指向深度學習的初中物理實驗教學

張禮寶

【摘要】本文探討初中物理實驗教學中存在的困境和如何通過深度學習的方法進行改進，以大氣壓強教學為例.當前的實驗教學中存在實驗器材短缺、缺乏科學探究過程、學生長期處于淺層學習和缺少實操機會等問題.為了解決這些問題，本文提出一個基于深度學習的六步教學模式，包括創設情境、觀點辯駁、重新審視、實驗釋疑、提取概念和學以致用.這種模式鼓勵學生在實際情境中應用知識，激發學生的好奇心和探索欲望，從而提高學生的學習深度和實際應用能力.

【關鍵詞】深度學習；初中物理；實驗教學

物理實驗教學一直是初中物理課程中的重要組成部分，但在實際的教學過程中，我們發現很多學生并不能從中獲得深刻的學習體驗.他們往往停留在表面的驗證性實驗上，缺乏對深層次知識的探索和理解.特別是在大氣壓強這樣的基礎知識點上，如何引導學生進行深入的學習和思考，成為每一位物理老師面臨的挑戰.

1 初中物理實驗教學存在的困境

1.1 實驗器材短缺，實驗設備不齊全

實驗器材的短缺和設備的不齊全成為制約實驗教學深入發展的首要因素.許多初中由于資金、場地或其他各種原因，往往無法配備全套、高質量的物理實驗器材.在一些條件相對較差的學校，學生們甚至很難見到標準的實驗設備，更不用說進行完整的物理實驗了.這種狀況直接導致了學生只能通過觀看教師的演示或者通過圖文方式來“間接”學習實驗，極大地降低了實驗教學的真實性和參與感.

1.2 以驗證性實驗為主，缺乏科學探究過程

當前的物理實驗教學方式仍然存在一種以驗證性實驗為主的傾向.簡而言之，這種教學模式只是要求學生按照固定的步驟和方法，驗證某個已知的物理定律或原理，而不是鼓勵他們自己探索和發現.這種驗證性實驗雖然可以幫助學生直觀地理解物理知識，但它并沒有真正培養學生的探究精神和實踐能力.

1.3 長期處于淺層學習，質疑精神不足

近年來，淺層學習的現象在初中物理教學中越來越明顯.學生往往滿足于僅僅記住或者理解教科書上的知識，而沒有深入探究和思考.這種淺層學習的現象，不僅限制了學生的學習深度，也讓學生失去了真正掌握和應用知識的能力.而在實驗教學中，這種淺層學習的現象尤為明顯.由于缺乏深入的實踐和探究，學生們往往不能真正理解和掌握實驗的內涵，僅僅停留在操作表面.

1.4 缺少實操機會，對實驗的期望值銳減

在當前的初中物理實驗教學中，由于各種原因，學生很少有機會真正參與和操作實驗.這不僅限制了他們的實踐能力，也使得他們失去了對實驗的興趣和期望.當實驗教學變得機械和刻板，而不是充滿趣味和探究時，學生往往會感到厭煩和失落.

缺少實操機會意味著學生無法真正體驗和感受實驗的樂趣和價值.長時間地觀察和模仿，而沒有真正的參與和實踐，使得他們對實驗失去了信心和期望.更為嚴重的是，這種缺乏實操的實驗教學方式，也使得學生對物理學科產生了誤解和偏見，認為它是一個枯燥和無趣的學科.

2 深度學習下物理實驗教學六步教學模式

在當前初中物理實驗教學面臨的困境下，一個新的、結合深度學習理念的六步教學模式被提出.以大氣壓強教學為例，我們可以設計一個關于“飲料罐的內外壓差”實驗來具體演示這一模式.

2.1 創設情境

情境描述：在一個普通的下午，學生小明在喝完汽水后，突然發現他可以輕易將飲料罐壓扁.他很好奇為什么飲料罐這么容易就被壓扁，難道與其中的大氣壓強有關？

通過這個簡單的日常生活中的情境，學生們可以迅速建立起對大氣壓強的初步認識和好奇心.情境的創設不僅可以激發學生的學習興趣，還可以幫助他們更好地理解和掌握知識.

在創設情境的階段，教師應該盡量選擇學生熟悉和感興趣的日常生活情境，使得學生能夠快速進入學習狀態，并對知識產生好奇心和求知欲.同時，教師還可以根據學生的實際情況和背景，靈活調整和設計情境，確保每一個學生都能得到充分的啟發和激勵.

2.2 觀點辯駁

在“飲料罐的內外壓差”實驗創設的情境之后，學生們已經對大氣壓強有了初步的認識.但如何確保他們真正理解并掌握這一概念呢？觀點辯駁階段是一個極好的方式，可以進一步深化學生們的理解.

當小明提出他對于飲料罐輕易被壓扁的原因的想法后，教室里的觀點開始分化.有的學生認為，飲料罐被壓扁是因為小明施加的力量很大；有的學生則覺得，是因為罐內的液體被喝完后，大氣壓使得罐子被壓扁；還有的學生提出，可能與飲料罐的材料脆弱有關.面對這些不同的觀點，教師鼓勵學生們開展一次辯論.小明和支持他的觀點的同學組成一組，他們堅信大氣壓是主要原因.而持有其他觀點的學生組成另外的小組.

在辯論開始前，每組學生都有一段時間來準備他們的論據.他們需要收集證據，設計實驗或者查找資料來支持自己的觀點.在辯論中，每個學生都有機會發言，提出他們的觀點并回應對方的質疑.

教師在這個過程中起到引導和裁判的角色.他會指出每個觀點的優點和缺點，幫助學生們更深入地理解大氣壓強的概念.同時，教師還會鼓勵學生們提問、挑戰和反思，確保他們能夠從多個角度看待問題.

觀點辯駁的過程不僅可以幫助學生們深化對大氣壓強的理解，還可以培養他們的批判性思維和溝通能力.在辯論中，學生們需要學會如何表達自己的觀點，如何回應對方的質疑，以及如何基于事實和證據來構建論據.這些都是21世紀的關鍵能力，對學生們的未來學習和職業發展都有著至關重要的意義.

2.3 重新審視

經過激烈的觀點辯駁，學生們的思路變得更加清晰，但也可能產生了一些新的疑惑和問題.這時，“重新審視”這一步驟變得尤為重要.它意味著學生們需要回到原始實驗，重新觀察、分析并思考，以便從一個更深入、更全面的視角來理解大氣壓強的概念.

在“飲料罐的內外壓差”實驗中，學生們決定重新進行這個實驗，但這次他們會更加細致地控制實驗變量，更加仔細地記錄數據，更加客觀地分析實驗結果.

首先，他們決定使用幾種不同材料和厚度的飲料罐來測試是否材料和厚度對罐子被壓扁有影響.其次，他們還決定測量每次施加的力量，以此來確定力量對實驗結果的影響.

在重新審視的過程中，教師鼓勵學生們提出自己的假設，并基于這些假設設計實驗.同時，教師還提醒學生們注意實驗中可能出現的誤差，以及如何控制和糾正這些誤差.

經過幾次實驗，學生們發現，盡管飲料罐的材料和厚度對實驗結果有一定的影響，但大氣壓強確實是導致飲料罐被壓扁的主要原因.同時，他們還發現，當飲料罐內的氣壓低于外部大氣壓時，飲料罐更容易被壓扁.

這一次的重新審視，不僅幫助學生們深化了對大氣壓強的理解，還培養了他們的實驗設計、數據分析和批判性思維能力.更為重要的是，學生們在這個過程中學會了怎樣對待錯誤和失敗，怎樣基于事實和證據進行思考，以及怎樣與他人合作和交流.

2.4 實驗釋疑

在深入的學習過程中，實驗釋疑成了一個核心環節.對于學生來說，無論是觀點辯駁還是重新審視，他們都可能會遇到一些難以解決的疑惑和問題.這時，結合實際的實驗操作來解答和澄清這些疑惑，既能增強學生對知識的理解，又能培養他們的實際操作能力.

繼續“飲料罐的內外壓差”實驗，學生們提出了一些新的疑惑.例如，為什么罐內的氣壓會低于外部大氣壓？以及，大氣壓的大小如何影響飲料罐被壓扁的程度？

為了解答這些問題，教師決定引入一些輔助的實驗設備，如氣壓計和真空泵.首先，使用真空泵可以幫助學生們直觀地看到當飲料罐內部的氣壓逐漸減小時，罐子是如何逐漸被壓扁的.而氣壓計則可以用來測量并顯示飲料罐內部和外部的具體氣壓值，從而幫助學生們更清晰地理解大氣壓的作用.

在實驗過程中，學生們需要按照科學方法操作，記錄實驗數據，分析實驗結果，并與之前的觀點和假設進行對比.他們不僅會發現大氣壓的強大作用，還會更加深入地理解大氣壓是如何產生的，以及它是如何影響我們日常生活中的各種現象的.教師在這個過程中起到的角色是指導和引導.他會確保學生們正確地操作實驗設備，確保實驗的安全和有效，同時還會鼓勵學生們提出自己的觀點，發現和解決實驗中的問題.

2.5 提取概念

2.5.1 學生表述概念，教師梳理修正

在經歷了前面的實驗操作和討論后，學生們對于大氣壓強已經有了一定的認識和理解.教師此時可以邀請學生們用自己的話來表述他們對大氣壓強的理解.例如，一位學生可能會說：“我認為大氣壓強就是空氣對物體的壓力.”而另一位學生則可能會提到：“大氣壓強與高度有關，海拔越高，大氣壓強越小.”

面對學生們多樣化的答案，教師的任務是梳理和修正.他可以指出每個答案中的正確之處，也可以提出需要改進或者補充的地方.例如，教師可以補充說：“大氣壓強不僅與高度有關，還與溫度和濕度等因素有關.”

2.5.2 構建知識體系，強調知識整合

提取出大氣壓強的概念僅僅是開始.真正的挑戰是如何將這個概念融入學生已有的知識結構中，使其與之前學到的知識點形成有機連接.對于初中學生來說，他們在學習的過程中可能已經接觸過與大氣和壓強相關的一些基礎概念.例如，學生們在課堂上可能已經學習過氣體是如何充滿容器的，這與大氣如何在地球周圍形成壓強是相互關聯的.他們可能還了解到，山頂上的空氣比海平面上的稀薄，這可以解釋為什么登山者在高山上會感覺呼吸困難.

通過這樣的引導和整合，學生們不僅可以更深入地理解大氣壓強這一概念，還可以在整個知識體系中找到它的位置，進而形成一個完整、有邏輯的知識結構.

2.6 學以致用

2.6.1 將知識運用到日常生活

大氣壓強這一概念在我們日常生活中有諸多應用，這為學生提供了一個寶貴的機會，使他們能夠將所學與實際生活相結合.例如，為何不封口的飲料瓶在高海拔地區打開時會“嘶嘶”作響？為何橡皮泵可以吸起水或其他液體？這些現象背后都與大氣壓強有關.

教師可以組織一些小組活動或實地考察，讓學生親自探索并發現生活中與大氣壓強相關的現象.這樣的親身體驗會讓學生更加深刻地理解知識，并激發他們學習物理的熱情.

2.6.2 跨學科的應用

除了日常生活中的應用，大氣壓強這一概念還與其他學科有所關聯.例如，在地理學中，學生可以研究大氣壓強如何影響氣候和天氣.在生物學中，他們可以探討高海拔地區動植物如何適應低氣壓的環境.教師可以與其他學科的老師合作，設計一些跨學科的項目，讓學生在不同的背景下應用他們對大氣壓強的理解.

3 結語

物理作為一門探索自然現象的學科，其魅力在于解釋和應用.通過深度學習的六步教學模式，我們不僅可以幫助學生克服傳統實驗教學中的困境，還可以激發他們對物理學的熱愛和好奇心.讓學生從實際情境中獲得知識，從探索和實踐中建立自己的知識體系，這是每一位物理教師的責任和使命.

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