基于深度学习的初中物理实验备课策略

摘      要 深度学习是一种主动的、探究式的、理解性的学习，是落实学生核心素养的有效途径，而學生的深度学习离不开教师的深度备课。文章以“探究光的反射规律”实验为例，提出了“解析实验逻辑，优化探究顺序;重视认知体验，改进导入活动;深入学科本质，厘清概念内涵;追寻概念本源，注重学科融合;反思实验方法，改进具体方案”等深度备课策略。

关 键 词 初中物理  实验教学  深度学习  深度备课  光的反射

任少铎.基于深度学习的初中物理实验备课策略[J].教学与管理，2022（25）：51-53.

深度学习最早于1976年由国外学者提出[1]，以后陆续有各国学者在此基础上对深度学习进行了不同角度的分析和研究，国内也有不少学者对深度学习进行了广泛研究。结合目前国内外关于深度学习的研究，笔者比较认同：深度学习与浅层学习对立，是一种基于理解的学习，涉及学习的投入程度、认知体验和思维程度等方面[2]，强调内容整合，着意建构反思，注重批判理解，重视迁移运用[3]。笔者认为：深度学习是基于体验的投入式学习，是注重批判的理解性学习，是打破学科界限的跨学科学习，是培育核心素养的发展性学习。

教师的“教”与学生的深度学习有密不可分的联系。深度学习是复杂的信息加工过程，学生须对新知识进行有意义和精细化的深度加工，这都需要建立在教师深度引导的基础之上。米里斯认为，要促进深度学习，教师首先要明确教学重点，并精心设计活动促进学生的深度参与和理解[4]。安富海认为，要促进深度学习，需要教师在课下做足“功课”并做好教学设计[5]。郭华认为，深度学习发生的先决条件是教师的自觉引导。深度学习离不开教师有深度的“教”，这已经成为教育界的共识。要实现有深度的教，就要进行有深度的备课。

实验教学是物理教学的重要内容。“探究光的反射规律”实验，是《义务教育物理课程标准》中学生必做实验之一，其重要性不言而喻。由于实验的复杂性以及概念的抽象性和光路的空间性，不少学生对于该实验的学习仅仅停留在以记忆为主的浅表学习。针对该实验，笔者提出了几点深度备课策略，供广大师生参考，以期为深度学习领域提供可借鉴化的经验。

一、解析实验逻辑，优化探究顺序

光的反射实验有两个重要的实验环节，“探究入射光线、法线和反射光线的空间关系（以下简称三线的空间关系）”和“探究反射角、入射角的大小关系（以下简称两角的大小关系）”。“探究三线的空间关系”应当在“探究两角的大小关系”之前，因为用纸板显示光路并“探究两角的大小关系”时就已经呈现并默认三线在一个平面内了（与纸板同在一个平面）。倘若先“探究两角的大小关系”后“探究三线的空间关系”，那么就会先“呈现结论现象”再来“探究”，如此并不符合科学探究的逻辑。

教材（人教版，下同）中这两个环节的先后顺序为：先“探究两角的大小关系”，后“探究三线的空间关系”。这种安排逻辑并不严密，整个实验既混乱又杂糅，不利于学生由浅入深地进行层进式学习，不利于培养学生科学探究等物理学科核心素养。

二、重视认知体验，改进导入活动

初中阶段，学生的思维还停留在具体运算阶段和前运算阶段，抽象思维的发展还不完善，整个思维活动还依赖于直观的感性材料。教材中实验的导入采用的是“书、桌子等可以反射光线，因此我们才可以看见不发光的物体（如图1所示）”。教材采用的导入情境非常抽象，由于看不到光路，学生对光的反射现象缺乏直观感受和体验，自然很难深刻认识。在对现象都缺乏感受和认识的情况下就探究其深层次的规律，并不符合学生的思维特点和认知规律，导致学习很容易变为以记忆为主的浅层学习。

为促进学生进行基于兴趣的学习，应设计活动加强学生对光的反射现象的体验和认识。让手电筒发出一束光斜射到平面镜上，在光经过的区域喷空气清新剂等喷雾，就可以看到一条明显的光路，同时可以在天花板或墙壁上看到光斑（如图2）。改变入射方向，让学生观察光路和光斑的变化情况，这样不仅可以使学生在实验前就对光的反射现象有一个直观的体验和认识，还可以激发学生的探究兴趣，使学生带着兴趣全身心地投入到接下来的探究。

三、深入学科本质，厘清概念内涵

光的反射实验涉及到“光”“光路”“光线”等三个易混淆的概念。“光”本身是看不见的，“光”只是我们看物体的工具，通过“光”我们才可以看见物体。“光路”是指光的传播路径。“光线”是表示光的传播路径和方向的直线，是一种几何抽象和理想模型，现实中并不存在。

教材的内容设计并不利于学生深度理解和区分这三个概念。在实验前，教材并没有深入分析三者的内涵和区别;在具体实验步骤中，教材的问题“把纸板NOF向前折或向后折，在纸板上还能看到反射光吗？”还把“光”和“光路”混淆了。在实验过程中，教材所给的实物图（如图3）与结论的插图（如图4）极其相似，学生容易误以为图3中纸板上呈现就是入射光线和反射光线。事实上，纸板上呈现的既不是反射光，也不是光线，而是光路！纸板上被照亮的部分呈现了光束传播的路径。

为促进学生进行深入学科本质的理解性学习，有必要帮助学生厘清“光”“光路”“光线”这三个概念，并明确其区别与联系。首先，在实验前就先引导学生明确三者的内涵和区别。借助刚刚的导入活动给学生介绍“光”“光路”的区别，在展示完光的反射现象后，不关手电筒，待空气中的喷雾散去后，问学生：为什么空气中看不见光了？并引导学生思考得出：光本身是看不见的，光只是一种工具，一种我们用来看物体的工具。通过光我们才能看见物体，由物体出发的光进入眼睛时，我们看到的是物体，而不是光或光束（空间中具有一定关系的光的集合）本身。刚刚我们以为自己看到了手电筒发出的光束，事实上我们看到的并不是光束，而是大量被光照亮的小颗粒，这些小颗粒呈现了光的传播路径（光路）！而“光线”是人为用来表示光的传播路径和方向的直线，是一种物理模型，现实中并不存在。其次，在实验中要进一步通过现象深化学生对三者（“光”“光路”“光线”）的理解。当用激光笔贴着纸板照射时，让学生思考纸板上呈现的究竟是“光”“光路”还是“光线”，通过交流讨论，学生能够知道，纸板上呈现的既不是“光”，也不是“光线”，而是“光路”！

深度学习是深入学科本质的理解性学习，概念是物理知识的核心，只有对实验中涉及到的概念有深刻的理解，才能对实验有深刻的理解。倘若“光”“光路”“光线”三个概念都不能厘清，那么学生对本实验的理解必然是浅表的而不是深刻的。通过对实验中涉及到的概念进行深度建构和理解，使学生深度厘清本实验所涉及的几个概念，不仅有助于提升学生的物理观念等素养，更有助于促进学生深入学科本质进行理解性学习，实现以理解为主的深度学习。

四、追寻概念本源，注重学科融合

新概念的引入不能仅仅是机械的介绍概念的定义和内容，而应该关注引入概念的缘由和逻辑，只有学生明白了引入新概念的缘由和逻辑，才会对新概念有本质上的认识和理解，并最终形成属于自己的知识体系。

法线是光的反射现象中需要引入的一个重要概念，教材对于法线的引出并没有铺垫，而是直接给出了法线的概念。不少教师在教学中也是按部就班地给出法线概念并让学生记住。由于缺乏理解，学生的学习便仅仅停留在了以记忆为主的浅层学习。

深度学习是跨越学科界限的融合性学习，法线本质上是入射光线和反射光线的“对称轴”，而“对称轴”又是数学的内容，因此有必要将物理与数学深度融合。要让学生对法线的内涵有深度理解，需要引导学生跨越学科界限追寻引入法线的本源。按照正常教学进度，学习到光的反射这一节时，数学（人教版）刚好学完轴对称。再次打开手电筒并向空中喷雾，多次改变入射角的大小，让学生观察两条光路如何变化，有什么特点，不少学生就会答出：关于中线对称。此时教师再进一步提问：这个中线在数学中称为什么呢？以此激发学生从数学的角度思考光线的对称及对称轴，实现物理与数学的深度融合。然后结合数学中的对称轴概念引出法线的概念，学生就可轻松理解引入法线的缘由，从而明确法线概念的本源，实现对本实验的深度学习。

五、反思实验方法，改进实施方案

实验方法指的是实验中所采取的方法或步骤，是通过对可重复的实验现象进行观察，从中发现规律的研究方法。为了得到普遍结论，实验所用的方法必须科学严谨。

教材探究三线（入射光线、法线、反射光线）的空间关系所采用的方法是反证法，即先呈现三线在同一平面这一现象，然后把半个纸板向后折或向前折，纸板上看不到反射光路，由此得出三线在同一平面。这种做法存在一系列的问题。首先，先呈现结论再翻折纸板的操作是验证（反证）已有结论而不是探究未知规律，不符合探究实验的理念;其次，物理学是一门严谨的自然科学，要得出普遍结论或一般规律必须多次实验，而课本却通过一次实验便得出普遍结论，有违探究实验的严谨性。

这种利用反证法的操作晦涩难懂，不少学生不得不记住这一操作及其所对应的结论，使得本应是帮助学生理解相关现象和原理的探究实验反倒成为学生需要额外记住的累赘，将有意义的探究学习变成了无意义的机械学习。

为促进学生的深度学习，有必要对实验步骤进行适当优化。一开始，不让纸板的两半在同一个平面，先让入射光束沿着其中一半纸板射向镜面，然后转动另外一半纸板，当刚好可以呈现反射光路时，观察两半纸板的的位置关系（此时两半纸板在同一平面）。接着将纸板沿着垂直于桌面的轴旋轉一定角度，重复实验，会发现，每一次刚好可以呈现反射光路时两半纸板都处于同一平面，并由此得出普遍规律：光反射时入射光线、法线和反射光线在同一平面。

当前，课堂教学依然存在着大量表演学习、表面学习和表层学习现象，不少教师仍是按部就班地传递碎片化的知识，学生收获的只是孤立、零散的记忆性知识，学生的学科知识、学科能力、学科素养未得到有效渗透。导致这种现象的原因，很大一部分是教师在课前没有进行充分的深度备课。为了促进学生的深度学习，切实提高学生的学科核心素养，将课程改革落到实处，教师需要具有深度备课的意识和能力。只有教师进行了充分的深度备课，才能帮助学生摆脱机械记忆的深渊，实现从浅表学习向深度学习的飞跃，让物理学科核心素养真正落地生根。

参考文献

[1] 郭元祥.论深度教学：源起、基础与理念[J].教育研究与实验，2017（03）：1-11.

[2] 任虎虎.促进深度学习的多版本教材整合教学——以“运动的合成与分解”教学为例[J].中学物理教学参考，2019，48（13）：37-39.

[3] 安富海.促进深度学习的课堂教学策略研究[J].课程·教材·教法，2014，34（11）：57-62.

[4] 杨清.走出“课堂深度学习”的认识误区[J].中国教育学刊，2020（09）：71-76.

[5] 安富海，陈玉莲.深度教学及其路径研究[J].教育探索，2017（05）：6-10.

【责任编辑  孙晓雯】