深度學習視域下初中物理實驗教學路徑探究

吳小凡

(徐州市科技中學, 江蘇 徐州 221000)

在初中物理實驗教學中,實驗選擇拘泥于教材,實驗方法單一,實驗過程趨于程式化,這些常見的問題導致了學生學習留存于表面,無法形成對物理概念及規律的深刻理解.學生在運用知識解決實際問題的過程中存在困擾,科學態度的培養和學科素養的發展更受到局限.

深度學習作為一種新型的學習模式,越來越受到一線教師的關注.深度學習更注重學生自主建構的過程以及學習行為和情感的高投入,是一種以“高階思維”為主導的學習方式.[1]強調學生以理解為基礎,批判性地學習新事物,并將其融入已有的認知結構中.鑒于此,筆者在課堂教學過程中,通過自制教具、改進實驗方法、優化實驗流程等途徑進行了深入的實踐與探討,旨在提供與學生思維相匹配的教學路徑,促進學生深度學習的發生.下面是筆者在教學中的部分實例.

1 創設情境——激發深度學習動機

生活中包含許多妙趣橫生的物理現象,教師要善于結合中學生的生活經驗創設具體的情境,促使學生發現問題并提出和解決問題.

在“物質的三態 溫度的測量”的教學中,通過以下實驗:取些許干冰倒入碗中,再向碗中加入溫水,然后用浸泡過洗潔精的布條掠過碗口形成很薄的液膜,如圖1所示.通過制造“仙氣”這一教師演示實驗,給學生以視覺上的沖擊,激發了他們進一步探究物態變化規律的動機.

圖1 實驗情境圖

情境的創設不能只局限于激趣的單一功能,還應該貫穿物理課堂的全過程,促進學生的知識建構.筆者在“透鏡”一課的教學中,生活中的透鏡雖然比較常見,如近視鏡、遠視鏡、望遠鏡等,但學生對于透鏡的理解不深刻,學生很難將生活中由透鏡引起的光學現象和透鏡這一光學元件聯系起來.鑒此,設計了如下的分組實驗,在兩個試管后放置兩張相同的小狗圖片,一個試管距離小狗較近,另外一個距離稍遠.再分別向兩支試管中加水并引導學生觀察,通過較近的試管可以觀察到放大的像,較遠的試管觀察到的像是倒立的,如圖2所示.這一實驗的設計不僅激發了學生的學習興趣,也在反復嘗試過程中,對凸透鏡成像有了切身感受,通過認知沖突促進了學生的深度思考,為進一步探究凸透鏡成像規律奠定了基礎.

圖2 透過試管觀察小狗的像

在“牛頓第一定律”一課中,設計了兩個學生小實驗,如:瓶間取紙幣,把一張紙幣從兩個裝水的瓶子之間取出,手不能接觸瓶子并保持瓶子不倒.書中取硬幣,把硬幣夾在小本子里,然后把本子立起,手捏住本子一側讓硬幣無法掉下,要求尺子不接觸硬幣,試著用尺子把本子里的硬幣從本子上方趕出,如圖3所示.

圖3 取硬幣實驗

上述實驗安排在上課的開頭部分,學生的親身體驗可以引發思考,形成探究動機;實驗放在探究結論形成后,則會使學生對牛頓第一定律的應用有了更深的理解和感受.情境的創設應該貫穿物理課堂的全過程,但是如何在合適的時機創設合適的情境,產生最優教學效果,值得我們深入研究和實踐.

2 開放實驗——指引深度學習方向

深度學習注重學生的思維建構過程,如何在教學活動中更多地關注學生的“學”,如何引導學生思維提升以及對知識觀念的深度理解值得我們一線教師深入實踐.在教學過程中,筆者認真揣摩書本知識與生活的聯系,借助生活中簡單易得的物品,設計出一些“趣味性”“非常規”“簡易性”的小實驗,不同學習能力的學生均可以根據自己的興趣和動手能力從中選取部分實驗器材進行實驗.

在大氣壓強一課的教學中,設計了以下3個小實驗.

(1) 神奇的紗網.

實驗器材:玻璃瓶、水、紗網、橡皮筋.

實驗步驟:將水倒滿玻璃瓶,用紗網和橡皮筋封住瓶口,倒置玻璃瓶,觀察現象,如圖4所示.

圖4 神奇的紗網實驗

(2) 神奇的瓶蓋.

實驗器材: 裝滿水的飲料瓶(側壁有小孔已被膠帶覆蓋).

實驗步驟: 撕掉覆蓋在小孔上的膠帶,觀察水是否能流出;打開瓶蓋觀察現象;擰緊瓶蓋再次觀察現象.

(3) 神奇的氣球.

實驗器材: 底端帶有軟管的塑料瓶、氣球、夾子.

實驗說明: 在塑料瓶底打一個小孔,把軟管插入塑料瓶內,并用熱熔膠密封,把氣球套塑料瓶內(如圖5所示).

圖5 神奇的氣球實驗

實驗步驟:用嘴對著瓶口把氣球吹大,接著用夾子夾住瓶尾的軟管,觀察現象.

上述實驗的開展可以是全開放性的,將實驗器材全部提供給學生,由學生自主選擇嘗試實驗,他們會對每個器材進行研究,思考它們的用處和使用方法;也可以是半開放性的,教師為學生準備實驗活動單,活動單上給出備選器材,對實驗方法給予指導,降低操作難度.筆者制作的“敞口氣球”,展現了氣球口不用堵住,氣球依然不能變小的情境.這在學生的日常生活中是不常見的,奇特的體驗和認知沖突,為接下來的深度探究指引了方向,學生對大氣壓的理解和感受也會銘記于心.開放性實驗的設計還要注意符合學生的知識基礎,要體現實驗探究的針對性和層次性,由淺入深,步步深入.

3 問題引領——促進深度學習發生

在實驗環節中學生自主提出探究性問題后,教師可以給予學生適當的引導和總結,得出一個具體、方向明確的探究任務,繼續進行探究.為適當降低探究難度,提高課堂學習效率,教師可以創設一些討論題.

在“牛頓第一定律”一課的教學中,學生完成了課本上的“探究阻力對物體運動的影響”實驗,實驗器材有斜面、小車、木板、棉布、玻璃等,如圖6所示.

圖6 探究阻力對物體運動的影響

接下來討論的問題是:

(1) 實驗中是如何使小車在水平面上運動時受到的阻力各“不相同”?

(2) 實驗中是如何使小車到達水平面上時的速度“相同”?

(3) 上述實驗設計中的“相同”和“不相同”是為了什么?

(4) 小車受到的阻力越小,小車運動的路程越,速度減小越.假設:水平面絕對光滑,小車將.

問題的創設要符合學生的思維邏輯,問題之間要環環相扣,層層遞進,從學生認知的角度進行整體規劃,提高學生自主探究的可行性.學生可以通過小組合作完成問題的思考與辨析,設計解決方案,構建完整的探究體系,促進深度學習的發生.

4 自制教具——優化知識建構體系

教師的演示實驗因其現象直觀、觀點明確、成功率高深受師生歡迎,但是演示實驗也并非越多越好,在教學過程中教師要兼顧學生知識建構的深度和廣度,同時還要注意知識結構的清晰度,這就要求教師優化演示實驗,拓展學生對于知識的直觀性認識,建立正確的物理概念.

在“透鏡”一課中,教材上呈現的是平面光路圖,而現實中透鏡對光的會聚或發散是三維空間的立體光,筆者自制了演示教具:采用透光性好的亞格力板制作一個長方體的透光盒,把凸透鏡嵌在泡沫板內,泡沫板可以插在長方體的透光盒的任意位置,從而改變光源到透鏡的距離,5個激光筆嵌在透光盒的另外一端,實現了平面光源向空間立體光源的轉變,讓學生更加清晰地理解透鏡對于光束的會聚并不局限于平面會聚,而是立體空間會聚(如圖7).此外,該透光盒的上面是一個可打開的蓋板,在實際實驗過程中可放一小段蚊香產生煙霧,蓋上蓋板,煙霧留存于透光盒中,學生能更加清晰持久地看到光路.該設備還可以展現透鏡對光束的發散作用,加深了學生對于透鏡焦點、焦距的理解,為后面測透鏡焦距,探究透鏡成像規律奠定了基礎.

圖7 自制演示教具

多年的教學實踐表明,傳統的程式化實驗教學,可以幫助學生順利地完成實驗并得到實驗結論,但固定的實驗過程和步驟無法調動學生的思維.學生依托于程式化的結論以及教師的講解進行機械的記憶,勢必導致學生對知識的淺層次認知,繼而在解題過程中出現反復犯錯的現象.而深度學習注重學生的體驗和探究,強調對知識觀念的理解和自主建構,不僅關注學生的學習結果還重視學生的學習狀態和學習過程.[2]

筆者在上述的課例中突破了教材的束縛,根據學生的知識能力、學習動機、情感態度以及相關的教學內容、教學目的創設了不同模式的實驗活動,為學生提供不同的實驗方案.學生學習物理知識不再依賴于教師的講解,而是通過實際實踐操作提出問題并進行探究,形成物理觀念繼而通過開放性實驗深化觀念完成知識的內化與遷移.以實驗貫穿課堂,增強學生體驗感和成就感,提高學生的自我效能感,有效地培養了學生的思維品質,促進了深度學習真正的發生.