指向深度学习下多版本教材中探究实验的整合教学

摘 要：“课堂一听就懂、课间一看就会、课后一做就错”的不良现象归根到底是学生没有达到深度学习的状态.本文以初中物理教学中“探究电流的热效应”为例，引导学生在感受生活问题中引入探究问题、在整合多版本教材中将实验装置进行优化与改进，以及对实验方案进一步改进等，促进学生在探究实验中进行深度学习.

关键词：深度学习;探究实验;整合教学

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）20-0047-04

作者简介：贾火炬（1973-），男，安徽芜湖人，硕士，中学高级教师，研究方向：中学物理教育教学研究.

“课堂一听就懂、课间一看就会、课后一做就错”是目前初中物理教学中出现的较为普遍的现象，出现这种不良现象的根本原因在于学习者没有达到深度学习（deep learning），就初中物理学科本身特点而言，深度学习就是一种理解性地、有意义地学习，是用以描述学习者的学习状态、投入程度、认知体验等的一种学习，是学习者在充分理解材料的基础上将新学习知识与原有知识有效建构在一起从而更新原有认知结构的一种学习[1]，这种学习方式会让学生对新学习知识提出科学有效的解决策略，进而实现在巩固原有知识的同时掌握新学习知识，再将新学习知识与原有知识有机整合，实现真正理解的目的.

物理是一门实验学科，为了促进学生对探究实验的深度理解，助推课堂教学效果的发展性，教师在设计探究实验时不能只局限于所教版本教材中的实验方案，而需要综合多版本教材中的设计方案，体现“用教材教、駕驭教材，而不是受制于教材”的理念，这样可以根据学生的认知特点、思维发展程度，集思广益、取各版本教材之长，从而对探究实验进行整合及重组，优化探究方案，将最优的实验方案展示给学生，培养学生运用多种思维方式科学有效地探究最优化实验方案的高阶思维能力，以及发展探究实验中问题解决的能力，进而达到深度学习的目的[2].本文以初中物理教学中“探究电流的热效应”为例，引导学生在感受生活问题中引入探究问题、在整合多版本教材中将实验装置进行优化与改进，以及对实验方案进一步改进等，促进学生在探究实验中进行深度学习.

1 多版本教材的现状及对比分析

本文所指的多版本教材主要指人教版、北师大版、苏科版和沪科版这四种版本教材，笔者通过对这四种版本教材中“探究电流的热效应”的实验进行分析，发现四种版本教材在处理“探究电流的热效应”的课题名称、实验方法、比较电热、设计电路图、实验说明等存在细节上的差别，这为整合多版本教材中探究实验的教学提供依据.

1.1 多版本教材的现状分析

初中物理教材中“探究电流的热效应”一节基本都是安排在电功率知识版块之后，是深化对欧姆定律、电功、电功率的理解及应用，更是为学习家庭电路及生活用电提供依据，可以说“探究电流的热效应”在学生整个电学学习中起到承上启下的作用，其探究实验更是对电学实验起到深化与巩固的作用，只是不同版本教材处理“探究电流的热效应”的方案不尽相同，略有差别，但设计方案的基本理念都是通过转换法的思想，即将电阻丝产生的热量转化为易感受到的物理量，这里的差别主要表现在用什么物理量显示电阻丝产生的热量.

1.2 多版本教材的对比分析

多版本教材在设计“探究电流的热效应”时都采用控制变量法这种基本物理方法，只是在设计的基本思想方面可以大致分成两大类：其中一类是以人教版为代表的逻辑连贯型，主要是通过生活中常见的电热器在使用时会产生热量，这些热量从哪里来？到哪里去？电热器会产生大量热量而与此相连的导线为什么几乎不发热？由此让学生带着这些问题通过设计实验来解决;另一类是以北师大版、苏科版、沪科版为代表的解决问题型，主要是对生活中常见的电热器设置一定的问题，让学生以发现问题为基础，以解决问题为目的，通过科学探究的基本方法研究电流的热效应，如通电的电热器会发热，产生的热量是否会与电流大小有关？电炉用导线连接在电路中，通电时电炉热得发红而导线却几乎不热，这是否能说明电热与电阻有关系？

在多版本教材中电流热效应的实验设计方面，笔者以上面分析的两种取向为基础，从课题名称、实验方法、比较电热、设计电路图、实验说明等方面对其尽心对比分析，见表1，从中可以看出多版本教材在探究电流的热效应的实验安排上各有独特之处.从有意义深度学习角度出发，逻辑连贯型稍微好些，让学生在思考问题的逻辑思维上有一定的连贯性，促进科学思维的养成，进而达到深度学习的目的;从科学探究的角度看，解决问题型稍微好些，不仅可以增强学生善于发现问题、解决问题的意识，而且更重要的是可以在问题指引下进行科学探究素养的培养，为深度思考问题提供动力，进而提升学生解决实际物理问题的能力.

2 多版本教材下整合教学的实施建议与策略

2.1 引导学生在感受生活问题中引入探究问题

物理来源于生活，生活中处处存在物理，教师引导学生在感受生活问题中引入探究问题是学习物理的基本理念，即通过提供与生活中有关的电热器产生电热的现象及问题，让学生思考并解决，在解决问题的过程中培养学生科学思维、提升科学探究的能力，进而实现培养高阶思维下深度学习的目的.

教师可以让学生先认识电热器，如电烙铁、电炉、饮水机、电热油汀等，通电后会将电能转化为内能，这种现象即为电流的热效应，这样顺水推舟地提出电流的热效应与哪些因素有关？再将提出的问题抛回到生活中去，由此感受生活，如图1所示，提出问题“影响电热的因素有哪些”，这样根据讨论分析可以猜想出如图2所示的影响因素.通过借助生活提出问题，再回到生活中提出解决问题的猜想，可以说处处带着问题进行有目的的科学探究，为科学探究开启良好开端，实现带着问题进行深度探究.

2.2 引导学生整合多版本教材中实验装置的优化与改进

在上述对电热与哪些因素有关的讨论分析中，提出电热可能与电流、电阻、时间等多个因素有关，学生都知道需要采用控制变量法，我们都知道控制变量法贯穿整个初中物理教学的始终，这样探究实验显得简单，只是难以解决如何将电热在探究实验中显示出来.如图3甲所示，以人教版为代表的方法是通过U形管一侧液面上升高度反映电阻丝产生热量多少，这种原理由于利用的是空气的热胀冷缩使U形管一侧液面上升，因此教师在实验前后一定要保证容器密闭性，千万不可漏气，再者U形管内液体如有气泡则要排出，且实验前使U形管两侧液面相平;如圖3乙所示，以北师大版、苏科版、沪科版为代表的是通过温度计示数上升高低反映电阻丝产生热量多少，因此，为了使液体在吸收相同热量时温度上升明显，一般选择比热容较小的液体，如煤油，由于这种方案是通过加热液体使温度计示数上升，因此液体质量多少也会影响实验时间长短，这些都需要在实验前进行考虑的.具体这两种显示电热的方案在上表1中已作说明.

为此，为了整合多版本教材中实验装置的优点，笔者特对实验装置进行适当改进，具体改进方案有以下几点：（1）如采用图4装置显示电热，电阻丝加热瓶内有空气，空气内能增大，气压随之增大，这样瓶中煤油在气压作用下通过细玻璃管上升，即通过煤油在细玻璃管中上升高度显示电阻丝产生热量的多少，这样显示电热的方案比之前的两种方案更好，主要表现在瓶内气密性易得到控制、细玻璃管中的煤油没有气泡、煤油上升高度非常明显等[3]，因此，极易让学生理解;（2）实验中选用的不同电阻丝的阻值应该相差稍微大点，如采用阻值稍小的铜丝和阻值稍大的镍铬合金丝，这样在探究电热与电阻关系时，煤油在细玻璃管中上升高度会存在明显差值，极易得出实验结论;（3）为了使实验结论具有科学性、普遍性、合理性，可以在设计电路时添加上滑动变阻器，如图5所示，特别需要说明一下，在研究电热与电流关系时，可以事先将控制两个相同电阻丝的滑动变阻器阻值调为0，然后保持其中一个滑动变阻器滑片位置不动，调节另一个滑动变阻器滑片，研究电热与电流的关系，然后再保持滑动变阻器滑片在某一位置不动，调节另一个滑动变阻器滑片位置，重复实验，得出实验结论;（4）研究电热与加热时间的关系时，可以选择其中任意一个实验装置，以图5甲中电阻丝R=10Ω为例，控制两次开关闭合时间不同，观察煤油在细玻璃管中上升高度，注意每次闭合开关时一定要让细玻璃管中煤油回到起始位置，这样实验结果才更准确.以上整合多版本教材中的实验装置进行的优化与改进可以说是更清晰，得出的实验结论更科学，避免额外因素对实验结果的影响.

2.3 引导学生在整合多版本教材的基础上进一步改进方案

黄网官老师在“初中物理深度学习：从理解到发生”一文中指出[4]，深度学习不是一种综合性的学习，更不是对学习知识的重新组合，而是一种以包容性、思维多样性、科学建构为核心的深度学习.对于深度学习下多版本教材中探究实验的整合教学，如果到此就认为实验教学得到圆满完成的话，那与深度学习的本质是不相符合的，对学生思维能力的培养也就只能停留在课本实验教学之中.

盛建国老师在“基于原型与经验的物理深度学习策略”一文中谈到[5]，学生在学习完课本知识后需要进行自悟式学习，这是对深度学习的一种较好的内趋式体现，是实现实验教学方式多样化、思考问题形象化、科学思维敏捷化，促进学生深度学习真正发生的一种学习方式.如在探究电热与哪些因素有关时，可以对以人教版为代表的实验装置进行适当改进，在显示电热方面，可以用气球膨胀程度来替代U形管一侧液面上升高度，实验装置如图6甲所示;同样可以对以北师大版、苏科版、沪科版为代表的实验装置也进行适当改进，教材中通过液体温度变化比较电阻丝产生热量多少，如图6乙所示，将两个阻值不等的电阻丝分别绕制成电阻圈，串联在电路中，将相同的火柴棒分别插入电阻圈一样位置处，通过火柴棒被点燃的先后顺序判断电热大小，进而研究电热与电流、电阻、加热时间的关系.

3 结束语

多版本教材中探究实验的整合教学将是物理实验教学的一种必然趋势，这种整合实验教学是以实验教学为导向、以解决问题为宗旨、以培养科学探究精神为目的，结合学生认知结构特点促进深度学习的发生，进而实现深度学习下实验教学课标的有效落实.

参考文献：

[1]张丽君.基于深度学习的初中物理实验探究型教学[J].中学物理，2021，39（14）：33-35.

[2]任虎虎.促进深度学习的多版本物理教材整合教学——以“运动的合成与分解”教学为例[J].教学与管理，2019（07）：48-49.

[3]谭振兴.“五创”物理实验教学 促进学生深度学习[J].中学物理，2021，39（12）：8-10.

[4]黄网官.初中物理深度学习：从理解到发生[J].教育研究与评论（中学教育教学），2019（08）：28-32.

[5]盛建国.基于原型与经验的物理深度学习策略[J].物理教学，2019，41（08）：44-46+68.

（收稿日期：2021-06-30）