深度學習背景下高中物理實驗教學策略探究

摘 要：在新課改背景下，以往的教學模式已無法滿足學生的學習需求，這就要求教師做好對教學模式的優化創新，打造高質量的教學課堂，充分調動學生的主觀能動性，促進學科教學的高效開展。實驗教學作為高中物理教學的重要環節，通過開展探究實驗，教師不僅可以幫助學生驗證所學知識，還能培養學生的科學素養，使學生養成良好的學習習慣。由此，本文對深度學習背景下高中物理探究實驗教學進行研究，首先介紹了探究實驗對學生學習的重要性，隨后對具體的教學策略進行探究，以期推動物理教學的高效開展，為學生的全面發展奠定基礎。

關鍵詞：深度學習；高中物理；探究實驗

深度學習是建立在學生對知識的初級理解基礎上，以學科整合和遷移為目的，旨在達成核心素養目標的教學理念。在高中物理教學過程中，教師應從深度學習視角出發，對學生的學習現狀進行分析，找出影響學生學習效果的因素，并通過探究實驗引導學生物理思維的發展。通過這種方式，學生能夠在實驗的過程中加深對所學知識的理解，還能在教師的指導下有效調整自身的學習策略，促進深度學習，為后續教學質量的提高奠定基礎。

一、深度學習的特征

（一）主動性

從學習方式上來看，教育學領域中的深度學習更強調學生的深度思考，注重學生在學習過程中的主動性。其中，深度思考是深度學習得以實現的基礎，要求學生對知識進行深入探究，不斷挖掘知識的內在聯系和規律，而不是停留在表面的理解和記憶上[1]。主動性則是深度學習的驅動力，通過鼓勵學生積極參與學習過程，主動思考和探索，發現問題、解決問題。

（二）整合性

在物理學習過程中，深度學習理念不僅要求學生掌握基礎的理論知識，還需要學生做好對所學知識的整合，在此基礎上形成完整的知識體系，實現對物理現象、規律和原理的深入理解和綜合運用，為學生科學素養的培養奠定基礎。而通過探究實驗，學生可以更加直觀地感受到物理知識的實際應用價值和內在聯系，加深對知識的理解和記憶。

（三）遷移性

遷移性也是深度學習的重要特征，指學生通過學習，能夠將所學知識用于解決實際問題的過程中。對新課改下的物理教學而言，深度學習的遷移性主要表現在學生能夠將所學的物理知識和實驗技能遷移到其他學科的學習中，且能在日常學習及生活中運用跨學科知識解決問題，形成跨學科意識，使學生建立理論知識與實際生活之間的聯系，能夠為學生的職業發展打下堅實的基礎。

二、深度學習背景下高中物理探究實驗教學策略

（一）以深度學習為基礎，制定合理的學習目標

在深度學習背景下，物理教師需提前對實驗內容進行研究分析，根據學生的學習水平，合理制定教學目標，給予學生正確的學習引導。此過程中，教師應在明確實驗內容的基礎上，分析物理學科核心素養的主要內容，以使教學目標的引導作用得到充分發揮，促進后續物理實驗教學的順利開展[2]。同時，教師還要注重學習目標的探究性，引導學生主動探究實驗內容，以使學生通過實驗了解物理知識的本質。這不僅可以提高學生的思維能力，還能對其核心素養進行有效培養，促進學生的全面發展。例如，在學習人教版必修第一冊《實驗：探究小車速度隨時間變化的規律》這一課時，本實驗的原理為利用打點計時器獲取的紙帶信息，代入算式，以點為中心，計算一小段位移的平均速度，代替點的瞬時速度。此過程中，為使學生的學習更具針對性，教師可將教學目標設為：1.掌握打點計時器的使用方法，能夠正確處理紙帶數據。2.學會利用實驗數據測量瞬時速度的方式，并能正確應用圖像處理實驗數據，探究小車隨時間變化的規律。同時，在實際教學過程中，教師還可以引導學生進行小組合作學習，每個小組都需要按照實驗步驟，完成實驗設計、實驗操作、數據收集與處理以及實驗結論的總結。通過小組內的討論與合作，學生不僅可以互相學習、互相幫助，還能在共同解決問題的過程中加深對實驗內容的理解，提升對物理知識的應用能力。由此，通過合理制定學習目標，學生間的個體差異得到消除，還能使其在學習中提高自己的學習水平，實現深度學習的目標，為后續學生的學習發展打下堅實的基礎。

（二）基于實驗內容，科學設計問題

物理實驗教學涉及大量的概念、原理等知識，且對于學生的實踐能力要求較高。在這種情況下，教師若想提升學生的核心素養，實現深度學習目標，就需要對現行的實驗教學模式進行優化，堅持以學生為主體教學理念，科學設計教學問題，激發學生對物理知識的學習動力[3]。具體來說，教師可在實驗開始前對學生提出問題，讓學生帶著問題思考實驗內容，并結合具體的學習環境對題干進行調整，進一步激發學生的探究欲望，加強學生對物理知識的掌握。需要注意的是，對題目類型的設置應以開放題為主，注重培養學生的自主學習能力，只有這樣，學生才能養成良好的學習習慣，物理實驗教學也才能順利開展。例如，在學習人教版必修第一冊《牛頓第一定律》這一課時，教師就可以先引導學生復習上節課所學的內容，然后在講臺上放置一輛小車，施加推力使小車動起來。當小車停止運動后，教師可向學生提問“靜止的小車在接受推力后由靜止變為運動，待撤走該力后，車的運動狀態會如何？”經過觀察，有的學生發現車輛的行駛速度會在推力撤走后逐漸變慢，直至停下。對此，教師可引出本節課的教學問題“運動一定需要力來維持嗎？”隨后，教師讓學生利用手頭的實驗器材，如小車、斜面、毛巾、棉布等，自主設計實驗來探究這個問題。學生需要在教師的指導下，明確實驗目的、設計實驗步驟、觀察實驗現象并記錄數據，最后分析數據得出結論。通過這種方式，學生能夠帶著自己的疑問開展實驗，更加深入地理解牛頓第一定律，且這也可以實現對學生實驗設計能力的培養，有助于激發學生的探究欲望，為后續實驗教學的有序開展奠定基礎。

（三）引入信息技術，創新實驗模式

1.建設虛擬實驗室

虛擬實驗室指通過深度學習技術創設計算機模擬環境，讓學生通過虛擬實驗的方式探究物理現象，了解科學原理。從實際教學情況來看，學生可通過虛擬實驗室對各種物理實驗條件進行模擬，觀察現象并測量數據，而無須使用真實的實驗設備完成實驗。這不僅可以給學生提供真實的學習體驗，還能緩解部分學校資源不足、實驗開展受限的問題[4]。同時，在虛擬環境中，學生還可以進行危險性或成本較高的實驗，或是模擬不同條件下的實驗，幫助學生正確認識變量這一概念。這不僅可以擴大學生的實驗范圍，還能豐富學生的知識儲備，對其以后的學習發展有著重要積極的促進作用。例如，在學習人教版必修第二冊《行星的運動》這一課時，教師就可以應用信息技術組建虛擬實驗室，通過模擬行星的運動軌跡，直觀理解開普勒定律對行星運動的描述，使學生認識到“地心說”與“日心說”的不同。同時，教師還可以適度調整行星的運動參數，如初始速度、軌道半徑等，觀察行星運動軌跡的變化，并引導學生思考這些參數的變化給行星運動帶來的影響。由此，學生對開普勒定律的理解更加深入，還能掌握利用開普勒定律解釋天體運動的方式，這對其學習效果的提升有著重要的促進作用。

2.引入智能化實驗設備

在高中物理實驗教學過程中，學生可應用智能化實驗設備，自動收集實驗過程產生的數據，并對這些數據進行實時分析。同時，該設備還能追蹤數據的變化，生成可視化圖表及報告，以幫助學生理解實驗結果，達成既定的實驗目標[5]。從實際應用效果來看，智能化實驗設備的應用能夠有效減輕學生的實驗負擔，使他們能夠全身心投入實驗核心環節。而教師也可以利用該設備對學生的實驗過程進行分析，了解學生的不足及學習需求，在后續教學中根據他們的水平調整實驗條件，及時提供指導建議。通過這種方式，學生的實驗技能水平得到提升，還能通過分析實時反饋了解自身的錯誤，在后續學習中進行有效調整，提高學習過程的有效性。此外，智能化實驗設備還可以通過遠程監控及控制等功能，提高實驗過程的安全性，確保實驗條件的一致性，為實驗結果的可重復性提供保障。此外，教師還可以應用智能化實驗設備組織學生進行原創性研究項目，讓學生根據自身的興趣和專長，選擇研究方向，設計實驗方案，探索未知的物理現象，再利用智能化實驗設備收集和分析數據，最終得出研究結論。這不僅可以提升學生的實踐能力和創新精神，還能培養他們的科研素養和團隊協作能力，為他們未來的學習發展打下堅實的基礎。

（四）自主設計實驗，強化動手實踐能力

為確保高中物理實驗教學的有序開展，教師應指導學生自主設計實驗，充分發揮自身所學，完善實驗流程，這不僅可以激發學生的探究興趣，還能有效提高學生的實驗水平?；诖?，教師應堅持深度學習理念，在此基礎上給予學生正確的引導，使其全身心參與到物理實驗中。通過這種方式，學生能夠大膽思想、勤于動手，并在參與實驗的過程中得到更多收獲。此過程中，開放性實驗的設計不僅能滿足學生個性化學習的需求，還能促進學生創新思維和動手實踐能力的有效發展。例如，在學習人教版必修第二冊《實驗：探究平拋運動的特點》這一課時，教師就可以指導學生設計開放性實驗。首先，讓學生觀察斜向上拋出粉筆的運動軌跡，再讓學生觀察桌面上小球在掉落地下的過程中所做的運動軌跡。隨后，教師可引導學生對比分析這兩種運動軌跡的異同，并提問：“這兩種運動是否都屬于平拋運動？為什么？”在學生思考并給出答案后，教師可以進一步引導：“如何設計一個實驗來驗證猜想？”通過這一問題的引導，學生能夠在教師的指導下利用身邊的器材，如小球、斜面、刻度尺、秒表等，自主設計實驗方案，并通過描跡法、徑跡法等方式，測量高度、水平距離、記錄時間等信息，然后進行實驗操作，觀察實驗現象并記錄數據。

當數據收集完畢后，學生需要對數據進行處理和分析，找出水平位移與豎直位移之間的關系，并嘗試用數學公式進行描述。通過這種方式，學生不僅能夠深刻理解平拋運動的特點和規律，還能夠提高動手實踐能力和科學探究能力，有助于促進學生的全面發展。

（五）課后互動，深化對知識的理解

在以往的高中物理實驗教學中，教師通常在課后要求學生結合習題思考實驗內容，這種方式雖然可以提高學生的學習成績，但很難啟發學生思維，無法深化學生對知識點的掌握。同時，習題布置也會導致學生對物理學習產生抵觸感，不利于后續物理教學的有序開展?；诖耍處煈獔猿稚疃葘W習理念，注重學生學習熱情的培養，使其以積極的狀態投入實驗活動中，并通過課后互動對實驗過程進行總結分析，這不僅可以培養學生的高階思維，還能加深其對知識點的理解，有助于增強學生的實驗探究能力。例如，在學習人教版必修第二冊《實驗：驗證機械能守恒定律》這一課時，本實驗按照如圖所示進行，通過檢測從釋放點到某位置的重力勢能是否發生變化，驗證機械能守恒定律。具體而言，學生需要按照圖中所示安裝實驗器材，使用學生電源供電，并在接通電源前用手提升紙帶至打點計時器處。隨后，接通電源，再松開紙帶，讓該重物自由下落，關閉電源，再重復上述步驟2次，打出3張紙條。然后，測量并記錄紙帶上各點間的距離，特別是起始點到某點、、等的距離，以及相鄰兩點間的距離，通過公式求出對應點的瞬時速度，并利用這些數據確定物體在選定位置上的重力勢能和動能是否滿足機械能守恒定律。最后，拆除器材，整理臺面。在課后互動環節，教師可以引導學生對實驗過程進行反思和總結，討論實驗中的難點和易錯點，以及實驗結果與預期之間的差異。同時，教師還可以提出一些開放性的問題，如“如果改變重物的質量，實驗結果會有何變化？”或“如果在實驗中考慮空氣阻力和紙帶與打點計時器之間的摩擦力，應該如何修改實驗設計和數據分析方法？”通過對這些問題的探討分析，學生對物理知識的探究興趣得到充分激發，還能在教師的指導下提高自身的實驗水平，加深對機械能守恒定律等知識的理解，促進后續物理教學的高效開展。

此外，教師還可以利用互聯網搭建線上交流和討論的平臺，讓學生在這個平臺上分享自己的實驗過程和心得，提出自己的問題和困惑，并與其他同學和教師進行交流和討論。通過這種方式，學生不僅可以獲得更多的學習資源和學習支持，還能感受到自己在實驗教學中的參與，有助于調動學生的學習積極性，深化其對知識點的理解和掌握。

結束語

在當前的高中物理教學中，教師應對現行的教學模式進行優化調整，結合實際需求創新教學模式，推動深度學習理論的全面落實，為后續教學工作的高效開展打下堅實的基礎。由此，本文對深度學習背景下的高中物理實驗進行研究，首先探討了深度學習在實驗教學中的應用，隨后提出了合理制定教學目標、科學設計問題等策略，以充分發揮物理實驗教學對學生成長的促進作用，為后續學生的全面發展打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]冒建峰.高中物理實驗教學中深度學習的有效應用[J].數理天地（高中版），2023（14）：75-77.

[2]趙芹.指向深度學習的高中物理教學模式研究[J].家長，2023（20）：82-84.

[3]王啟超.深度學習視域下的高中物理實驗教學探析[J].數理天地（高中版），2023（6）：68-70.

[4]李志云.指向深度學習的高中物理實驗教學探討[J].中學物理教學參考，2023，52（5）：1-3.

[5]張曉希.深度學習視域下的高中物理實驗教學對策[J].中學理科園地，2022，18（4）：16-18.