“情境問題探究式”深度學習下高中物理實驗課堂構建分析

【摘 要】 近幾年來，物理教學課堂逐漸邁入全新的發展階段，教學目標也逐漸朝著新的方向發展。在新課標、新高考不斷落實的背景下，教師需要探索全新的教學途徑，以使教學活動質量得到根本上的提升。基于此，文章從高中物理實驗課堂教學工作的現狀出發，結合實際的實驗教學案例，明確具體的教學思路和教學策略，力求讓教學效果和教學質量得到最大限度的提升，同時確保高中物理核心素養的培養目標得以落實。

【關鍵詞】 情景問題；探究學習；深度學習；高中物理

一、“情境問題探究式”深度學習下的課堂構建方向

“情境問題探究式”深度學習對于高中物理實驗課堂的構建具有重要意義。這種學習模式強調學生在真實的或模擬的情境中，通過自主探索和合作解決問題，從而深入理解和掌握物理知識。

（一）情境問題融合

在物理教學中，教師應充分利用新教材的特點，在新課的導入部分設計富有情境的問題。在預習階段，鼓勵學生閱讀教材，展開自我提問與答辯，引導學生自主發現問題，激發學生學習欲望。在課堂上，借助小組討論與答辯的方式解答學生預習問題，在這個過程中，學生的認知沖突得以顯現，配合教師的引導，得以進一步引發學生的探索欲望。在探究新知識時，教師可以有意識地指導學生進行實驗觀察、數據整理與內容歸納，讓學生自己在物理實驗中，通過對比分析得出勻變速直線運動的核心內容，從而加深學生對知識的理解，提高知識的應用能力。

（二）培養深度思維

在實驗課堂中，教師可以設定與現實生活緊密相關的物理情境，如物體運動、電路問題等，然后提出一系列引導性的問題，激發學生對物理現象的好奇心和探究欲。學生通過實驗操作、數據收集和觀察分析，逐步解答這些問題，不僅能夠加深對物理原理和實驗方法的理解，還能培養科學思維和解決問題的能力。教師應引導學生在科學探究過程中系統地構建自己的知識體系，鼓勵學生通過自我問辯、師生問辯來提出問題，再通過實驗觀察與深度學習來分析問題小組討論與答辯成為學生總結與解決問題的有效途徑之一。在這一過程中，教師應有意識地強調和引導學生在不同情境中學會應用機械運動與物理模型來判斷、理解和掌握機械能守恒定律的基本原理，進而培養學生的實驗操作能力、觀察能力和數據分析能力，以此最大限度地引導學生逐步掌握科學的物理思維方法。

（三）持續反思進步

深度學習不僅僅是對知識的深入探索，更是一種對學習方式與思維的持續反思。“情境問題探究式”學習還有助于提升學生的創新意識和實踐能力。在實驗過程中，學生需要主動思考、設計方案、動手實踐，這種主動的學習方式遠比被動接受知識更加有效。同時，學生在探究過程中可能會遇到新的問題和挑戰，這要求他們不斷調整策略，優化方案，從而鍛煉了他們的創新思維和解決問題的能力。在“情境問題探究式”課堂中，教師還需要幫助學生不斷回顧自己的學習過程，思考自己在問題解決中的得失，以便在下一次的學習中加以改進。同時，教師也需要重視學生的反饋，通過定期的教學評價與反饋機制，及時了解學生的學習情況與困惑，為學生提供更加個性化的指導與幫助。

二、深度學習下“情境問題探究式”課堂的構建策略

（一）創設生活化的實驗情境

“情境問題探究式”深度學習的首要任務是創設真實、有意義的實驗情境。真實的實驗情境有助于學生形成對物理現象的直觀認識，為后續的問題探究和深度學習奠定基礎。這意味著教師需要結合學生的實際生活經驗和認知水平，設計貼近現實、能夠引發學生興趣的實驗場景。通過真實的情境，學生可以更好地將物理知識與日常生活相聯系，從而提高學習的積極性和主動性。生活化的實驗情境可以讓學生將所學知識與現實生活相聯系，培養其運用物理知識解決實際問題的能力。例如，在探究變壓器原副線圈電壓與匝數的關系實驗前，教師可先做如下的情景創設來引入：讓全班同學手拉手，第一個和最后一個學生手握副線圈兩端形成閉合回路，在原線圈處接通或斷開與一節干電池的連接，利用變壓器原線圈通、斷電感應副線圈產生電壓來電擊學生。逐漸增大原副線圈匝數比，再讓學生體驗電擊的不同感受，以引起他們探究的熱情。又如，在完成光學實驗后，教師可以讓學生探討如何利用光學原理解決日常生活中的照明問題或設計新型的光學儀器等。

（二）設計探究性的問題鏈條

在真實的實驗情境基礎上，“情境問題探究式”深度學習要求教師根據不同的教學環節設計探究性的問題鏈條，引導學生從表象到本質、從簡單到復雜地逐步深入探究物理問題。這不僅能夠鍛煉學生的思維能力，還能培養其分析問題和解決問題的能力。教師需要根據實驗目標和學生的知識水平，提出一系列由淺入深、層層遞進的問題，引導學生逐步深入探究物理現象和原理。以電磁感應實驗為例，教師可以設計以下問題鏈：（1）詢問學生“什么是電磁感應現象？”以引出實驗主題；（2）提出“哪些條件下會產生電磁感應現象？”以引導學生思考實驗條件；（3）進一步探討“電磁感應現象中產生的電流方向與什么因素有關？”以深化學生對實驗原理的理解；（4）可以讓學生自行設計實驗方案來驗證其猜想，培養其科學探究能力。

（三）引導學生進行深度學習

“情境問題探究式”深度學習不僅需要教師創設出真實、有意義的實驗情境、設計出探究性的問題鏈，還需要引導學生進行深度學習。可以說，在“情境問題探究式”深度學習中，引導學生進行深度學習是最終目的。為實現深度學習，教師需要在實驗課堂上給予學生充分的自主學習和探究空間。尤其是在問題提出后，教師需要給學生留出充足的自我思考空間，并借助小組合作、討論交流等方式，鼓勵學生積極參與到實驗過程中來，自主設計實驗方案、收集和分析數據、得出結論并進行反思。同時，教師還可以提供必要的指導和支持，幫助學生解決實驗中遇到的問題和困難，并找出實驗中存在的問題。

三、深度學習下“情境問題探究式”課堂的實踐案例

“情境問題探究式”深度學習在高中物理實驗課堂的構建中，能夠顯著提升學生的學習效果和科學素養。它不僅幫助學生更好地理解和掌握物理知識，還培養了他們的創新思維和實踐能力，為他們未來的學習和職業發展奠定了堅實基礎。因此，這種學習模式應該在高中物理實驗教學中得到更廣泛的應用和推廣。

（一）情景引入

通過“鐵球碰鼻尖”小游戲導入，讓一名學生到講桌前，利用單擺將小鐵球幾乎貼到學生鼻尖（但不接觸），拉開一定角度后放手，鐵球并未碰到鼻尖。但學生仍會不自覺地躲閃，表現出對“機械能守恒”的不信任。

（二）問題設置

問題一：為什么鐵球沒有碰到同學的鼻尖呢？通過情景導入，激發學生的學習興趣，引導學生尋找現象中的物理規律，幫助學生建立科學探究的動機。

問題二：機械能守恒的前提是什么？想一想有哪些過程滿足這一條件？

學生回答：自由落體，物體在光滑斜面上下滑，用細線懸掛的小球擺動……

教師引導：以上實例在實際操作中均存在阻力，哪些方案可以減小阻力影響呢？

針對過程中空氣阻力、摩擦阻力可否忽略的問題，培養學生嚴謹思考，在處理問題時抓住主要矛盾，合理忽略次要因素進行模型構建的科學思維能力。

問題三：如何設計實驗來驗證你所選擇的過程中機械能是否守恒呢？學生分組討論，得出結論。

（三）設計探究方案

要完成你設計的實驗，你認為需要利用什么器材？如何設計此實驗？需要測量哪些物理量？請你把自己研究的方案寫出來并與同組同學交流，最終制訂本小組探究方案。

（四）展示方案

1. 說明設計原理和思想。

2. 說明具體如何測量相應物理量。

3. 說明如何處理所得數據，并得出結論。

（五）實驗實施

1. 實驗目標和實驗器材

為確保實驗的豐富性和可視化效果，精心選擇以下實驗器材：重錘、打點計時器、毫米刻度尺、鐵架臺等，用以完成自由落體機械能守恒驗證實驗；借助氣墊導軌（帶有刻度）、滑塊、數字計時器、光電門、擋光條研究沿斜面下滑物體的機械能。

2. 詳細實驗步驟與內容

（1）自由落體實驗探究

為深入探究小球在自由落體過程中的動能與勢能轉換，教師應設定明確的問題：在小球自由下落時，其動能和勢能是如何進行轉換的？這一過程中機械能是否保持恒定？引導學生利用打點計時器精確記錄小球下落的高度和時間。通過多次重復實驗，學生收集到一系列詳盡的數據，為后續的數據分析提供堅實的基礎。在這一階段，需要學生深入分析小球下落過程中動能和勢能的轉換機制，以及這種能量轉換是如何體現機械能守恒的。這一過程不僅要求學生具備扎實的物理基礎知識，還需要學生具備嚴謹的邏輯思維和數據分析能力。

（2）斜面實驗分析

為更全面地理解機械能守恒定律，學生還應進一步研究沿斜面下滑物體的機械能，借助氣墊導軌展開實驗。學生可通過氣墊導軌上的標尺讀出滑塊下滑的距離并算出下降的高度，利用光電門和數字計時器算出瞬時速度。這些數據為后續的能量轉換分析提供有力的支持。在這一階段的學習中，還可拓展探究斜面傾角、加速度等因素對機械能守恒有無影響，以加深對機械能守恒定律的理解。

（3）數據整合與深度討論

在完成上述兩組實驗后，教師引導學生對收集到的數據進行系統的整理和分析，并且要求學生嘗試利用公式和圖像兩種手段直觀地展示實驗結果。通過對比理論值和實驗值，深入分析實驗誤差的可能來源，如空氣阻力、摩擦等。在小組討論環節中，讓學生積極交流自己的發現和觀點，共同撰寫分析報告。經過數據整合和問題探討分析，學生可以進一步發現實驗中存在的問題，進而提出一系列可能的改進措施。這一過程可以極大地鍛煉了學生的批判性思維和科學分析能力。

（4）問答交流與深化理解

在實驗結束后，教師根據實驗結果提出一系列問題，如“實驗中哪些因素導致機械能的不完全守恒？如何盡可能減小阻力的影響”等。學生分組進行深入地討論，并結合實驗數據和理論知識給出詳盡的解答。借助問答幫助學生加深對機械能守恒定律的理解和應用能力，同時鍛煉學生的邏輯思維和表達能力。

（5）總結反饋與能力提升

在科學實驗的教學過程中，實驗報告的撰寫是學生進行實驗后的必要步驟。在這一過程中，學生需要將實驗過程、觀察到的現象、記錄的數據以及得出的結論等細節進行詳細的記錄和整理。這一過程不僅幫助學生鞏固了實驗知識，還培養了他們的邏輯思維和表達能力。在實驗報告的撰寫過程中，學生將零散的實驗數據和信息進行整合，以條理清晰、邏輯嚴密的方式呈現出來，這也是逐步回答課堂中設計的每一個問題的過程。需要注意的是，教師在審閱報告后，應給予學生針對性的點評和建議。這些點評和建議不僅包括對實驗操作技能的指導，還應涉及對實驗思維、科學態度和創新精神的培養。同時，教師還應鼓勵學生勇于探索、敢于質疑，培養他們的創新思維和批判性思維。學生在接收到教師的點評和建議后，可以對自己的實驗操作和報告內容進行反思和改進。

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2022年河北省教育科學“十四五”規劃立項課題一般課題“深度學習指導下的‘創設情境、問題探究式’高中物理實驗教學實踐探究”（課題編號：2205238）。