方友浩 胡世龍 湯玉敏

(1. 連云港市新海實驗中學,江蘇 連云港 222000; 2. 連云港市柘汪中學,江蘇 連云港 222113;3. 鎮(zhèn)江市宜城中學,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 物理教學中的深度學習意義

物理學是一門自然科學,其內容涵蓋了大量的物理概念和物理規(guī)律,對于抽象邏輯思維剛開始由經驗型水平向理論型水平轉化的初中生,若只采用傳統的注入式教學方式,會使他們感到學習枯燥無味,影響對物理概念、物理規(guī)律的深層次理解,因此,探索新的教學方法,科學運用符合學生心理特征和認知規(guī)律的教學策略,通過進階式創(chuàng)新實驗教學,引導學生進行深度學習,助推學生提升學科核心素養(yǎng),是有益的嘗試.

深度學習是一種基于理解的學習,是指學習者以高階思維發(fā)展和實際問題的解決為目標,以整合的知識為內容,積極主動且批判性地學習新知識,并將它們融入原有的認知結構中,能將已有的知識遷移到新的情境中的一種學習.[1]引導學生學會深度學習,從真實的、復雜的探究情境,運用已有的科學的或日常的知識與經驗,通過常規(guī)思維與非常規(guī)思維、自主探究與交流合作,對觀測或調查的感知信息與數據進行深加工、精加工和多維加工,實現科學知識、科學規(guī)律的自主建構,從而探索科學規(guī)律、掌握科學知識和領會科學方法與范式,對于物理教學具有重要意義．[2]

2 發(fā)掘教材資源,設計學生深度學習的進階式創(chuàng)新實驗

物理教材是物理知識的重要載體,也是教師進行教學設計的主要文本資源.每一次精彩的課堂展示,都離不開對課標的精準把握和對教材深度研究．要想建立清晰的物理概念,厘清各個知識點之間的內在聯系,需要選擇合適教學方法對物理知識進行科學建構.在2018年11月江蘇省優(yōu)課評比活動中,湯玉敏老師執(zhí)教了“12.2 內能 熱傳遞”示范課,通過設計7個進階式創(chuàng)新實驗,并設置了一系列問題鏈條,從內能概念、內能大小影響因素、用熱傳遞方式改變物體的內能等3個方面導引學生進行深度學習,解決了本節(jié)課教學重點和難點的內能、熱量兩個物理概念的建構水到渠成地達成了教學目標.具體教學流程設計如圖1所示.

3 實現學生深度學習的進階式創(chuàng)新實驗案例

在湯玉敏老師的示范課中,創(chuàng)新實驗活動貫穿了整節(jié)課堂教學每一個環(huán)節(jié),使學生在充滿靈動、活躍的氛圍中輕松愉快的完成學習任務.現以這節(jié)課的教學設計為例,探討如何借助創(chuàng)新實驗活動促進學生深度學習的基本方法.

3.1 通過“魔術”實驗,導入物理情境

認知心理學認為:人的學習動機可以分為外在的學習動機和內在的學習動機兩種形式,而內部學習動機是進行深度學習的“動力源泉”.只有當學生的內在動機被充分調動起來,才能發(fā)生有意義的學習,學生才能主動進行建構知識、豐富及改變認知結構.[3]然而,在面對教材中抽象邏輯思維要求較高的知識內容,創(chuàng)新實驗便是克難解惑最佳的選擇,它為學生搭建思維階梯,實現真正意義上的學習進階.為了順利導入新課并點燃學生探究新知的欲望,湯老師像魔術師一樣快速搓手十余次,并將手掌緊貼熱能發(fā)電模型的發(fā)電面板上,當學生觀察到發(fā)光二極管亮起來時,他們的學習興趣立刻被激發(fā)起來,這時候湯老師適時地拋出了符合學生認知層次的兩個問題,“通過搓手方式可以產生什么能量?”、“二極管發(fā)光的原因是什么?產生的光能是由什么能轉化而來的?”,為下一步的新課教學做好鋪墊.

圖1 “內能 熱傳遞”教學流程圖

圖2 熱能發(fā)電板模型

3.2 通過“階梯”實驗,構建物理概念

任何事情的發(fā)生、發(fā)展都存在必然的關聯,人們對事物的認知思維同樣存在著邏輯性.在進行物理概念教學時,教師為學生搭建認知思維階梯尤為重要.教師除了采用問題鏈條導引之外,創(chuàng)新實驗活動則是智慧型物理教師首選的教學策略之一,因為它不僅能激發(fā)學生的探究欲望,更能讓學生在思維高度交流過程中完成抽象知識的自我建構,實現深度學習的最終目的.

3.2.1 利用創(chuàng)新實驗,導引探究方向

圖3 自制“斯特林發(fā)動機”

科學探究學習方式是提高學生科學素養(yǎng)的一種有效的途徑,猜想與假設是實施科學探究重要要素之一,直接決定了科學探究活動的開展是否具有實際意義.因此,科學猜想需要做到猜想有依、假設有據.在教學中,湯老師利用自制的“斯特林發(fā)動機”,讓酒精燃燒所釋放能量使發(fā)動機“飛輪”運轉,引導學生直觀的觀察到發(fā)動機工作時的“動力源泉”,進而分析推測影響“飛輪”轉速大小的因素,為內能概念的建構提供了事實依據.

3.2.2 優(yōu)化實驗方案,體現探究魅力

圖4 擴散現象演示裝置

物理概念的建構,離不開證據的支撐,而實驗現象便是最直觀的、最有說服力的證據.在充分研究教材實驗資源的基礎上,依據學生的認知特點和心理特征進行創(chuàng)造性的“二次開發(fā)”,為物理知識的有效建構搭建腳手架,降低學生對抽象概念內化的思維難度,實現教學目標的順利達成.在教學中,湯老師對教材實驗裝置和方案進行了創(chuàng)新設計,直觀顯示不同溫度下紅墨水擴散的快慢,如圖4所示．實驗時,湯老師沒有按照教材實驗方案直接告知哪杯是冷水、哪杯是熱水,而是先引導學生結合所觀察紅墨水的擴散現象進行猜想與假設,再指導學生通過感觸玻璃管外壁的冷熱程度判斷自己的猜想是否正確,從而分析歸納出物體內能大小與溫度的關系．因此,對教材中的實驗適當創(chuàng)新設計,將驗證性實驗巧妙轉變成探究性活動,更符合學生的知識經驗和認知規(guī)律,有利于學生對物理概念的科學建構.

3.2.3 利用自制教具,淺顯深奧道理

圖5 分子相互作用力模型

我國物理教育界泰斗朱正元先生曾經說過：“千言萬語說不清,實驗一做就分明.”可見,物理實驗在教學中發(fā)揮著重要的作用.為了幫助學生理解分子勢能概念的內涵,湯老師利用了圖5所示的自制分子作用力模型．她將兩個空殼金屬球比作兩個分子,金屬球之間彈簧伸長時對兩球拉力比作分子間吸引力,彈簧壓縮時對兩球排斥力比作分子間的排斥力,巧妙的利用類比法幫助學生建立表象,降低了學生在理解分子勢能概念的思維難度,這也充分展示了創(chuàng)新實驗在知識建構中的特殊功能.

3.3 通過可視化實驗,深化物理內涵

物理概念是物理現象及過程的高度抽象和概括,是物理知識體系的基石,但同時也是邏輯思維處于初級階段初中生學習物理的最大障礙,而知識可視化是一種視覺化的表征方式,可以使抽象知識轉化為具體的、可視的物理模型,這也與深度學習中的精加工理論高度契合.選擇合適的可視化視覺表征工具,對初中物理概念教學方式加以改善,有利于促進學生深度學習. 在“12.2 內能 熱傳遞”教學時,熱傳遞和熱量兩個概念既是教學的重點,也是教學的難點.若只是淺顯的據本施教,只能讓學生淺層的了解熱傳遞發(fā)生條件.這樣的課堂教學,盡管也有著明晰的教學過程,但很難激發(fā)學生高階思維的開展,學生只是在教師設計好的流程中,完成識記與淺層理解的低階思維活動,[4]不能屬于真正意義上深度學習活動.

為了幫助學生更好地理解熱傳遞發(fā)生的條件,湯老師巧妙地設計了“加熱銅棒”實驗、“觀察水的沸騰現象”實驗,使抽象的物理概念“可視化”,實現深層次的理解式教學,完成深度學習活動．

3.3.1 “熱傳遞發(fā)生條件”可視化實驗創(chuàng)新設計

圖6 熱傳遞原理演示裝置

為了幫助學生更好地理解熱傳遞發(fā)生的條件是因為物體之間存在著溫度差異,湯老師巧妙地設計了“加熱銅棒”實驗,如圖6所示.實驗前,先將銅棒兩端分別固定在兩個鐵架臺上,并在銅棒的不同位置用蠟燭油固定四支棉簽,用與電腦連接的兩支溫度傳感器置于銅棒不同位置．實驗時,用酒精燈加熱銅棒距棉簽較遠的一端,指導學生通過觀察溫度傳感器的示數比較兩個不同位置的溫度高低,進而通過觀察棉簽倒落的先后次序判斷熱傳遞的方向．實驗巧妙地將較為抽象的物理概念通過創(chuàng)新實驗實現可視化,讓學生深度學習真實發(fā)生,符合學生的知識經驗和認知特點,能夠幫助學生深層次的理解熱傳遞發(fā)生條件及實質,實現了教學目標的順利達成．

3.3.2 “熱傳遞終止條件”可視化實驗創(chuàng)新設計

圖7 觀察水的沸騰現象

對于熱傳遞終止條件的教學,大多數老師采用直接告知的方式生硬地強加給學生,不符合學生對科學知識建構的認知規(guī)律．為了解決這一難點,湯老師對“觀察水的沸騰現象”實驗裝置進行了改進,利用溫度傳感器替代常規(guī)溫度計、用電熱水器替代酒精燈作為熱源,實驗裝置如圖7所示．加熱一段時間后,學生便會觀察到玻璃水壺水沸騰了,但試管中水卻始終沒有沸騰,而此時試管內外水溫相同且都達到了水的沸點,再引導學生結合水沸騰的條件加以分析,這樣很容易幫助學生破解試管內的水不會沸騰的疑惑,實現了對物理知識的深度進階.

4 結語

綜上所述,合理借助創(chuàng)新實驗開展物理教學活動是促進學生深度學習的重要方法,尤其是面對高度抽象的物理概念、物理規(guī)律教學時,更能彰顯出創(chuàng)新實驗的獨特魅力.作為一名物理學科教師,我們更應該具備較強的實驗創(chuàng)新意識和能力,利用創(chuàng)新實驗不斷增進物理教學,引導學生進行深度學習,助推學生提升學科核心素養(yǎng).