深度學習視域下的高中物理實驗教學對策

張曉希

摘? ?要：在高中物理實驗課堂中，通過深度學習理念的引入，合理制定實驗教學對策，可以使得學生更好地主動參與到實驗學習中，并且有助于學生科學思維水平的提高和科學探究能力的提升。

關鍵詞：深度學習;高中物理;實驗教學;伏安法測電阻

引言

在強調通過高中階段物理教學發展學生的物理學科核心素養的今天，如何制定教學對策，以便更好挖掘學生思考的深度、廣度，以及激發學生的學習興趣尤為重要。在這一時代背景下，深度學習越來越為教育界所重視。

1? 深度學習的特征

教育學中的深度學習是指學習者在理解的基礎上，全身心地投入，對各種新思想及事實進行批判性學習，將新知識融入到學習者自身原有的知識體系中，實現各種不同類型思維的聯系及融合，高階認知并主動參與的一種獲得感強烈的學習活動過程。有別于傳統的機械式學習，深度學習主要具有以下幾個方面的特征。

1.1? 從學習方式上看，深度學習是一種主動式的學習

深度學習一詞源于人工智能領域，本意是指機器人的一種有別于傳統機械式運算記憶的、融入“思考”“進步”的全新學習方式。教育學中的“深度學習”一詞，強調學習者的深度思考和帶有強烈動機的主動學習[ 1 ]。

深度思考是深度學習的基礎，而判定學習者思考水平高低的標準之一就是其問題意識是否濃厚。在傳統的機械式學習中，學習者往往流于被動接受知識，其思考模式處于類似于“來料加工”的較低水平，對知識點的掌握水平僅僅停留在記憶的程度，甚至為數不少的學生處于合上課本后既不能復述知識、更遑論理解乃至應用知識解決實際問題的“無學習”狀態。而深度學習的學習者在學習過程中，由于其帶有強烈的主動學習的學習動機，而能夠基于深度思考提出有價值的問題，進而基于問題解決對所學內容進行科學探究。

1.2? 從學習過程上看，深度學習注重知識間的拓展與聯系

在傳統的學習過程中，學習者往往“就事論事”，將所學知識點視作一個個孤島，沒有辦法將知識內化形成系統的知識體系。另外，學習者在進行傳統習慣下的學習過程中，其思維過程容易只是停留于大腦中，無法具象化對外呈現，這將不利于學習者回顧其思維過程、完善知識架構以及發現自身邏輯思維的不足。

在深度學習的學習過程中，學習者注重知識間的拓展與聯系，具有利用工具實現思維外顯的意識。學習者能夠在深度思考的基礎上，主動尋求對核心概念的理解和對知識的協同建構。同時，與淺層學習相比，深度學習的學習者自主學習能力較強，能夠學會主動利用各種工具來顯化自己的思維過程，對獲取的新知識進行深度加工。學習者對知識能夠從了解到理解到分析到綜合運用，達到高階思維層次。

1.3? 從學習情感上看，深度學習注重學習者的獲得感與參與感

按照現代建構主義教學理論的觀點，學生在學習過程中自我構建的程度的高低極大地影響了學生最終的學習成果的好壞，而其在學習過程中體會到的獲得感則構成了學生學習時主動進行自我構建的基本動力。在獲得感的“加成”下，學生得以體驗到一種自我實現的內在滿足，進而有助于培養起效率意識和自主意識，從而促進其個性化的成長和創造性思維的產生。

在深度學習的氛圍中，學生更容易圍繞具有挑戰性的學習主題，在輕松平等的氛圍內進行自由思考，在理解知識的前提下擴展思維，主動學習并解決問題。因為深度學習中的問題更具有挑戰性，更容易激發學生的學習興趣，在學習過程中學生也更容易通過自發的研究型學習而獲得更多的獲得感與參與感。

2? 深度學習理念引導下的高中物理實驗教學對策

物理是一門基于觀察和實驗的自然科學領域的基礎學科。高中物理課程宗旨在于落實立德樹人根本任務，進一步提升學生的物理學科核心素養[ 2 ]。高中物理教學需要通過合理的情境設置、適當的問題提出來培養學生的科學思維和科學探究能力等學科核心素養。其中，高中物理實驗因其基于生活中的真實情境、便于引導學生圍繞一個中心問題展開推理分析和科學實踐等特征而特別有利于培養學生的物理學科核心素養，從而在整個高中物理課程中占據了相當重要的地位。

在高中物理實驗教學中，按照實驗任務推進的順序，可以在以下幾個方面借助于深度學習理念形成更加便于培養學生物理學科核心素養的高中物理實驗教學對策。

2.1? 課前深度預習，培養問題意識

如前文所述，深度學習的特征之一在于學習者在學習過程中體現出的主動性。深度學習的學習者往往能夠通過主動深度思考，挖掘出知識點背后的關聯性，以及從普通生活情境中提煉出物理情境、并進一步發掘出值得研究的有價值的問題。當學習者帶著深度學習的理念進行課堂前的預習時，其預習的深度和效度無疑將大大優于普通學習者。

傳統高中物理實驗課堂往往囿于高考壓力，呈現出學生題目練習多、自主思考少的特點。學生甚少帶著思考過的問題進入實驗課堂，而往往僅僅滿足于對教師所教授的實驗目的、操作步驟和常見誤差分析等知識點的簡單記憶。

在深度學習理念引導下，教師可引導學生在真正進入實驗課堂之前先進行深度預習，這有別于傳統學習模式下對實驗報告的簡單抄寫，而是在明確相關物理原理的前提下，安排學生進行任務式學習，以環環相扣的問題串代替傳統實驗報告的“一、二、三”分點設計，引導學生在主動思考的學習模式下，對實驗的原理、實驗步驟的初步設計、實驗目的的達成等進行自主的有深度的思考工作，提出值得研究的實驗設想并做出合理的假設。通過合理的深度學習，學生提出了有價值的問題;在深度學習理念引領下的實驗預習的實踐中，其問題意識得到了提升。

2.2? 課中完善實驗，形成高階思維

深度學習的學習者在學習過程中格外注重知識點間的拓展與聯系，他們能夠在主動深度思考的前提下，自發挖掘知識點間的聯系和區別，主動建構知識模塊間的網絡體系。

相比于傳統學習模式的學習者，深度學習的學習者能夠從自身性格特點和學習特點出發，尋找合理的思維外顯工具，如思維導圖等，來將學習過程中自身的思維過程進行可視化的記錄，從而使之成為一份可回溯的、有利于學習者在學習過程中不時回顧以及學習過程結束后能夠用來進行反思和思維提升的有價值的資料。

在傳統高中物理實驗課堂中，學生可能因考試壓力而對教師所授內容亦步亦趨，既無此思維習慣、也無此時間精力能夠聯系本節實驗內容與前面所學相關章節知識之間的聯系。而在深度學習理念指引下，學生將通過再思考和再建構，針對實驗相關的其他知識點進行知識框架整合，對自己在預習環節所提出的實驗假設及初步設計方案進行再修正和再完善。

同時，學生可以利用思維導圖等工具，將自己通過主動深度思考而設計得出的實驗原理、問題解決過程、實驗步驟等加以可視化的呈現，從而使自己在實驗課堂中的思維再深化得到有力抓手。

這樣，學生通過深度學習理念的植入，使得實驗的過程不再只是簡單的模仿與應試，而是在主動的、關聯性的深度思考過程中，實現科學思維的深化和拓展及高階思維的培養。

2.3? 課后深度互動，促成過程互助

受限于課程知識容量和應試壓力，傳統的高中物理實驗課后學生往往只是針對習題進行思考，并不能很好地真正受到實驗的啟發而對相關知識點取得更加深層的認知;同時也容易因為學習方式、學習工具的單調性，而使得傳統的高中物理實驗課后學習難以激發學生學習興趣，從而影響學習效果。

另一方面，深度學習的特征之一就是易于使學習者通過主動學習，找到有價值的、且存在濃厚興趣的問題，并加以有價值的思考。如果教師能夠充分挖掘深度學習所激發的學生的濃厚學習興趣，就能引導學生在實驗課后對課上實驗設計、操作步驟乃至誤差分析等進行進一步的分析學習，從而對知識點取得更深的認識、使自己的科學思維水平和科學探究能力得到進一步的提高。

在實驗課后，教師可以通過牽頭學生組成學習互助小組的方式，利用同伴效應，鼓勵學生針對實驗課堂中的某個實驗方案、某個操作步驟、或實驗中出現的某種誤差現象，通過討論和再實驗等方式，挖掘出具有挑戰性的問題，并圍繞這一問題進行再討論和再實驗的深度學習活動。在學生組隊進行深度再學習和再認知的過程中，學生可以感受到身邊同伴的積極思考所帶來的正面效應;在和同伴的討論乃至辯駁中，學生也將由于真正參與了思考與再認知而獲得獲得感和愉悅感等情感收獲[ 3 ]。

3? 深度學習理念引導下的高中物理實驗教學活動設計

下面以高中物理教材必修第3冊中“測量金屬絲的電阻率”這一實驗為例，對深度學習理念引導下的高中物理實驗教學活動做一設計。

3.1? 環節一：課前深度預習，厘清實驗原理

在課前，教師可在發放的相關導學案中，通過一系列并列式及遞進式的問題串，引導學生對本實驗的原理進行思考及設計。

如，教師可先設置第一層次的問題，引導學生回顧之前學習過的伏安法測電阻的思路，幫助學生進一步意識到該方法是對電阻的比值法定義式R=的具體應用之一，可用于本實驗中金屬絲電阻值的測量;同時回顧電阻的決定式R=ρ，由以上二式確立本實驗中測量金屬絲電阻率的基本思路即利用伏安法測出其電阻值，再利用電阻決定式反求出其電阻率。

進而設置第二層次的問題，引導學生回顧之前學習過的伏安法中電流表的內接及外接法，以及兩種接法的誤差產生原因，進而引導學生通過觀察器材銘牌，發現本實驗中所用金屬絲阻值較小，應使用電流表的外接式接法;同時引導學生回顧滑動變阻器的分壓式及限流式兩種接法，通過問題串的設置，引導學生對本實驗中采用上述兩種接法時待測金屬絲兩端電壓的可調節范圍進行估算，進而發現采用限流式接法可以滿足實驗需求，同時培養學生的估算能力。

至此，教師通過問題串的設置，無形中引導學生進行了深度學習理念下的深度預習，對本實驗的測量原理、電路設計都通過其自身自主思考，有了初步認知。學生通過對教師層層設問的思索與回答，實驗設計逐步成型，在完成任務的過程中其設計實驗的能力、以及對實驗器材的選用能力都得到了提高。

3.2? 環節二：課中完善實驗，建構知識框架

在實驗課堂中，教師可引導學生在早先深度預習的基礎上進行實驗，并通過可視化工具如思維導圖等對相關知識點進行框架梳理（圖1），從而實現實驗學習中的知識深度整合，化機械操作為自主思考、化盲目解題為解決問題。

3.3? 環節三：課后深度互動，拓展測量思路

課后，教師可引導學生利用學習互助小組進行針對本實驗的設計思路等的再思考和再拓廣，通過對本實驗相關知識點的挖掘，進一步提高學生對實驗原理的理解、以及實驗設計能力。

例如，教師可以引導學生思考：如果實驗中所給的電壓表或電流表量程不符合實驗測量的要求，比如量程過小，我們可以怎樣利用實驗室里的器材進行改造？通過學生的思考討論，其對電表的改裝問題的理解將再進一步加深。

又如，教師可以引導學生討論：既然電流表的分壓效應、電壓表的分流效應是造成伏安法測電阻中的電流表內、外接法誤差的原因，那么可以如何利用單刀多擲開關等，通過多次測量來消除電表所造成的誤差？這實質上是在引導學生對二次測量法進行思路挖掘。

教師也可以引導學生這樣思考：假如實驗室中不能同時提供電流表及電壓表，但同時可提供電阻箱，那么可以怎樣在只有一只電表的情況下進行實驗？這實質上是引導學生架構安阻法、伏阻法的測量思路。

再如，教師可以引導學生思考這樣一系列問題：在待測部分兩端電壓不變的情況下，如果在待測電阻旁邊多串聯一個等值電阻，則電流表示數將如何？（半偏法）;如果將待測電阻進行替換，發現電流表示數不變，說明了什么？（替代法）;如果電流表示數變為原先的三分之一，說明了什么？（比例法）

思路再演進，利用比例法的原理，教師可以再設問，引導學生理解電阻測量中電橋法的使用原理。進一步，針對優秀學生，教師甚至可以再給出補償法電路圖，引導學生進行電路的分析與鑒賞。

通過上述的一系列發問，學生在課后在完成了本實驗相關的數據處理及誤差分析之外，更以小組互助討論學習的方式，通過深度思考，實現了知識框架的再擴展與再融合，其本節課的實驗學習不再僅僅是一個孤島，而更是從其原有知識體系中延展出的一個新的節點。

4? 結語

高中物理實驗教學因為物理學科本身的基于觀察和實驗的屬性，以及需要在思考中提升科學思維、在實踐和檢驗中培育科學探究能力的學科特性，而被賦予了高中物理教學體系中十分重要的地位。深度學習因其帶有學習者強烈的學習動機和學習者深度思考的特征而在近年來倍受教育界推崇。

在高中物理實驗教學中，若能引導學生進行深度學習，將能使學生：在課前通過深度預習實現對實驗目的的提前明確、在對實驗方案的設計過程中對實驗內容獲得更加深層的認知;在課中通過深度思考和發散性思維的運用，通過合理選擇工具顯化思維，從而能夠對實驗原理有進一步的認知，并在實踐過程中通過再思考和再修正，提升科學探究能力;在課后通過深度學習主動思考給學習者帶來的獲得感和愉悅感，使學生更易于挖掘有價值的問題并加以研究，從而提升其科學思維水平。

參考文獻：

[1] 張僑平，陳敏，金軒竹. 理解深度學習 促進深度教學[J]. 教育科學研究，2021（4）：50-54.

[2] 中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（2019版）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[3] 馬旭紅. 基于核心素養下的物理實驗中探究能力培養的幾點思考[J]. 科技資訊，2020（17）：228-229.