指向深度學習的初中物理實驗教學策略

摘要：實驗教學是初中物理教學的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的主要途徑。在深度學習理念指引下，教師應創(chuàng)新實驗教學策略，引導學生對實驗原理進行深入思考，從而促進學生學習思維的發(fā)展。對深度學習理念下初中物理實驗教學的作用和實施原則進行了闡述，從創(chuàng)設教學情境、設置驅動任務、引入信息技術等方面探討了指向深度學習的初中物理實驗教學策略，旨在充分發(fā)揮實驗教學對學生學習的促進作用，提升學生的物理核心素養(yǎng)。關鍵詞：深度學習；初中物理；實驗教學深度學習理念強調(diào)學生在學習過程中的主動參與和深度思考。在初中物理實驗教學中，教師應注重深度學習理念的融入，合理運用多樣的教學策略，引導學生進入深度學習狀態(tài)。這樣不僅有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與探究精神，還能使其在實驗操作的過程中增強動手操作能力，提升學科核心素養(yǎng)。一、深度學習理念下初中物理實驗教學的作用（一）有助于提升學生的主體性在深度學習理念下，教師要堅持以生為本的原則，基于學生的學習需要合理設計實驗方案，讓學生在觀察、猜測、比較、分析等過程中深化對知識的理解，發(fā)展學科核心素養(yǎng)［1］。同時，在深度學習理念下，教師要鼓勵學生提出問題，引導學生通過自主探究、合作分析等方式進行深入思考，并通過實驗驗證自己的想法，從而加深學生對物理知識的理解。這能提升學生的學習主體性，讓學生全身心投入物理實驗過程中，主動開展實驗活動。（二）有助于發(fā)展學生的高階思維高階思維對學生的學習發(fā)展有著重要的影響，具備高階思維的學生能夠深入探究學習內(nèi)容，從而提升自己的認知水平。在深度學習理念下的初中物理實驗教學中，教師要設計引導性實驗活動，讓學生在解決復雜問題、進行科學探究、優(yōu)化實驗設計的過程中深入思考［2］。這樣一來，學生就能夠有效發(fā)展高階思維，并在高階思維的支持下進行科學探究，進而深入理解物理知識的本質(zhì)，提升物理核心素養(yǎng)。（三）有助于學生遷移應用知識深度學習理念強調(diào)學生對所學知識的遷移應用，學生通過深度學習能理解物理知識的本質(zhì)，靈活應用物理知識解決實際問題［3］。在深度學習理念下的物理實驗教學中，教師應設計有挑戰(zhàn)性的實驗任務，激發(fā)學生的好奇心和探究欲，讓學生主動提出問題，并自主設計實驗方案來尋找答案，這有助于培養(yǎng)學生的知識應用能力，提升學生的物理核心素養(yǎng)。二、深度學習理念下初中物理實驗教學原則（一）層次性原則層次性原則要求教師由淺入深地設計實驗教學內(nèi)容，逐步引導學生理解物理知識。具體來說，教師可從基礎的物理現(xiàn)象出發(fā)，由淺入深地設計實驗活動，讓學生根據(jù)自己的學習水平進行合理選擇，從而使學生在參與實驗的過程中有所收獲［4］。這樣不僅可以加深學生對物理知識的理解，還能幫助學生建構系統(tǒng)的知識體系。（二）挑戰(zhàn)性原則挑戰(zhàn)性原則要求教師對實驗的難度進行合理調(diào)整，以此激發(fā)學生對實驗原理及現(xiàn)象的探究興趣，促使學生全身心投入實驗探究活動中。需要注意的是，教師要給學生提供適當?shù)闹笇Ш椭С郑瑤椭鷮W生克服實驗中遇到的困難，確保學生能夠在實驗探究中有所收獲，以此增強學生的學習信心和動力，培養(yǎng)學生勇于探索未知的精神。（三）開放性原則開放性原則要求教師對實驗主題、方法進行優(yōu)化設計，提升實驗教學的開放性，讓學生能夠在實驗過程中自由探索，提出自己的見解和解決方案［5］。同時，開放性原則還要求教師對實驗資源進行拓展，以此豐富學生的實驗選擇，激發(fā)學生的實驗探究興趣，培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。三、指向深度學習的初中物理實驗教學策略（一）創(chuàng)設教學情境，引發(fā)認知沖突在初中物理實驗教學中，教師創(chuàng)設合理的教學情境，能夠讓學生在觀察、體驗的過程中感知實驗現(xiàn)象，結合自己的知識經(jīng)驗進行對比分析，從而引發(fā)學生的認知沖突。在這樣的教學中，學生能夠在教師的引導下主動思考和探究情境中蘊含的物理原理、規(guī)律等，并結合所學知識進行深入研究，從而進入深度學習狀態(tài)。以“探究電磁鐵的磁性”一課的教學為例，教師可在課前給學生展示趣味性魔術，創(chuàng)設適當?shù)慕虒W情境。教師可在講臺上放置一個密封的裝有電磁鐵的紙盒，并在盒子旁邊放一個開關及鐵釘，隨后閉合開關，讓學生觀察“靠近紙盒的鐵釘被吸到紙盒上”這一現(xiàn)象。同時，教師可提問學生：“這是怎么回事？紙盒里有什么秘密？”以此引導學生思考，并逐步引出電磁鐵的概念。隨后，教師可設置“制作簡易電磁鐵以及探究影響電磁鐵磁性強弱的因素”的實驗任務，并幫助學生劃分小組，給每個小組發(fā)放漆包線、電池、開關及滑動變阻器等器材。在學生開展實驗前，教師要帶領他們回顧電流的磁效應等知識，并詳細講解電磁鐵的基本結構及運行原理，使學生理解“電磁鐵通電時有磁性，斷電時磁性消失”這一結論，提出“電磁鐵磁性強弱可能與電流大小、線圈匝數(shù)以及鐵芯類型等因素有關”這一假設。在此基礎上，教師可讓各小組分別選擇一個影響因素進行實驗探究。以“電流大小對電磁鐵磁性的影響”實驗為例，學生在探究時要先按照要求連接電路（如圖1），隨后保持線圈匝數(shù)和鐵釘不變，通過滑動變阻器調(diào)整電流大小，并觀察鐵釘對小鐵釘?shù)奈ψ兓?，記錄?shù)據(jù)。從實驗現(xiàn)象來看，隨著電路電流增大，鐵釘對小鐵釘?shù)奈σ搽S之增強，由此，學生可得出“電流越大，電磁鐵的磁性越強”的結論。實驗結束后，教師應帶領學生回顧實驗過程，總結電磁鐵磁性強弱與電流大小、線圈匝數(shù)以及鐵芯類型之間的關系，并提出拓展性問題：電磁鐵在生活中有哪些應用？如何進一步增強電磁鐵的磁性？這樣的問題能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，促使學生展開深度學習。由此可見，創(chuàng)設實驗情境，引導學生結合自己學過的知識及實驗現(xiàn)象進行分析，明白電磁鐵磁性強弱與電流大小、線圈匝數(shù)與鐵芯類型之間的關系，不僅可以使學生養(yǎng)成主動觀察現(xiàn)象、深入思考問題的習慣，還能提高學生的知識應用能力，促進學生的深度學習，提升學生的物理核心素養(yǎng)。（二）設置驅動任務，促進主動探索1.設計開放性問題，引導理性思考初中生正處于認知能力發(fā)展的關鍵階段，具有好奇心強、探索欲旺盛等特點。對此，在初中物理實驗教學中，教師應設計開放性問題，引導學生基于具體的物理現(xiàn)象進行深入探究，從而加深學生對物理知識的理解，促進學生展開深度學習。以“關于電動機轉動的猜想”一課的教學為例。電動機類型豐富且在生活中應用廣泛，為此，教師可結合學生的生活經(jīng)驗，圍繞電動機轉動原理設計開放性問題，引導學生進行深入思考。首先，在課前導入環(huán)節(jié)，教師可展示電動機、開關及電源實物，并讓學生按照電路圖連接電路，觀察電動機是否轉動。其次，教師可基于實驗現(xiàn)象提出“電動機不轉動的原因是什么？”等問題，并鼓勵學生發(fā)散思維，進行交流討論，提出假設。最后，教師可指導學生進行實驗，驗證自己的假設，以此加深學生對相關知識的理解。這樣，通過設置開放性問題，引導學生進行深入思考，教師不僅可以培養(yǎng)學生的探索精神，還能培養(yǎng)學生的高階思維，讓學生掌握通過實驗驗證假設的方法，促進學生的深度學習。2.組織個性化實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新意識初中生普遍具有較強的好奇心，能夠圍繞某一現(xiàn)象發(fā)散思維，產(chǎn)生獨特的想法。為提高物理實驗教學質(zhì)量，落實深度學習目標，教師可結合具體的實驗主題，引導學生自主設計并實施實驗，以此發(fā)揮個性化實驗對學生學習的促進作用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，發(fā)展學生的學科素養(yǎng)。同時，教師還可以給學生提供多樣的實驗器材，幫助學生拓展實驗思路，這對學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)有著重要的促進作用。以“發(fā)電機為什么能發(fā)電”一課的教學為例，教師可引導學生獨立設計實驗，通過實驗探究磁生電的條件。首先，教師可向學生展示手搖發(fā)電機，用導線將其與小燈泡、開關等連接起來，讓學生思考如何使燈泡發(fā)光，以此引出本次實驗的主題——發(fā)電機為什么能發(fā)電。其次，教師可組織學生以“探究什么情況下磁可以生電”為主題開展實驗，給學生分發(fā)相應器材，鼓勵學生自由發(fā)揮想象力，設計實驗方案，以驗證自己的想法。經(jīng)過之前的學習，學生能自己設計實驗電路和實驗方案，并自主開展相應的實驗，記錄數(shù)據(jù)，探究磁生電的條件與特點。再次，教師可對學生的實驗結果進行匯總，引導學生進行討論，分析實驗中觀察到的現(xiàn)象與理論知識之間的聯(lián)系，進而總結出“閉合電路的部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中會產(chǎn)生感應電流，且感應電流的方向與磁場方向、導體運動方向有關”這一結論。最后，教師可以組織學生開展班級分享會，鼓勵學生展示自己的實驗成果，以此促進學生共同提升。由此可見，教師在物理實驗教學中，通過引導學生設計個性化實驗，能有效培養(yǎng)學生的科學思維，增強學生的課堂主體性，使其全身心投入實驗探究中，進入深度學習狀態(tài)。（三）引入信息技術，輔助教學實施在物理實驗教學中，部分實驗具有條件復雜、操作難度大、安全風險高等特點，因此難以在課堂上進行直觀演示，這會導致學生對相關物理知識理解不夠深入，無法構建完善的知識體系。對此，教師可運用虛擬仿真技術等，創(chuàng)設條件適宜的虛擬實驗環(huán)境，讓學生通過虛擬操作的方式體會實驗過程，加深對實驗原理的理解。這不僅可以讓學生在安全的環(huán)境下完成實驗操作，還能促進學生的深度學習。以“最快的‘信使’”一課的教學為例，本課的主要教學目標是讓學生認識電磁波，了解電磁波的波速、波長及頻率之間的關系，掌握描述電磁波波形圖的方法。但由于電磁波無法被直接觀測，因此教師無法直接展示相關現(xiàn)象。對此，教師可借助虛擬仿真實驗平臺的電磁波產(chǎn)生模塊、傳播特性模塊以及干涉與衍射模塊等對實驗教學進行優(yōu)化創(chuàng)新。首先，教師可在教學管理平臺中分享電磁波理論知識，讓學生通過預習了解本實驗的基本內(nèi)容。其次，教師可指導學生借助虛擬仿真實驗平臺的不同模塊開展實驗探究。比如，教師可先讓學生在電磁波產(chǎn)生模塊中自行設置LC電路的電容及電感等參數(shù)，并觀察電路中的電流情況，判斷電磁波是否產(chǎn)生，隨后讓學生調(diào)整參數(shù)，記錄電磁波頻率與振幅等數(shù)據(jù)在不同參數(shù)下的變化情況。又如，教師可讓學生在傳播特性模塊中自主選擇不同的介質(zhì)環(huán)境以及電磁波源參數(shù)，并觀察不同情況下的電磁波傳播路徑及速度的變化情況，探究不同因素對電磁波傳播的影響，總結傳播規(guī)律。再次，教師可讓學生撰寫實驗報告，對實驗目的、流程及數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)進行詳細闡述，并組織線上討論課，讓學生對遇到的問題進行集中討論。最后，教師要依據(jù)學生的預習情況、實驗過程及其對實驗結果的思考等制訂完善的評價方案，幫助學生深入理解電磁波的特性，形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)科學思維。教師在物理實驗教學中運用信息技術，不僅可以讓學生通過實驗驗證所學知識，還能幫助學生及時糾正錯誤，提高學習效