“情境问题探究式”深度学习下高中物理实验课堂构建分析

【摘 要】 近几年来，物理教学课堂逐渐迈入全新的发展阶段，教学目标也逐渐朝着新的方向发展。在新课标、新高考不断落实的背景下，教师需要探索全新的教学途径，以使教学活动质量得到根本上的提升。基于此，文章从高中物理实验课堂教学工作的现状出发，结合实际的实验教学案例，明确具体的教学思路和教学策略，力求让教学效果和教学质量得到最大限度的提升，同时确保高中物理核心素养的培养目标得以落实。

【关键词】 情景问题；探究学习；深度学习；高中物理

一、“情境问题探究式”深度学习下的课堂构建方向

“情境问题探究式”深度学习对于高中物理实验课堂的构建具有重要意义。这种学习模式强调学生在真实的或模拟的情境中，通过自主探索和合作解决问题，从而深入理解和掌握物理知识。

（一）情境问题融合

在物理教学中，教师应充分利用新教材的特点，在新课的导入部分设计富有情境的问题。在预习阶段，鼓励学生阅读教材，展开自我提问与答辩，引导学生自主发现问题，激发学生学习欲望。在课堂上，借助小组讨论与答辩的方式解答学生预习问题，在这个过程中，学生的认知冲突得以显现，配合教师的引导，得以进一步引发学生的探索欲望。在探究新知识时，教师可以有意识地指导学生进行实验观察、数据整理与内容归纳，让学生自己在物理实验中，通过对比分析得出匀变速直线运动的核心内容，从而加深学生对知识的理解，提高知识的应用能力。

（二）培养深度思维

在实验课堂中，教师可以设定与现实生活紧密相关的物理情境，如物体运动、电路问题等，然后提出一系列引导性的问题，激发学生对物理现象的好奇心和探究欲。学生通过实验操作、数据收集和观察分析，逐步解答这些问题，不仅能够加深对物理原理和实验方法的理解，还能培养科学思维和解决问题的能力。教师应引导学生在科学探究过程中系统地构建自己的知识体系，鼓励学生通过自我问辩、师生问辩来提出问题，再通过实验观察与深度学习来分析问题小组讨论与答辩成为学生总结与解决问题的有效途径之一。在这一过程中，教师应有意识地强调和引导学生在不同情境中学会应用机械运动与物理模型来判断、理解和掌握机械能守恒定律的基本原理，进而培养学生的实验操作能力、观察能力和数据分析能力，以此最大限度地引导学生逐步掌握科学的物理思维方法。

（三）持续反思进步

深度学习不仅仅是对知识的深入探索，更是一种对学习方式与思维的持续反思。“情境问题探究式”学习还有助于提升学生的创新意识和实践能力。在实验过程中，学生需要主动思考、设计方案、动手实践，这种主动的学习方式远比被动接受知识更加有效。同时，学生在探究过程中可能会遇到新的问题和挑战，这要求他们不断调整策略，优化方案，从而锻炼了他们的创新思维和解决问题的能力。在“情境问题探究式”课堂中，教师还需要帮助学生不断回顾自己的学习过程，思考自己在问题解决中的得失，以便在下一次的学习中加以改进。同时，教师也需要重视学生的反馈，通过定期的教学评价与反馈机制，及时了解学生的学习情况与困惑，为学生提供更加个性化的指导与帮助。

二、深度学习下“情境问题探究式”课堂的构建策略

（一）创设生活化的实验情境

“情境问题探究式”深度学习的首要任务是创设真实、有意义的实验情境。真实的实验情境有助于学生形成对物理现象的直观认识，为后续的问题探究和深度学习奠定基础。这意味着教师需要结合学生的实际生活经验和认知水平，设计贴近现实、能够引发学生兴趣的实验场景。通过真实的情境，学生可以更好地将物理知识与日常生活相联系，从而提高学习的积极性和主动性。生活化的实验情境可以让学生将所学知识与现实生活相联系，培养其运用物理知识解决实际问题的能力。例如，在探究变压器原副线圈电压与匝数的关系实验前，教师可先做如下的情景创设来引入：让全班同学手拉手，第一个和最后一个学生手握副线圈两端形成闭合回路，在原线圈处接通或断开与一节干电池的连接，利用变压器原线圈通、断电感应副线圈产生电压来电击学生。逐渐增大原副线圈匝数比，再让学生体验电击的不同感受，以引起他们探究的热情。又如，在完成光学实验后，教师可以让学生探讨如何利用光学原理解决日常生活中的照明问题或设计新型的光学仪器等。

（二）设计探究性的问题链条

在真实的实验情境基础上，“情境问题探究式”深度学习要求教师根据不同的教学环节设计探究性的问题链条，引导学生从表象到本质、从简单到复杂地逐步深入探究物理问题。这不仅能够锻炼学生的思维能力，还能培养其分析问题和解决问题的能力。教师需要根据实验目标和学生的知识水平，提出一系列由浅入深、层层递进的问题，引导学生逐步深入探究物理现象和原理。以电磁感应实验为例，教师可以设计以下问题链：（1）询问学生“什么是电磁感应现象？”以引出实验主题；（2）提出“哪些条件下会产生电磁感应现象？”以引导学生思考实验条件；（3）进一步探讨“电磁感应现象中产生的电流方向与什么因素有关？”以深化学生对实验原理的理解；（4）可以让学生自行设计实验方案来验证其猜想，培养其科学探究能力。

（三）引导学生进行深度学习

“情境问题探究式”深度学习不仅需要教师创设出真实、有意义的实验情境、设计出探究性的问题链，还需要引导学生进行深度学习。可以说，在“情境问题探究式”深度学习中，引导学生进行深度学习是最终目的。为实现深度学习，教师需要在实验课堂上给予学生充分的自主学习和探究空间。尤其是在问题提出后，教师需要给学生留出充足的自我思考空间，并借助小组合作、讨论交流等方式，鼓励学生积极参与到实验过程中来，自主设计实验方案、收集和分析数据、得出结论并进行反思。同时，教师还可以提供必要的指导和支持，帮助学生解决实验中遇到的问题和困难，并找出实验中存在的问题。

三、深度学习下“情境问题探究式”课堂的实践案例

“情境问题探究式”深度学习在高中物理实验课堂的构建中，能够显著提升学生的学习效果和科学素养。它不仅帮助学生更好地理解和掌握物理知识，还培养了他们的创新思维和实践能力，为他们未来的学习和职业发展奠定了坚实基础。因此，这种学习模式应该在高中物理实验教学中得到更广泛的应用和推广。

（一）情景引入

通过“铁球碰鼻尖”小游戏导入，让一名学生到讲桌前，利用单摆将小铁球几乎贴到学生鼻尖（但不接触），拉开一定角度后放手，铁球并未碰到鼻尖。但学生仍会不自觉地躲闪，表现出对“机械能守恒”的不信任。

（二）问题设置

问题一：为什么铁球没有碰到同学的鼻尖呢？通过情景导入，激发学生的学习兴趣，引导学生寻找现象中的物理规律，帮助学生建立科学探究的动机。

问题二：机械能守恒的前提是什么？想一想有哪些过程满足这一条件？

学生回答：自由落体，物体在光滑斜面上下滑，用细线悬挂的小球摆动……

教师引导：以上实例在实际操作中均存在阻力，哪些方案可以减小阻力影响呢？

针对过程中空气阻力、摩擦阻力可否忽略的问题，培养学生严谨思考，在处理问题时抓住主要矛盾，合理忽略次要因素进行模型构建的科学思维能力。

问题三：如何设计实验来验证你所选择的过程中机械能是否守恒呢？学生分组讨论，得出结论。

（三）设计探究方案

要完成你设计的实验，你认为需要利用什么器材？如何设计此实验？需要测量哪些物理量？请你把自己研究的方案写出来并与同组同学交流，最终制订本小组探究方案。

（四）展示方案

1. 说明设计原理和思想。

2. 说明具体如何测量相应物理量。

3. 说明如何处理所得数据，并得出结论。

（五）实验实施

1. 实验目标和实验器材

为确保实验的丰富性和可视化效果，精心选择以下实验器材：重锤、打点计时器、毫米刻度尺、铁架台等，用以完成自由落体机械能守恒验证实验；借助气垫导轨（带有刻度）、滑块、数字计时器、光电门、挡光条研究沿斜面下滑物体的机械能。

2. 详细实验步骤与内容

（1）自由落体实验探究

为深入探究小球在自由落体过程中的动能与势能转换，教师应设定明确的问题：在小球自由下落时，其动能和势能是如何进行转换的？这一过程中机械能是否保持恒定？引导学生利用打点计时器精确记录小球下落的高度和时间。通过多次重复实验，学生收集到一系列详尽的数据，为后续的数据分析提供坚实的基础。在这一阶段，需要学生深入分析小球下落过程中动能和势能的转换机制，以及这种能量转换是如何体现机械能守恒的。这一过程不仅要求学生具备扎实的物理基础知识，还需要学生具备严谨的逻辑思维和数据分析能力。

（2）斜面实验分析

为更全面地理解机械能守恒定律，学生还应进一步研究沿斜面下滑物体的机械能，借助气垫导轨展开实验。学生可通过气垫导轨上的标尺读出滑块下滑的距离并算出下降的高度，利用光电门和数字计时器算出瞬时速度。这些数据为后续的能量转换分析提供有力的支持。在这一阶段的学习中，还可拓展探究斜面倾角、加速度等因素对机械能守恒有无影响，以加深对机械能守恒定律的理解。

（3）数据整合与深度讨论

在完成上述两组实验后，教师引导学生对收集到的数据进行系统的整理和分析，并且要求学生尝试利用公式和图像两种手段直观地展示实验结果。通过对比理论值和实验值，深入分析实验误差的可能来源，如空气阻力、摩擦等。在小组讨论环节中，让学生积极交流自己的发现和观点，共同撰写分析报告。经过数据整合和问题探讨分析，学生可以进一步发现实验中存在的问题，进而提出一系列可能的改进措施。这一过程可以极大地锻炼了学生的批判性思维和科学分析能力。

（4）问答交流与深化理解

在实验结束后，教师根据实验结果提出一系列问题，如“实验中哪些因素导致机械能的不完全守恒？如何尽可能减小阻力的影响”等。学生分组进行深入地讨论，并结合实验数据和理论知识给出详尽的解答。借助问答帮助学生加深对机械能守恒定律的理解和应用能力，同时锻炼学生的逻辑思维和表达能力。

（5）总结反馈与能力提升

在科学实验的教学过程中，实验报告的撰写是学生进行实验后的必要步骤。在这一过程中，学生需要将实验过程、观察到的现象、记录的数据以及得出的结论等细节进行详细的记录和整理。这一过程不仅帮助学生巩固了实验知识，还培养了他们的逻辑思维和表达能力。在实验报告的撰写过程中，学生将零散的实验数据和信息进行整合，以条理清晰、逻辑严密的方式呈现出来，这也是逐步回答课堂中设计的每一个问题的过程。需要注意的是，教师在审阅报告后，应给予学生针对性的点评和建议。这些点评和建议不仅包括对实验操作技能的指导，还应涉及对实验思维、科学态度和创新精神的培养。同时，教师还应鼓励学生勇于探索、敢于质疑，培养他们的创新思维和批判性思维。学生在接收到教师的点评和建议后，可以对自己的实验操作和报告内容进行反思和改进。

参考文献：

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2022年河北省教育科学“十四五”规划立项课题一般课题“深度学习指导下的‘创设情境、问题探究式’高中物理实验教学实践探究”（课题编号：2205238）。