深度学习视域下的高中物理实验教学对策

张晓希

摘   要：在高中物理实验课堂中，通过深度学习理念的引入，合理制定实验教学对策，可以使得学生更好地主动参与到实验学习中，并且有助于学生科学思维水平的提高和科学探究能力的提升。

关键词：深度学习;高中物理;实验教学;伏安法测电阻

引言

在强调通过高中阶段物理教学发展学生的物理学科核心素养的今天，如何制定教学对策，以便更好挖掘学生思考的深度、广度，以及激发学生的学习兴趣尤为重要。在这一时代背景下，深度学习越来越为教育界所重视。

1  深度学习的特征

教育学中的深度学习是指学习者在理解的基础上，全身心地投入，对各种新思想及事实进行批判性学习，将新知识融入到学习者自身原有的知识体系中，实现各种不同类型思维的联系及融合，高阶认知并主动参与的一种获得感强烈的学习活动过程。有别于传统的机械式学习，深度学习主要具有以下几个方面的特征。

1.1  从学习方式上看，深度学习是一种主动式的学习

深度学习一词源于人工智能领域，本意是指机器人的一种有别于传统机械式运算记忆的、融入“思考”“进步”的全新学习方式。教育学中的“深度学习”一词，强调学习者的深度思考和带有强烈动机的主动学习[ 1 ]。

深度思考是深度学习的基础，而判定学习者思考水平高低的标准之一就是其问题意识是否浓厚。在传统的机械式学习中，学习者往往流于被动接受知识，其思考模式处于类似于“来料加工”的较低水平，对知识点的掌握水平仅仅停留在记忆的程度，甚至为数不少的学生处于合上课本后既不能复述知识、更遑论理解乃至应用知识解决实际问题的“无学习”状态。而深度学习的学习者在学习过程中，由于其带有强烈的主动学习的学习动机，而能够基于深度思考提出有价值的问题，进而基于问题解决对所学内容进行科学探究。

1.2  从学习过程上看，深度学习注重知识间的拓展与联系

在传统的学习过程中，学习者往往“就事论事”，将所学知识点视作一个个孤岛，没有办法将知识内化形成系统的知识体系。另外，学习者在进行传统习惯下的学习过程中，其思维过程容易只是停留于大脑中，无法具象化对外呈现，这将不利于学习者回顾其思维过程、完善知识架构以及发现自身逻辑思维的不足。

在深度学习的学习过程中，学习者注重知识间的拓展与联系，具有利用工具实现思维外显的意识。学习者能够在深度思考的基础上，主动寻求对核心概念的理解和对知识的协同建构。同时，与浅层学习相比，深度学习的学习者自主学习能力较强，能够学会主动利用各种工具来显化自己的思维过程，对获取的新知识进行深度加工。学习者对知识能够从了解到理解到分析到综合运用，达到高阶思维层次。

1.3  从学习情感上看，深度学习注重学习者的获得感与参与感

按照现代建构主义教学理论的观点，学生在学习过程中自我构建的程度的高低极大地影响了学生最终的学习成果的好坏，而其在学习过程中体会到的获得感则构成了学生学习时主动进行自我构建的基本动力。在获得感的“加成”下，学生得以体验到一种自我实现的内在满足，进而有助于培养起效率意识和自主意识，从而促进其个性化的成长和创造性思维的产生。

在深度学习的氛围中，学生更容易围绕具有挑战性的学习主题，在轻松平等的氛围内进行自由思考，在理解知识的前提下扩展思维，主动学习并解决问题。因为深度学习中的问题更具有挑战性，更容易激发学生的学习兴趣，在学习过程中学生也更容易通过自发的研究型学习而获得更多的获得感与参与感。

2  深度学习理念引导下的高中物理实验教学对策

物理是一门基于观察和实验的自然科学领域的基础学科。高中物理课程宗旨在于落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养[ 2 ]。高中物理教学需要通过合理的情境设置、适当的问题提出来培养学生的科学思维和科学探究能力等学科核心素养。其中，高中物理实验因其基于生活中的真实情境、便于引导学生围绕一个中心问题展开推理分析和科学实践等特征而特别有利于培养学生的物理学科核心素养，从而在整个高中物理课程中占据了相当重要的地位。

在高中物理实验教学中，按照实验任务推进的顺序，可以在以下几个方面借助于深度学习理念形成更加便于培养学生物理学科核心素养的高中物理实验教学对策。

2.1  课前深度预习，培养问题意识

如前文所述，深度学习的特征之一在于学习者在学习过程中体现出的主动性。深度学习的学习者往往能够通过主动深度思考，挖掘出知识点背后的关联性，以及从普通生活情境中提炼出物理情境、并进一步发掘出值得研究的有价值的问题。当学习者带着深度学习的理念进行课堂前的预习时，其预习的深度和效度无疑将大大优于普通学习者。

传统高中物理实验课堂往往囿于高考压力，呈现出学生题目练习多、自主思考少的特点。学生甚少带着思考过的问题进入实验课堂，而往往仅仅满足于对教师所教授的实验目的、操作步骤和常见误差分析等知识点的简单记忆。

在深度学习理念引导下，教师可引导学生在真正进入实验课堂之前先进行深度预习，这有别于传统学习模式下对实验报告的简单抄写，而是在明确相关物理原理的前提下，安排学生进行任务式学习，以环环相扣的问题串代替传统实验报告的“一、二、三”分点设计，引导学生在主动思考的学习模式下，对实验的原理、实验步骤的初步设计、实验目的的达成等进行自主的有深度的思考工作，提出值得研究的實验设想并做出合理的假设。通过合理的深度学习，学生提出了有价值的问题;在深度学习理念引领下的实验预习的实践中，其问题意识得到了提升。

2.2  课中完善实验，形成高阶思维

深度学习的学习者在学习过程中格外注重知识点间的拓展与联系，他们能够在主动深度思考的前提下，自发挖掘知识点间的联系和区别，主动建构知识模块间的网络体系。

相比于传统学习模式的学习者，深度学习的学习者能够从自身性格特点和学习特点出发，寻找合理的思维外显工具，如思维导图等，来将学习过程中自身的思维过程进行可视化的记录，从而使之成为一份可回溯的、有利于学习者在学习过程中不时回顾以及学习过程结束后能够用来进行反思和思维提升的有价值的资料。

在传统高中物理实验课堂中，学生可能因考试压力而对教师所授内容亦步亦趋，既无此思维习惯、也无此时间精力能够联系本节实验内容与前面所学相关章节知识之间的联系。而在深度学习理念指引下，学生将通过再思考和再建构，针对实验相关的其他知识点进行知识框架整合，对自己在预习环节所提出的实验假设及初步设计方案进行再修正和再完善。

同时，学生可以利用思维导图等工具，将自己通过主动深度思考而设计得出的实验原理、问题解决过程、实验步骤等加以可视化的呈现，从而使自己在实验课堂中的思维再深化得到有力抓手。

这样，学生通过深度学习理念的植入，使得实验的过程不再只是简单的模仿与应试，而是在主动的、关联性的深度思考过程中，实现科学思维的深化和拓展及高阶思维的培养。

2.3  课后深度互动，促成过程互助

受限于课程知识容量和应试压力，传统的高中物理实验课后学生往往只是针对习题进行思考，并不能很好地真正受到实验的启发而对相关知识点取得更加深层的认知;同时也容易因为学习方式、学习工具的单调性，而使得传统的高中物理实验课后学习难以激发学生学习兴趣，从而影响学习效果。

另一方面，深度学习的特征之一就是易于使学习者通过主动学习，找到有价值的、且存在浓厚兴趣的问题，并加以有价值的思考。如果教师能够充分挖掘深度学习所激发的学生的浓厚学习兴趣，就能引导学生在实验课后对课上实验设计、操作步骤乃至误差分析等进行进一步的分析学习，从而对知识点取得更深的认识、使自己的科学思维水平和科学探究能力得到进一步的提高。

在实验课后，教师可以通过牵头学生组成学习互助小组的方式，利用同伴效应，鼓励学生针对实验课堂中的某个实验方案、某个操作步骤、或实验中出现的某种误差现象，通过讨论和再实验等方式，挖掘出具有挑战性的问题，并围绕这一问题进行再讨论和再实验的深度学习活动。在学生组队进行深度再学习和再认知的过程中，学生可以感受到身边同伴的积极思考所带来的正面效应;在和同伴的讨论乃至辩驳中，学生也将由于真正参与了思考与再认知而获得获得感和愉悦感等情感收获[ 3 ]。

3  深度学习理念引导下的高中物理实验教学活动设计

下面以高中物理教材必修第3册中“测量金属丝的电阻率”这一实验为例，对深度学习理念引导下的高中物理实验教学活动做一设计。

3.1  环节一：课前深度预习，厘清实验原理

在课前，教师可在发放的相关导学案中，通过一系列并列式及递进式的问题串，引导学生对本实验的原理进行思考及设计。

如，教师可先设置第一层次的问题，引导学生回顾之前学习过的伏安法测电阻的思路，帮助学生进一步意识到该方法是对电阻的比值法定义式R=的具体应用之一，可用于本实验中金属丝电阻值的测量;同时回顾电阻的决定式R=ρ，由以上二式确立本实验中测量金属丝电阻率的基本思路即利用伏安法测出其电阻值，再利用电阻决定式反求出其电阻率。

进而设置第二层次的问题，引导学生回顾之前学习过的伏安法中电流表的内接及外接法，以及两种接法的误差产生原因，进而引导学生通过观察器材铭牌，发现本实验中所用金属丝阻值较小，应使用电流表的外接式接法;同时引导学生回顾滑动变阻器的分压式及限流式两种接法，通过问题串的设置，引导学生对本实验中采用上述两种接法时待测金属丝两端电压的可调节范围进行估算，进而发现采用限流式接法可以满足实验需求，同时培养学生的估算能力。

至此，教师通过问题串的设置，无形中引导学生进行了深度学习理念下的深度预习，对本实验的测量原理、电路设计都通过其自身自主思考，有了初步认知。学生通过对教师层层设问的思索与回答，实验设计逐步成型，在完成任务的过程中其设计实验的能力、以及对实验器材的选用能力都得到了提高。

3.2  环节二：课中完善实验，建构知识框架

在实验课堂中，教师可引导学生在早先深度预习的基础上进行实验，并通过可视化工具如思维导图等对相关知识点进行框架梳理（图1），从而实现实验学习中的知识深度整合，化机械操作为自主思考、化盲目解题为解决问题。

3.3  环节三：课后深度互动，拓展测量思路

课后，教师可引导学生利用学习互助小组进行针对本实验的设计思路等的再思考和再拓广，通过对本实验相关知识点的挖掘，进一步提高学生对实验原理的理解、以及实验设计能力。

例如，教师可以引导学生思考：如果实验中所给的电压表或电流表量程不符合实验测量的要求，比如量程过小，我们可以怎样利用实验室里的器材进行改造？通过学生的思考讨论，其对电表的改装问题的理解将再进一步加深。

又如，教师可以引导学生讨论：既然电流表的分压效应、电压表的分流效应是造成伏安法测电阻中的电流表内、外接法误差的原因，那么可以如何利用单刀多掷开关等，通过多次测量来消除电表所造成的误差？这实质上是在引导学生对二次测量法进行思路挖掘。

教师也可以引导学生这样思考：假如实验室中不能同时提供电流表及电压表，但同时可提供电阻箱，那么可以怎样在只有一只电表的情况下进行实验？这实质上是引导学生架构安阻法、伏阻法的测量思路。

再如，教师可以引导学生思考这样一系列问题：在待测部分两端电压不变的情况下，如果在待测电阻旁边多串联一个等值电阻，则电流表示数将如何？（半偏法）;如果将待测电阻进行替换，发现电流表示数不变，说明了什么？（替代法）;如果电流表示数变为原先的三分之一，说明了什么？（比例法）

思路再演进，利用比例法的原理，教师可以再设问，引导学生理解电阻测量中电桥法的使用原理。进一步，针对优秀学生，教师甚至可以再给出补偿法电路图，引导学生进行电路的分析与鉴赏。

通过上述的一系列发问，学生在课后在完成了本实验相关的数据处理及误差分析之外，更以小组互助讨论学习的方式，通过深度思考，实现了知识框架的再扩展与再融合，其本节课的实验学习不再仅仅是一个孤岛，而更是从其原有知识体系中延展出的一个新的节点。

4  结语

高中物理实验教学因为物理学科本身的基于观察和实验的属性，以及需要在思考中提升科学思维、在实践和检验中培育科学探究能力的学科特性，而被赋予了高中物理教学体系中十分重要的地位。深度学习因其带有学习者强烈的学习动机和学习者深度思考的特征而在近年来倍受教育界推崇。

在高中物理实验教学中，若能引导学生进行深度学习，将能使学生：在课前通过深度预习实现对实验目的的提前明确、在对实验方案的设计过程中对实验内容获得更加深层的认知;在课中通过深度思考和发散性思维的运用，通过合理选择工具显化思维，从而能够对实验原理有进一步的认知，并在实践过程中通过再思考和再修正，提升科学探究能力;在课后通过深度学习主动思考給学习者带来的获得感和愉悦感，使学生更易于挖掘有价值的问题并加以研究，从而提升其科学思维水平。

参考文献：

[1] 张侨平，陈敏，金轩竹. 理解深度学习 促进深度教学[J]. 教育科学研究，2021（4）：50-54.

[2] 中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2019版）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[3] 马旭红. 基于核心素养下的物理实验中探究能力培养的几点思考[J]. 科技资讯，2020（17）：228-229.