深度学习视角下初中物理实验教学策略
2023-05-30侯丽容
侯丽容
摘 要:针对当前初中物理實验教学中存在的实验探究形式化、实验操作模式化、实验教学习题化、育人功能浅层化等问题,在深度学习视角下提出初中物理实验教学的六种措施,以相关的实验教学案例为载体进行详细的阐述,以期倡导实验教学中注重实验创新,注重发挥实验教学的育人功能,注重落实物理学科核心素养,促进学生的深度学习。
关键词:深度学习;初中物理;实验教学;实践探索
引言
深度学习是以高阶思维发展和实际问题解决为目标,以整合的知识为内容,学生积极主动地学习新知识,解决新问题的一种学习方式。深度学习注重知识的迁移应用,强调“知行合一,学以致用”,是提高教师实验教学水平的有效途径。反观当前初中物理实验教学的现状,实验探究形式化、实验操作模式化、实验教学习题化、育人功能浅层化等现象时常发生。究其原因,主要是教师在实验教学过程中重试题分析、轻实验探究;重情境模拟、轻真实实验;重实验结果、轻思想方法;重单科知识、轻学科融合[ 1 ]。这些都限制了实验育人功能的发挥,不利于促进学生核心素养的培育。初中物理实验教学,要达到深度学习的预期目标,就要灵活选用多样化的实验教学策略作为支撑,以激活学生深度探究的兴趣,激发学生深度学习的潜能,达到深度学习的效果。
1 从“直接讲授”走向“情境学习”
在《义务教育物理课程标准(2022版)》的课程理念中明确指出,要注重科学探究,突出问题导向,强调真实问题情境 [ 2 ]。杜威也认为:情境教学是思维训练的一个重要条件。教师的角色要从传统实验的讲授者向实验教学的引导者、推动者、情境创设者转变。巧设真实情境,增强课堂教学情境化意识,在“学中玩,玩中学”的情境中体验感知、深化认识、总结规律,发挥教师主导作用,激发学生深度学习动机、彰显课堂生命价值。
例如在引入“科学探究:摩擦力”这节课时,可以创设“拔河比赛”的实验情境。如图1所示,将两本书逐页对插,叠放在一起,并在两本书的装订侧打上穿绳孔,穿上拉绳。提出问题:能否通过拉绳子,轻易地把这两本书拉开?谁愿意来挑战一下?凭直觉,学生以为拉开两本书是轻而易举的事。当两个健壮的男生使劲拉也没能将书拉开时,会有学生不服气而跑上台助力,结果仍不能拉开,让全班学生深感惊讶。在学生获得间接感受和体验的基础上引出摩擦力,可收到很好的效果。
再如在探究“流体压强与流速的关系”教学中,可以创设“吹漏斗中乒乓球比赛”的挑战游戏。如图2所示,将一粒乒乓球放在开口向上或开口向下(先用手托住)漏斗的锥形口处,对着漏斗直管吹气,看谁能把里面的乒乓球吹走?潜意识里,学生认为吹走一粒乒乓球易如反掌。参赛学生信心十足,可乒乓球好似着了魔,只是在漏斗口不停打转,就是吹不走。此时引发学生思考,进而引出流体压强与流速的关系。通过创设这样的情境,能有效设疑、激趣,引发学生认知冲突,在惊叹之余,获得深刻体验与感悟,从而激发学生的好奇心和求知欲,激起学生深度学习的欲望。
2 从“单一学科”走向“学科融合”
新课标设立的“跨学科主题”需要教学中有机融入各章节教学中加以落实。实际上,在落实 “做中学”“学中做”“从生活走向物理,从物理走向社会”等教学理念中,就可以有机地促进不同学科知识之间的渗透与融合。通过创设跨学科实验情境,能有效帮助学生融通不同学科知识和跨学科素养,提高学生运用多门学科知识综合解决实际问题的能力[ 3 ],挖掘学生深度探究的潜能。
例如在对杠杆进行分类的教学中,可以创设一个模仿非遗项目“中国剪纸”的实验操作。先让一男生从给定的多种剪刀中自选一把来剪铁皮。不出意外,学生会选择省力剪刀。接着进行小组剪纸比赛,每组配有两种剪刀。受前面男生选省力剪刀的影响,不少学生也选省力的剪刀来剪纸,结果选用省力剪刀的小组输掉了这场比赛,以此引发全班学生思考其中的原因,得出比赛获胜的关键是要快,而要快关注的是省距离,从中领悟到省力与省距离是一对矛盾。之后,再播放园艺工人修剪绿篱和树枝的视频情境,让学生进一步体会在实际应用中,修剪绿篱追求快,修剪树枝追求力气大,选用的剪刀自然就不同。
通过这样跨学科的活动实验情境,不仅促进了学生对物理知识的深度学习,也有机渗透了劳动观念、劳动意识教育,实现了物理学科的课程思政育人功能。
3 从“课内探究”走向“生活探索”
陶行知说过:不以生活为背景的教学是死教学[ 4 ]。自然和生活中的许多现象其实都与物理知识紧密相连,充分挖掘自然和生活中的物理教学资源,积极探索自然和生活现象中所蕴含的物理知识,让探究从课内延伸到课外,以弥补课内探究实践的不足,引领学生深度探究。
例如为了探索大自然中犬鼠洞穴的通风原理,如图3所示,可在一鞋盒的侧面钻两个洞,取一根排水软管置于盒内,其两端从洞口向外伸出,一凸一平固定在鞋盒上,在凸起管口的周围固定物体,使洞口呈隆起状。向管内放入泡沫小球,用电风吹对着两洞口水平吹气(模拟大地表面的自然风),将会看到,风不论从洞口隆起端吹向扁平端,还是从扁平端吹向隆起端,小球都从隆起端的洞口飞出。原因是当水平吹风时,隆起处洞口空气流速较大,压强较小,而平坦处洞口空气流速较小,压强较大,管道两端口形成气压差,推动管道内空气流动,带动管内小球向外飞出。
通过创设这样的实验情境,可将枯燥的物理知识转化成有趣的实际问题,使抽象的问题形象化、抽象的思维可视化,并帮助学生积累经验,激发学生对物理学科的兴趣和深度学习的欲望。
4 从“被动参与”走向“自主探究”
教师要改变传统“指令式”实验教学方式,以及学生“被动式”实验参与状态。拓展家庭小实验,给学生创造反复观察、独立思考、自主探究的空间,真正凸显学生的主体地位;引导学生像科学家一样去发现问题、分析问题、解决问题,促进学生思维的发展。激发学生深度探究、深度思考与深度挖掘的潜能。
例如为了说明空气内部向各个方向都有压强,可取一個废弃小药瓶,如图4所示。在瓶盖及瓶身打上四个小孔,将一个大注射器与三个小注射器分别插在瓶盖与瓶身的小孔上(预防漏气)并固定好,保持注射器与瓶内空气相通。然后通过推、拉大注射器活塞,改变瓶内气压,可观察到三个小注射器活塞同时向外或同时向内运动,从而说明瓶内空气向各个方向都有压强。
类似的家庭小实验因不受时间、空间以及器材的限制,可以重复进行实验,反复强化感知,具有课堂实验无法比拟的效果,能有效提升学生自主探究能力、动手实践能力与科学创新能力,克服课堂上常常是“被动参与”实验的缺陷,促进学生深度学习。
5 从“离身观看”走向“亲身经历”
陆游说得好:“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。教学中常有以播放视频来代替真实实验的做法,如果教师能勤快一些,利用身边的物品进行创新实验,也能为学生创造亲身经历的实验探究过程,能有效促进学生深度学习。
例如面对水银有毒现象,托里拆利实验常用视频代替。为了能通过真实实验引出托里拆利实验,可利用洗脸盆下方可伸缩塑料排水软管进行实验。先将软管一端封闭,往管内装满红色水后倒扣在盛有红色水的水槽中,如图5所示。此时可观察到管内水柱并不会下降,说明槽内水面上方存在大气压强,该压强能将管内水柱托住;向上拉伸软管(管口未脱离水槽的水面),管内水柱跟着上升,且仍能充满整个水管。此时追问:若管无限增长,大气压能托住无限高的水柱吗?如果不能,那么托起的水柱高度就会有一个最大值,只要测量这个最大值,不就可以计算出大气压的值了吗?进而根据液体压强公式展开分析,在大气压强不变的情况下,液体密度越大,液柱高度就越短,如果液体采用的是水银,液柱的最大高度值就会比水柱小很多,从而引出托里拆利实验。有了这样一个过渡实验,学生的思维逻辑就清晰得多,深度学习也得以实现。
再如,让学生观看马德保半球实验视频,不如用生活用品设计一场拔河比赛。如图6所示,取两只外径均约28 cm的不锈钢盆,在两盆底部外侧中心分别安装一个拉环,并系上拉绳,两绳之间再连接一根安全绳,预防两盆被拉开时拔河人员摔倒。
将密封圈铺设在一只盆的边缘,点燃两张纸放入盆内,将两盆对正扣紧,防止漏气。待盆内温度下降时,进行“拉盆式”拔河比赛。原本一拉就开的两盆,此时约需20位学生才能拉开。整个过程学生踊跃参与,积极思考,亲历实验的全过程,从中获得了直接的体验与感受,激发了学生的求知欲,促进了学生的深度学习。
6 从“个体学习”走向“合作互助”
新课标提出:教育要倡导“自主、合作、探究”的学习方式[ 5 ]。通过小组合作学习,培养学生合作精神、竞争意识和实践能力,引导学生学会倾听和表达,实现课堂的多向信息交流,突出学生主体地位,让学生真正成为课堂的主人。
例如在科学探究摩擦力的教学中,为了探究滑动摩擦力大小与压力、接触面粗糙程度、接触面大小、运动速度等因素的关系,在课堂有限的时间内,让每位学生逐一探究全部内容,显然不可能。可分组进行探究,每个小组只探究其中一两个因素。各小组成员结合个人长处,进行明确的责任分工,实验完成后,小组代表对实验过程、实验结果进行分享展示,全体同学共同归纳,综合各组实验结果,分析论证,得出结论。
又如在探究凸透镜成像规律实验中,在课堂紧凑的时间内,依据学生个体实验探究获得的一组数据,难以得出凸透镜成像规律。可分组进行探究,共同寻找凸透镜分别成放大、缩小与等大像时所对应的物距和像距值,实验完成后,各小组分享实验数据,教师将各组实验数据与其对应的成像情况,集中在一个轴线上画出简图,全体学生结合图像信息,共同归纳出与成像情况相对应的物距和像距范围,再改变凸透镜焦距多次实验,就不难得到凸透镜成像的普遍规律。
通过小组合作学习,帮助学生学会沟通、学会互助、学会分享,学会与他人齐心协力、取长补短。让学生充分体会合作学习的必要性,使不同程度的学生都能体验成功的喜悦,从而激发学生深度学习与深度探究的兴趣。
总之,实验教学是初中物理不可或缺的重要板块。作为新时代物理教师,要有强化实验教学意识,尽可能做到“多做、真做和巧做”三做实验;要改变“浅层”物理实验教学现状,以“深度学习”为视角,选择多样化实验教学形式,促进学生锐意进取、勇于创新、不断超越;真正打造“以学为中心” “以提高学生核心素养为目标”,将物理实验教学指向深度的高效课堂。
参考文献:
[1] 黄建林.促进深度学习的物理实验教学策略研究[J].中学物理教学参考,2022(4):29-32.
[2] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2022年版)[S].北京:北京师范大学出版社,2022:2-3.
[3] 夏雪梅.学科项目化学习设计:融通学科素养和跨学科素养[J].人民教育,2018(1):61-66.
[4] 蒋德明,黄建林.实验教学的“深度学习”策略研究[J].中学物理教学参考,2018(6):27-32.
[5] 赵瑶.谈自主、合作、探究模式在高中数学教学中的运用[J].数理化学习,2016(8):37-38.