深度學習視域下初中物理實驗教學策略

摘 要：深度學習視域下，初中物理實驗教學應注重實踐操作與理論教學的深度融合，著重培養學生的數據分析能力以及自主學習能力，實現從知識傳授到能力培養的根本性轉變。就深度學習下初中物理實驗教學應遵循的原則進行了簡要分析，并提出了六個具體的教學策略：設計層層深入的實驗流程，引入環環相扣的實驗項目，設置開放式難題，開展個性化實驗，利用虛擬仿真技術模擬物理場景，借助數據采集設備深度分析學情。

關鍵詞：深度學習；初中物理實驗；教學策略

作者簡介：張仁和（1980—），男，甘肅省莊浪縣北辰學校。

深度學習理論強調知識的內在建構與理解，提倡以數據驅動、模型模擬和自主學習的方式深化認知。將深度學習理念融入初中物理實驗教學中，有助于培養學生對物理現象的洞察力，提高其解決復雜問題的能力，激發其創新思維與科學探究精神。在此過程中，實驗教學應保持真實性與實踐性，確保虛擬與現實操作的平衡，既要充分利用數字化工具提升實驗教學效率，也要重視對學生動手操作能力的培養，避免過度依賴技術而忽視基礎技能訓練。此外，引導學生正確理解和運用深度學習方法解析物理問題，也是深度學習視域下初中物理實驗教學改革中不可忽視的關鍵環節。

一、深度學習視域下的初中物理實驗教學應遵循的原則

（一）層次性原則

層次性原則強調實驗教學活動應由淺入深、由簡至繁逐步推進。在物理實驗教學中，教師應按照學生的認知發展規律，從基礎的物理現象和定律出發，設計不同難度的實驗，引導學生通過動手操作逐步理解和掌握物理學知識，實現知識體系的構建與深化［1］。

（二）挑戰性原則

挑戰性原則要求實驗教學應具有一定的探索性和難度，能夠激發學生主動解決問題的興趣和動力。在深度學習框架下，教師可設定具有一定復雜度和挑戰性的實驗任務，使學生在面對問題時進行深度思考，培養他們獨立分析問題、解決問題的能力以及勇于探索未知的科學精神。

（三）開放性原則

開放性原則倡導實驗教學環境和內容的多元化、開放性。這一原則不僅體現在實驗主題和方法的選擇上——允許并鼓勵學生進行自主設計、自主創新，也體現在實驗結果的解讀和評價上——尊重學生的個體差異，接納多元化的解決方案。具備開放性的實驗教學既有利于拓寬學生的視野，提高他們的創新思維能力，也有助于學生養成自主學習的良好習慣，真正實現深度學習目標。

二、深度學習視域下的初中物理實驗教學策略

（一）理論融合實踐

1.設計層層深入的實驗流程

在深度學習視域下，初中物理實驗教學不再僅僅是驗證課本理論知識的過程，還是一種引導學生進行實踐探索、自主發現、深度理解和應用知識的教學策略。因此，教師應當依據物理學知識體系，設計層層深入的實驗流程，讓學生在實驗操作的過程中逐步驗證并理解物理學知識［2］。

以人教版物理八年級上冊中“熔化和凝固”一課為例，教師可以先設計基礎實驗，如讓學生觀察冰塊在室溫下熔化的過程，記錄溫度變化，直觀感受物體由固態到液態的轉變，初步理解熔點的概念。這是對基礎知識的直接驗證與感知。接下來，進一步設計能使學生深化學習的實驗。比如，引導學生探究不同條件下冰的熔化速度有何差異，促使他們理解熔化過程中的熱量交換原理；或者引入不同種類的固體物質（如蠟燭、巧克力等）進行熔化和凝固實驗，對比分析它們的熔點和凝固點有何不同，從而揭示物質特性對物態變化的影響。最后，設置綜合實驗項目。例如，制作簡易制冷裝置，觀察其對物體熔化和凝固的影響，引導學生運用所學知識解決實際問題，實現從理論到實踐的跨越。

在深度學習視域下的實驗教學中，學生不僅能夠通過親手操作來驗證和理解熔化和凝固的基本原理，還能在有序的實驗流程中，逐漸了解復雜的物理現象，提高學習質量。

2.引入環環相扣的實驗項目

初中物理實驗教學要注重課程內容與實際生活的緊密聯系，尤其是在深度學習視域下，這種關聯性能讓學生直觀感知物理學的現實意義，從而積極地參與到物理實驗中。為此，教師要創設生活化、情境化的實驗項目，讓學生在解決具體情境問題的過程中將學科知識內化于心。

以人教版物理八年級下冊中“液體的壓強”一課為例。首先，教師可以創設生活化的情境，引入課題。例如，展示水壩的工作原理、潛水員在不同深度感受到的壓強變化、家庭自來水管道的設計等生活實例，引導學生認識液體壓強的表現及影響，引發學生對“液體壓強”概念的好奇心和探究欲望，進而自然地過渡到理論學習階段。其次，鼓勵學生動手實踐，設計并開展與日常生活密切相關的實驗。比如，有的學生親手制作簡易的壓強計，測量不同高度或不同密度的液體對容器底部的壓強；有的模擬潛水艇升降實驗，通過改變液體體積，觀察其在不同深度時受到的液體的壓強的差異。這些實驗能讓學生親身感受液體壓強的實際效應，培養動手能力和創新思維。再次，引入深度學習理念，強調知識的內在聯系和對知識的深度理解。教師可進一步引導學生探討液體壓強背后的物理學知識，如帕斯卡定律的應用、液體壓強與固體壓強的區別和聯系，幫助他們建立起完整的知識體系。最后，強化實驗后的反思與討論環節，要求學生基于實驗數據和現象，嘗試解釋生活中遇到的相關現象，并能預測新的情境下可能出現的結果，以此檢驗和鞏固他們的液體壓強知識。

總之，在深度學習視域下，初中物理實驗教學應借助生活化、情境化的實驗項目，激發學生的興趣，引導他們在實踐中深化對物理學原理的理解和運用，做到知行合一、學以致用。

（二）創新驅動探索

1.設置開放式難題，引導學生理性思考

初中生處于認知發展的關鍵階段，好奇心強，求知欲旺盛，具有初步的抽象邏輯思維，這為開展開放性問題探究式實驗教學提供了有利條件［3］。因此，教師應在初中物理實驗教學中融入更多的開放式問題，以引導學生主動探索知識，避免學生僅對物理現象進行簡單認知。

以人教版物理八年級下冊中“彈力”一課為例，教師可以在理論講解階段提出問題：“如何量化彈簧受到外力后的形變程度與其所受彈力之間的關系？”這個問題涵蓋了彈力的基本概念，需要學生通過親手實驗，揭示其中的科學規律，即胡克定律。在本課的實驗教學中，教師應鼓勵學生自行設計實驗方案，包括選擇合適的測量工具（如彈簧測力計、直尺等）、設定變量、繪制數據表格等。這些活動能充分調動學生的高階思維能力，如分析、評價和創造的能力。在實際操作過程中，學生會面臨如何精確測量、如何處理誤差等問題，這需要他們運用批判性思維，調整實驗步驟，優化實驗方法。當學生得出實驗結論后，教師可以進一步提出拓展性問題，比如生活中哪些地方應用了彈力原理，促使學生將課堂所學與生活實際相聯系，提升其創新解決問題的能力。

總之，基于初中生的認知發展特點，在物理實驗教學中設置開放式問題，能夠有效激發學生的探索精神和創新能力，在實驗探究過程中培養他們的高階思維與科學素養。

2.開展個性化實驗，培養學生創新意識

初中生的頭腦中充滿各種各樣的奇思妙想，并且他們也愿意付出精力去實現這些想法。為滿足初中生的個性發展需求，教師可以指導學生自選課題，讓他們自主進行實驗設計與實施，以培養他們的科研素養和創新意識［4-5］。

例如，在教學人教版物理七年級上冊中“聲音的產生與傳播”一課時，首先，教師可以借助生動的生活實例引入“聲音的產生與傳播”這一主題，引導學生思考聲音現象背后的科學原理，鼓勵他們提出問題。例如：不同材質的物體振動產生的聲音有何差異？聲音在不同介質中的傳播速度是否一樣？這些問題可以作為學生自選的個性化實驗課題。

在實驗設計環節，教師要允許學生自由發揮想象力，設計符合自身興趣的實驗方法。比如，通過調整樂器弦線的弦張力和長度實現音調變化；利用各種材料（如木頭、金屬、塑料）制作簡易傳聲筒，對比不同材質對聲音傳播的影響；搭建包含空氣、水、固體等多種介質的介質模型，測量聲音在不同介質中的傳播速度。在實驗中，學生應親手操作，做好數據記錄和觀察分析，這有助于他們理解和掌握聲音產生與傳播的基本規律。教師在此過程中要扮演好指導者和支持者的角色，適時提供必要的幫助和反饋，但更重要的是給予學生充分的空間去嘗試、去犯錯，并從中學習。實驗完成后，教師可要求學生撰寫實驗報告，闡述實驗的目的、方法、過程和結論，通過反思和交流，培養批判性思維和書面表達能力。此外，教師還應組織班級分享會，鼓勵學生展示各自的實驗成果，互相學習，共同提高。這樣的實驗教學能讓物理學習不再局限于理論講解，而是變成一次次充滿創造性的探索之旅，能有效促進學生的深度學習。

（三）智能技術輔助

1.利用虛擬仿真技術模擬物理場景

在物理實驗教學中充分利用現代科技手段，尤其是數字化和虛擬仿真技術，可以極大地豐富和優化教學模式，使得原本抽象復雜的物理概念變得更為生動直觀、易于理解，讓學生快速進入深度學習狀態。

以人教版物理八年級下冊中“動能和勢能”一課為例。在傳統的物理實驗教學中，教師通常通過實物演示的方式展現動能和勢能的變化，如麥克斯韋滾擺、從滑梯上滾落的小球等，這雖然具有一定的直觀性，但在揭示微觀粒子運動或復雜系統中的能量轉化時相對困難。在深度學習視域下，教師可以引導學生利用數字化實驗室軟件或虛擬仿真平臺，模擬各種物理情景，如彈簧振子的振動過程、物體在斜面上滾動時的能量轉換等，使學生能夠在三維空間中實時觀察、調整參數，直觀感受動能和勢能的相互轉化。例如，在虛擬仿真平臺上，學生可以自行設定小球質量、初始高度、斜面角度等因素，然后觀察小球在沿斜面滾動過程中的動能和勢能隨時間的變化，甚至可以進一步探究阻力對能量轉化的影響。這種交互式的學習方式，不僅能幫助學生深入理解動能和勢能的概念，還能提升他們定量分析和解決問題的能力。

此外，借助數字化和虛擬仿真技術，實驗教學能夠擺脫時間和空間的束縛，學生可以在任何時間任何地點進行重復實驗，反復驗證假設。同時，一些危險性較高或實施難度大的實驗，也可以通過虛擬仿真技術加以呈現，這樣既能保證學生的安全，又能拓展實驗教學的廣度和深度。

2.借助數據采集設備深度分析學情

在深度學習視域下的初中物理實驗教學中，智能科技的應用為提升教學質量提供了新的可能。教師可以先借助傳感器及其他數據采集設備，實時獲取學生的線上實驗數據，再利用平臺算法進行分析，為學生提供及時、有效的學習反饋與評估，幫助學生優化學習方案，提高物理學習質量。

以人教版物理九年級全冊中“電阻的測量”一課為例。在實驗教學中，教師可以先引領學生進行線上實驗，并實時監測、記錄相關數據。每個學生可通過電子設備連接電阻測量儀器，精確測量不同材料、不同規格的電阻絲的阻值，并將數據實時上傳至云端平臺。平臺端集成的深度學習算法能即時處理這些海量數據，對學生在實驗過程中的操作步驟、測量準確性、數據分析能力等方面進行全面評估。一方面，深度學習算法能迅速識別出學生在實驗操作中的錯誤或不足，如讀數誤差、接線失誤等，并給出有針對性的修正建議，幫助學生提升實驗技能。另一方面，通過對大量實驗數據的深度挖掘，平臺能夠分析出學生對知識的理解程度以及實際應用能力，形成個性化的學習反饋，便于教師制定精準的教學策略，調整教學內容和節奏，確保每個學生都能得到適合自己的學習支持。

此外，借助智能技術，教師還可以生成可視化圖表，直觀展現全班乃至每個學生的實驗情況和學習進展，便于師生進行探討、交流，形成良好的互動學習氛圍，有效激發學生對物理實驗的興趣，培養他們的物理學科核心素養。

三、總結

總而言之，深度學習視域下的初中物理實驗教學策略能夠體現理論與實踐的深度融合和創新驅動的教育理念。讓實驗有序進行并相互關聯，能夠讓學生在實踐中深入理解物理學原理，提高邏輯思維能力。面對開放式問題，學生的探索欲望能被充分激發，而個性化的實驗更能讓其有充足的空間進行思考和創新。此外，智能技術手段的應用，能優化實驗教學過程，幫助教師全面了解和指導學生。以上這些策略的應用，能為新時代背景下的初中物理實驗教學改革與發展提供有力支撐。

［參考文獻］

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