深度学习视域下初中物理实验教学策略

欧然

随着《义务教育物理课程标准（2022年版）》（下称新课标）的持续推进，以主题为线索，建构以学生发展为本、以提升学生物理核心素养为宗旨的物理课程教学结构成为义务教育物理课程教学最为关键的核心课题。初中物理“大气压强”一课共由感受大气压强的存在、测量大气压值两项物理实验教學任务构成，意在让初中生通过学习本课知识内容，理解和认识什么是大气压强，能够运用大气压强产生的原因解释生活中大气压强现象、解决客观存在的大气压强问题，树立起正确的物理观念与科学责任态度。

本文以人教版八年级下册物理教材第九章“压强”第三节“大气压强”一课的实验教学设计为例，从创新演示性导入实验、改进验证性测量实验、拓展探究性操作实验三个方面，论述分析了在深度学习视域下改善初中物理实验教学、革新初中生物理实验探究方式的策略方法。旨在通过对传统中学物理实验教学形式与呈现方式的优化，进一步增强物理实验对促进学生物理核心素养发展的驱动作用，助推学生物理学习从浅层到深度的进阶。

一、深度学习概述

深度学习最早出现于二十世纪七十年代，由瑞典哥德堡大学中的Ference Marton和Roger Saljo两位心理学家提出，他们在《学习的本质区别：结果与过程》一文中明确阐述了表层学习和深层学习的概念。他们认为学生在认知过程中采用不同的学习方法或学习模式，会得到不同的学习结果，其中浅层学习的主要特征是以重复的、机械式的记忆方式理解和认知知识，深层学习则依靠于联系和理解，通过关联各种认知元素、深入分析知识内涵、体验感受知识特点等方式，实现对所学内容的深度理解和深层把握，同时，形成较强的深入探知和知识加工与运用能力。

深度学习是相对于浅层学习而言的，但并不是简单地挖掘知识内涵，而是对所学内容进行更加深入、全面的探索与研究。比如，在深度学习中，学生需要挖掘课程的核心知识点，探究学科理论的本质内涵，探索其中的内在规律，研究知识点之间的内在联系。同时，学生需要进行主动学习，在教师的指导和引导下对学科知识进行自主探究。教师需要为学生创造更加灵活、开放的学习活动，使他们能够运用类比、推理、分析、收集、归纳等方法对学科知识进行关联探究、深度挖掘、拓展分析等。这样既可以改变学生以往的被动学习方式，增强他们主动学习的意识和能力，又能通过深度学习，提高其思维能力、理解能力、认知能力、实践能力等，进而提升对知识深层次认知的质量。

二、深度学习视域下初中物理实验教学的要点

（一）突出学生的主体地位

在以深度学习为基础的初中物理实验课程中，教师需要改变传统的教学思路，重视学生的主体地位，设计更多具有自主思考、自主探知、自主体验特点的实验活动，让学生能够更加主动地参与到物理实验活动中，使其通过自主观察、协同合作的方式认知物理知识。同时，教师还需要考虑到学生的兴趣爱好，重视他们的学习态度和学习情绪，真正从学生的视角出发，设计能够快速激发其自主学习欲望的物理实验，遵循以学生为主的教学理念，提高学生主动学习的效果。

（二）重视启发引导式教学

在深度学习中，教师不能直接告诉学生物理理论，而是让他们自行探索学科知识，为其提供有效的探知引导，有意识地在物理实验中启发学生的分析思维、推理思维、比较思维等，使其能够运用对比、推导、归纳等各种思维方法对物理理论进行分析、理解和总结，从而实现对学科知识的深度认知。

（三）创造深度体验的空间

为了让深度学习发挥出应有的作用，在开展物理实验教学时，教师需要为学生创造更加开放、生动的学习空间，给予他们更多亲身体验、参与的机会，使其能够对物理实验进行亲手操作、对物理现象进行细致观察、对现象产生原因进行深度交流、对物理理论进行实验验证。这样既可以增强学生物理学习的体验感，又能提高其动手操作、观察分析、交流理解的能力，进而提升物理深度学习质量。

三、深度学习视域下初中物理实验教学的具体措施

（一）创新演示性导入实验，使其切身感受大气压

带领学生体验、感受大气压强的存在，是中学物理教师在深度学习视域下围绕人教版八年级下册教材“大气压强”一课展开实验教学设计所需把握的关键实施要点。教师可以通过创新性的导入实验方式提升学生的体验与感受，在吸引学生关注的同时，让学生在细致观察引人入胜的物理实验现象的过程中，切身体会到大气压强的存在。

首先，演示“压扁易拉罐”的物理实验。将少量水注入废弃易拉罐中，并用火加热易拉罐，使易拉罐中的水沸腾，随后立即用湿毛巾将易拉罐罐口塞住，向其外表面浇上冷水。此时，学生便会直观且形象地观察到易拉罐逐渐从原本的圆柱形逐渐变扁并发出“砰”的响声。然后，教师立足实验现象提出启发性教学问题：“是什么力让易拉罐变形？该实验是否能够证明大气压强的客观存在？液体能够流动，液体流向内部的各个方向都有压强，空气也能够流动，那么是否空气中也存在向各个方向的压强？你们是否能够举出几个生活实例或设计几个物理实验现象来验证自身对大气压强所提出的猜想？”以此激活学生的思维，驱动学生对大气压强是否存在提出有理有据的科学假设，激发深入探究物理奥秘的学习兴趣与科学探究热情。

其次，在学生的物理学习兴趣与积极情绪被充分调动与激发的基础上，引导学生类比推理液体压强的物理概念，对大气压强下定义，即大气对浸在它里面的物体产生的压强叫作大气压强，简称为大气压或气压。然后，教师联系学生的生活经验，利用羽毛球筒这一生活素材，指导学生做改良版的“覆杯实验”。

第一步，将长宽大于筒口的干燥纸片覆盖在筒口上，倒置羽毛球筒可观察到纸片下落。第二步，将筒口打湿，用干燥纸片覆盖筒口，倒置羽毛球筒可观察到纸片不下落。第三步，向羽毛球筒中注入清水，使水面略高于筒口，将干燥纸片覆盖在筒口上，倒置羽毛球筒可观察到纸片紧紧依附在筒口上。平稳移动羽毛球筒，可发现纸片始终不下落。

学生积极参与物理演示实验，充分感知到大气压强的客观存在，能够主动地从物理+生活的角度上列举与大气压有关的生活实例，如悬挂物品的吸盘式塑料挂钩、化学实验室中的胶头滴管、钢笔的墨囊等。

（二）改进验证性测量实验，动手测量大气压

测量大气压既是初中物理“大气压强”一课的核心内容，也是中学生建构大气压强物理观念、发展进阶科学思维与科学探究物理核心素养的主要渠道。人教版八年级下册物理教材中，关于大气压的测量是以演示性（录像）实验的形式呈现的，实验原型为意大利科学家托里拆利的水银柱实验。

在深度学习视域下的初中物理“大气压强”实验教学设计中，若教师只带领学生观看测量大气压值的物理实验视频，容易让学生出现脱离物理课堂、游离物理课程教学的浅层学习问题，对其物理学习品质的进阶与物理核心素养的发展带来不利影响。为切实规避这一现象与问题的发生，教师便要采取更具实效性与针对性的手段对物理实验教学设计进行改良与完善，将原有的水银柱实验转化为安全性更高、学生本位更突出的水柱实验与吸盘实验，让学生在切身参与测量大气压值的实验操作与探究实践的过程中实现更有意义的物理学习，进而得到物理学习状态的顺势转化与思维能力的稳步进阶。

首先，在学生自主阅读教材中与“大气压的测量”有关的资料内容后，教师利用微课技术为学生播放“托里拆利实验”的视频录像，让学生通过类比推理与迁移转化书面理论知识初步把握该实验中的原理与技巧方法，即科学家托里拆利是运用等效替代法与转化法研究大气压强的。然后，教师提问：“是否可以用水替代托里拆利实验中的水银，大家能否测量出大气压值？”以此激发学生动手操作、动手测量大气压值的实验兴趣。

其次，初中物理教师可遵循“组间同质，组内异质”的小组合作学习原则，科学划分物理实验小组，让各组学生用长约10m的水管、大烧杯、剪刀、卷尺等实验器材展开以测量大气压值为目的的“水柱实验”。

第一步，向长约10m的水管中注满染色的清水，并用绳子系好水管两端。第二步，将水管的一端固定在位于四楼的物理实验室中，另一端从四楼缓慢下放到一楼地面上，并将其置于装满清水的大烧杯中。第三步，在水中将水管的打结处剪开，观察水管中水柱的下降情况并测量水柱高度。第四步，重复操作，对比归纳实验数据，得出水管内水柱高度约为9m。在各组学生完成实验数据的采集与归纳后，教师可组织学生围绕所测得的物理实验數据展开探讨与分析，迁移运用计算液体压强大小的公式计算大气压值，使其在发散思考、多元探讨的过程中得到物理学习经验和感受的深化。

最后，考虑到“水柱实验”实验步骤烦琐复杂、实验数据误差大、实验操作所需空间大等种种因素，教师还可为学生设计更易上手、操作步骤更为简便、实验数据获取更为轻松的“吸盘实验”。

第一步，以生活中常见的吸盘式塑料挂钩为主要实验材料，利用已知圆的面积公式计算出吸盘的面积。第二步，将小桶悬挂在吸盘挂钩上，将沙子少量多次地倾倒在小桶中，直至吸盘掉落。第三步，测量吸盘掉落时小桶与沙子的总重量，应用已知的压强公式计算吸盘的大气压值，即。第四步，重复操作，对比归纳实验数据，通过取平均值得到更为精准与科学的大气压值。

该方式对原有的“大气压的测量”物理实验进行改良与完善，不仅能够让学生参与到物理实验操作、物理实验数据采集以及物理实验结论分析的过程中，进一步丰富与深化学生的物理实验感受与物理学习经验，还能够让学生在以小组合作的形式对测量大气压值的方法步骤展开多元探讨与分析交流时，使其科学思维能力更为发散与活跃，学习效果也会在提出问题、分析问题与解决问题时得到逐步提高与增强。

（三）拓展探究性操作实验，强调创新，合理运用大气压

学以致用、创新创造既是中学生实现深度学习的集中体现，也是初中物理教师在学科核心素养视域下关键的育人方向。在初中物理“大气压强”一课的实验教学设计中，教师可以在学生通过仔细观察演示性物理实验深刻感知大气压的存在、通过积极参与测量性物理实验充分把握测量大气压具体数值方法的基础上，立足物理课程的生活本质，引领学生从物理学科的视角观察、分析生活中各种气压计，如水银气压计、金属盒气压计、氧气瓶与灭火器气压计等工作原理，让学生在理解体会物理知识应用价值的基础上，更为真切地感受到物理与生活、社会、技术之间的必然关联，主动生成动手制作简易气压计的科学探索欲望与物理实践兴趣。

在此基础上，教师引导学生回顾自制温度计的技巧方法，用带有刻度的玻璃管、染色的清水以及窄口玻璃瓶制作简易气压计，如图1所示。然后，携带简易自制气压计从楼下走到楼上，利用本课所学大气压强知识与物理原理，对玻璃管中水柱高度的变化情况与实验数据作出科学解释，使学生深刻认识到大气压强会随高度的上升而不断减小。

图1  简易气压计

该方式优化了初中物理“大气压强”实验教学设计，不仅能够为学生的物理学习建构从认知到理解，再到应用的良性“闭环”，使其接受与认同大气压强客观存在的这一科学事实，树立更为客观的物理观念与科学意识。学生在基于科学事实与证据参与更为自主化、开放化与创新化的物理实验活动与创新实践时，对物理学科的本质内涵与价值意义也会形成崭新的认识，物理学习效率与物理核心素养自然也会在潜移默化中得到发展与提升。

四、结语

总而言之，在深度学习视域下开展初中物理实验教学设计与实践，教师应当严格遵循新课标的课程理念与教学建议，将更多关注点与教育教学重心集中在学生的科学探究与自主学习、合作学习上，以此更好地突出“以生为本”的素质教育观，建构以学生为中心的课程教学结构，从而在有效驱动初中物理实验教学从“知识本位”到“能力本位”“素养本位”转移的同时，更为有效地促进初中生物理学习品质的进阶与物理核心素养的发展。