指向深度學習背景的初中物理實驗教學

摘" 要：物理學通過科學觀察、實驗探究、推理計算等形成系統的研究方法和理論體系.初中物理教學中，應重視實驗教學的內涵和優勢，通過實驗觀察、實驗操作、實驗分析等方法，促進學生深度學習.對此，教師應豐富實驗類型，鼓勵學生質疑、交流，完善實驗操作.文章以蘇科版教材“大氣壓強”教學為例，分析指向深度學習背景的初中物理實驗教學策略，以此提供理論和案例指導.

關鍵詞：深度學習；初中物理；實驗教學

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）35-0105-03

收稿日期：2024-09-15

作者簡介：張雙紅（1974.10—），女，江蘇省揚州人，本科，中學高級教師，從事初中物理教學研究.

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）指出，義務教育物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程.為指導學生深入學習初中物理課程，教師應正確認識實驗教學的重要意義，引導學生觀察實驗現象、落實實驗操作等.教材因此編排“實驗探究”教學內容，為深度學習提供充足的教學資源.教師可以研讀教材，創新教法，合理運用學生必做實驗，促進初中物理深度學習.

1" 指向深度學習背景的初中物理實驗教學要求

以深度學習理念指導初中物理教學活動，應全面培養學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等.

1.1" 豐富實驗類型，培養多元能力

以不同的學習目標為導向，初中物理實驗可表現為不同類型，如認識物理現象的觀察實驗、驗證教材理論的驗證實驗、自主探究規律的操作實驗等.通過觀察實驗，培養學生的物理觀察能力，提高物理學習興趣；通過驗證實驗，訓練學生的科學思維，形成正確的物理觀念；通過操作實驗，學生自主深化科學探究，形成良好的科學態度與責任.由此可見，指向深度學習背景的初中物理實驗教學，應為學生提供豐富的實驗活動，以此培養學生多元能力［1］.教師應根據實際教學內容，合理分配實驗類型，針對性培養學生.

1.2" 鼓勵質疑交流，提升思維水平

實驗教學強調探究操作，而在深度學習中，質疑和交流也必不可少.組織初中物理實驗，鼓勵學生探究操作，使學生自主經歷物理現象的生成過程，開啟深度學習.在具體活動中，學生獨立思考物理現象，思維活動具有一定局限性，不利于深入分析和理解問題.教師應適度干預學生，鼓勵其質疑和交流.學生加強互動，辯駁觀點，在提升思維水平的同時，增進理性認識，達成深度學習.

1.3" 完善實驗支持，拓寬操作空間

實驗材料的短缺是制約初中物理實驗教學的關鍵因素.觀察實驗、驗證實驗、操作實驗都需要大量的器材和設備支持.如果缺乏充足的實驗材料，學生難以多次驗證學習內容，實驗創新也受到限制.為此，指向深度學習背景的初中物理實驗教學，應適當加大資金投入，優化實驗室建設.通過完善實驗支持，學生能夠在不同的學習場所，自由展開探究操作，保障其深度學習.

2" 指向深度學習背景的初中物理實驗教學策略——以“大氣壓強”為例

“大氣壓強”是蘇科版八年級下冊初中物理教材“氣體的壓強”重要實驗教學內容.為落實深度學習，教師可以串聯情境、問題、操作任務、話題、習題資源等，建立從觀察到探究、從探究到實踐的結構化教學機制，以此為參考改進初中物理實驗教學方法.

2.1" 創設情境，吸引實驗注意

初中物理教學內容突出理論性和抽象性，不利于激發學生的學習興趣，實驗教學活動也不例外，使得部分學生在抽象理論的學習中缺乏積極性.對此，教師可以創設直觀情境，吸引學生的實驗注意［2］.

比如，利用廢舊純凈水桶，演示“水桶變形”實驗，具體過程為：首先，將純凈水桶放置在平穩的桌面上，引導學生觀察材質，思考能否借助一些外力，使水桶發生變形.接著，取一小團棉花，用火柴或打火機點燃，迅速將點燃的棉花放入純凈水桶中，確保棉花團位于水桶底部中央位置，立即用濕毛巾堵住水桶的開口，確保桶口完全封閉.最后，在水桶外壁迅速澆上冷水，觀察水桶的變化.棉花的燃燒產生大量氣體，增加水桶內部的氣體壓力.用濕毛巾封閉水桶，使其內部氣體無法逸出，此時在水桶外壁澆冷水，降低水桶四周溫度，使桶內氣體收縮.桶內氣體壓力降低，外部空氣壓力相對增大，形成壓強差，造成桶身變形和聲響.通過演示實驗情境，學生直觀感受氣體在封閉空間內因溫度降低而收縮產生壓強差，并導致物體變形的物理現象.但是由于知識儲備不足，學生難以準確描述這一現象的真實原因.教師可以設置問題，引導學生提出猜想，為后續探究和深度學習奠定基礎.

2.2" 設置問題，提出實驗猜想

《新課標》主張在初中物理教學中，突出問題導向，強調真實問題情境，引導學生不斷探索，提高分析問題、解決問題的實踐本領和科學思維能力.為促進學生深度學習，教師應合理設置問題，引導學生提出實驗猜想.與此同時，學生形成矛盾觀點，自覺加強質疑交流，提升思維水平.

比如，承接以上情境，教師設置問題：水桶為什么會發生變形并發出響聲？給予學生充足的思考和發言時間.學生踴躍提出實驗猜想，展開課堂交流.有的學生指出，水桶因為內部氣體受熱膨脹和外部溫度的急劇降低發生變形.有的學生質疑其觀點，認為其發言只是在描述實驗現象，而不是水桶變形的根本原因.在此基礎上，學生進一步展開交流，猜想桶內氣體熱脹冷縮，導致桶內壓力降低，外部大氣壓造成桶身變形，明確后續學習方向.教師可以觀察學生活動，避免直接肯定其猜想.緊接著，組織動手操作活動，使學生自主經歷實驗過程，驗證猜想.

2.3" 動手操作，經歷實驗過程

指向深度學習背景的初中物理實驗教學，應讓學生經歷真實的實驗過程，在動手操作中取得顯著成長.教師可以為學生提供充足的實驗材料，鼓勵學生自主制訂實驗方案，完善動手操作過程［3］.

比如，承接以上實驗猜想，教師提供易拉罐、棉花團、酒精燈、塑料瓶、冰塊、冷水、塑料吸盤等實驗材料，引導學生自主設計實驗，驗證對大氣壓強的猜想.學生可以自愿分成若干小組，圍繞本組猜想設計實驗方案.以易拉罐替代演示實驗的廢舊純凈水桶，可以通過外部加熱易拉罐中的液體，驗證大氣壓強的存在.實驗方案如下：（1）在易拉罐中注入少量的水，用酒精燈加熱，待罐口出現白霧，用塑料吸盤將罐口堵住；（2）撤去酒精燈，讓易拉罐自然冷卻，觀察現象.實驗發現，易拉罐自然冷卻后，由于罐內氣壓降低，外部大氣壓會將易拉罐壓扁.實驗再次直觀展示大氣壓強的存在，使學生完善猜想.與此同時，觀察易拉罐的變形過程，學生可能思考大氣壓強作用于物體的具體位置.教師可以鼓勵學生繼續實驗，驗證大氣壓強作用于物體的各個方向.比如，使用剪刀在塑料瓶的側壁和底部各剪一個小孔，將氣球剪開，取其中一塊橡皮膜、用橡皮筋固定在塑料瓶的側壁小孔上，確保橡皮膜平整地覆蓋住小孔，另一個小孔暫時保持開放狀態.將熱水倒入塑料瓶中，觀察側壁上的橡皮膜，再將塑料瓶中的熱水倒出，并立即倒入冷水，觀察側壁上的橡皮膜.封閉底部小孔，同時觀察兩個橡皮膜的變化.第一次實驗操作，看到橡皮膜向外凸起，證明大氣壓強對物體外部的作用；第二次實驗操作，看到橡皮膜向內凹陷，甚至可能吸附在瓶壁上，證明大氣壓強對物體內部的作用；第三次實驗操作，看到兩個橡皮膜都向內凹陷，證明大氣壓強同時作用于物體的頂部和側壁.綜合三次實驗操作結果，證明大氣壓強作用于物體的各個方向，完善理論學習.

2.4" 補充話題，辯駁實驗觀點

在深度學習“大氣壓強”理論的基礎上，教師應指導學生估測大氣壓的具體數值.對此，教師可以補充話題，使學生聯系之前實驗操作經驗，展開自主討論和辨析.

比如，承接以上實驗，教師補充話題：在剛才的實驗中，我們能直觀觀察到大氣壓強對物體形態的影響.那么，我們能否確定大氣壓強的具體數值？需要運用哪些物理學習方法？自然而然地過渡教學，學生可先自由發表觀點，再展開質疑交流，形成實驗操作的共識.教師可向學生提供不同容量的注射器、彈簧測力計、刻度尺等，支持學生自主實驗.實驗示例如下：（1）選擇一個注射器，用刻度尺測量活塞直徑，并計算出活塞的橫截面積；（2）將注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽封住注射器的小孔；（3）將彈簧測力計掛在注射器的活塞上，勻速緩慢拉動活塞，從活塞剛好被拉動開始，多次記錄彈簧測力計的示數，直到活塞無法繼續拉動；（4）多次重復實驗，計算彈簧測力計數值與活塞橫截面積之比，得到大氣壓強的數值.在該實驗中，注射器活塞被大氣壓完全壓住，活塞兩側受到的大氣壓力和彈簧測力計的拉力達到平衡，可以通過計算單位面積上的大氣壓力，明確大氣壓強的具體數值.學生可以基于二力平衡原理，深度辨析大氣壓強與彈簧測力計的拉力關系，深化以解決問題為導向的探究學習.教師還可以追問：能否用物理符號說明你們的實驗發現？使學生自主推導大氣壓強的計算公式，進一步提高學習深度.

2.5" 解決問題，應用實驗成果

為夯實學生的深度學習，使其能夠靈活運用學習內容，解決多元的、復雜的物理問題，有必要將習題資源引入初中物理實驗教學.教師可以比較、分析課內外習題，篩選優質問題，克服題海戰術.學生獨立分析問題，提出個人觀點，為質疑交流創造挑戰.接著，教師可以指導學生小組合作，比較不同的答案.學生重新審視問題的分析過程和解決方法，將“矛盾”轉變為“共識”，深入培養問題解決能力，實現對實驗成果的自主應用.至此，深度學習目標充分達成，學生能夠全面吸收理論知識，進而提高綜合實踐能力.

比如，承接以上話題和實驗，設計拓展問題，計算高壓鍋內氣體能夠達到的最大壓強：高壓鍋鍋蓋上有一個空心柱為排氣孔，空心柱上戴著一個帽子為限壓閥.高壓鍋內氣體壓強超過安全值時，其內的氣體就會沖出限壓閥，使鍋內氣體的壓強減少.現有一個直徑為22 cm，空心柱小孔的橫截面積為10 mm，限壓閥質量為106 g的高壓鍋.若在大氣壓力為1.0x105 Pa時進行煮飯，則高壓鍋內氣體能達到的最大壓強為多少？學生需要自主分析問題，并結合實驗所得大氣壓強的計算公式，將問題的分析和解決過程寫清楚.

3" 結束語

總而言之，基于指向深度學習背景的初中物理實驗教學要求，在初中物理實驗教學中，指導學生提出實驗猜想、經歷實驗過程、辯駁實驗觀點、應用實驗成果.對此，教師應整合情境、問題、操作任務、話題、習題資源等，完善教學過程，提升深度學習水平.

參考文獻：［1］

萬洪順.深度學習視域下初中物理實驗教學策略研究［J］.中學科技，2023（11）：32-34.

［2］ 侯麗容.深度學習視角下初中物理實驗教學策略［J］.中學理科園地，2023，19（3）：27-29.

［3］ 張艷.深度學習背景下初中物理實驗教學設計［J］.數理天地（初中版），2023（4）：62-64.

［責任編輯：李" 璟］