滑塊組成的系統(tǒng))_________，(需要、不需要)滿足M?m；

(2) 實(shí)驗(yàn)時(shí),測出光電門1、2間的距離為L,遮光條的寬度為d。由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門1、2的時(shí)間為t1、t2,則系統(tǒng)機(jī)械能守恒成立的表達(dá)式是_________；

(3) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),重力勢能的減少量ΔEp不等于動(dòng)能的增加量ΔEk,分析可能的原因：① ΔEp>ΔEk；② ΔEp<ΔEk。

點(diǎn)評：雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌?但是根據(jù)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)探究的思路與方法的指引,學(xué)生很容易就把握了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜齻€(gè)方面,即器材與操作、原理與方法、數(shù)據(jù)與結(jié)論,真正做到了遷移與應(yīng)用。

4 結(jié)語

在高考評價(jià)新體系“一核”“四層”“四翼”的框架下,髙考物理實(shí)驗(yàn)題一定會(huì)加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)真實(shí)技能的考査,一線教師應(yīng)該從理念認(rèn)識(shí)和教學(xué)行為方面盡早轉(zhuǎn)變,及時(shí)應(yīng)對,除了重新開放實(shí)驗(yàn)室供高三學(xué)生加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作技能與數(shù)據(jù)處理能力外,還應(yīng)在課堂教學(xué)中加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理方法等問題的深度理解,真正做到使物理實(shí)驗(yàn)成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要載體。