(江蘇省太倉高級(jí)中學(xué)，江蘇 蘇州 215411)

深度學(xué)習(xí)是對(duì)學(xué)習(xí)狀態(tài)的質(zhì)性描述，涉及學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)的投入程度、學(xué)習(xí)的思維層次和認(rèn)知體驗(yàn)等層面，是以高階思維為主要認(rèn)知活動(dòng)的高投入、有意義學(xué)習(xí)方式。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解和對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的批判性吸收與應(yīng)用，追求學(xué)習(xí)遷移的有效性和問題解決的深刻性、靈活性與創(chuàng)造性。

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)是在教師的幫助下，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、探索、分析、研究得出結(jié)論，從而建構(gòu)科學(xué)概念、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的一種認(rèn)知活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生全身心參與學(xué)習(xí)過程，幫助學(xué)生深度理解和把握知識(shí)的本質(zhì)，同時(shí)提高模型建構(gòu)、分析綜合和質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維能力，充分挖掘?qū)嶒?yàn)蘊(yùn)藏的思想方法和教育價(jià)值，以促進(jìn)學(xué)生高階思維能力和思維品質(zhì)的提升。因此，實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效途徑，本文以“導(dǎo)體的電阻”教學(xué)為例，簡述促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的高中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)策略。

1 模擬真實(shí)情景，引發(fā)認(rèn)知沖突

課堂教學(xué)由于時(shí)空的限制，無法再現(xiàn)生活中的一些現(xiàn)象或場景。為了增強(qiáng)學(xué)生的切身體驗(yàn)，可以模擬生活中的實(shí)際問題情景，選用的問題情景最好能引發(fā)認(rèn)知沖突，激起學(xué)生積極思考和探究的欲望。

教學(xué)片斷1：在“導(dǎo)體的電阻”教學(xué)環(huán)節(jié)引入模擬野外求生的場景。在野外生存，學(xué)會(huì)生火是一項(xiàng)基本技能，現(xiàn)有兩節(jié)干電池和一盒隨身攜帶的口香糖(中間有一層鋁箔紙)。

如圖1所示，現(xiàn)有兩個(gè)不同形狀的錫箔紙，其中一個(gè)呈長方形，另一個(gè)中間有一個(gè)缺口(中間很窄)。如果將兩節(jié)干電池和兩個(gè)鋁箔紙首尾相接構(gòu)成一個(gè)閉合回路，由于短路，哪個(gè)更容易著火？

圖1

學(xué)生在猜想時(shí)，有的認(rèn)為長方形鋁箔紙上容易著火，有的認(rèn)為有缺口的容易著火。

通過實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生們驚奇地發(fā)現(xiàn)：在鋁箔紙缺口的地方冒煙并燃燒了起來。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突和探索欲望。

2 創(chuàng)設(shè)挑戰(zhàn)任務(wù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

在實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，教師可以創(chuàng)設(shè)開放式情景，利用問題鏈驅(qū)動(dòng)等方式，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行科學(xué)性和可行性分析、論證。

教學(xué)片斷2：學(xué)生基于事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)，猜想導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度、粗細(xì)、溫度和材料有關(guān)，在定量研究一個(gè)物理量與多個(gè)變量之間的關(guān)系時(shí)采用控制變量法。

學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，當(dāng)保持材料、溫度和導(dǎo)體的粗細(xì)不變時(shí)，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，研究導(dǎo)體的電阻與其長度的定量關(guān)系？小組合作設(shè)計(jì)，并進(jìn)行分析說明。學(xué)生在小組討論后提出以下3種實(shí)驗(yàn)方案。

方案1:如圖2所示，根據(jù)歐姆定律，用電流表和電壓表直接測出電流和電壓，可求得導(dǎo)體的電阻，用刻度尺測出導(dǎo)線的長度。再換幾根長度不同、材料和橫截面積相同的導(dǎo)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，尋找規(guī)律。

圖2

方案2：如圖3所示，根據(jù)串聯(lián)電路電流處處相同的特點(diǎn)，將長度成倍數(shù)關(guān)系的兩根導(dǎo)線串聯(lián)，用電壓表分別測量它們兩端的電壓，尋找比例關(guān)系。

圖3

方案3：如圖4所示，將一根裸導(dǎo)線拉直，用帶夾子的導(dǎo)線夾在裸導(dǎo)線上不同位置，從而改變接入電路的導(dǎo)線長度，為了測量方便，先在裸導(dǎo)線上提前標(biāo)出中點(diǎn)、三等分點(diǎn)、四等分點(diǎn)的位置，記錄電壓表讀數(shù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出規(guī)律。

圖4

組織學(xué)生評(píng)價(jià)上述3個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以確定實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案。學(xué)生認(rèn)為3個(gè)方案都是可行的，其中方案1采用直接測量的方法，但操作步驟較多，比較耗時(shí)；方案2操作簡單，設(shè)計(jì)巧妙，用時(shí)少，但一次只能測量兩組數(shù)據(jù)；方案3操作簡單且能測量多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。綜上所述，研究導(dǎo)體的電阻與長度之間的定量關(guān)系時(shí)用方案3最佳。

研究導(dǎo)體的電阻與另外3個(gè)因素的關(guān)系時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行論證，分析采用哪種方案比較合理。分析后發(fā)現(xiàn)：由于橫截面積和材料不像長度那樣容易改變，方案3不是很合理，基于倍增的方法，可以采用方案2，在控制其他量不變的情況下，使R1和R2的橫截面積等成倍數(shù)關(guān)系，測量它們兩端的電壓，比較電壓的倍數(shù)關(guān)系。

3 小組合作探究，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程

在得到最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案后，教師提供所需要的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生小組合作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄與處理、分析與論證。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的交流、分析和論證，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

教學(xué)片斷3：利用所給的實(shí)驗(yàn)器材，小組分工合作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量、記錄和處理，需要留給學(xué)生充足的探究時(shí)間，導(dǎo)體的電阻隨長度的變化關(guān)系可以運(yùn)用圖像法直觀呈現(xiàn)。

為了進(jìn)一步研究電阻率與溫度的關(guān)系，可以設(shè)計(jì)圖5所示的電路，在電路中接入電流傳感器，先用酒精燈加熱電阻，然后撤去酒精燈，記錄利用電流傳感器記錄的數(shù)據(jù)，畫出圖像。該實(shí)驗(yàn)相比傳統(tǒng)的使用小燈泡、觀察其亮暗的方式來說更加科學(xué)和直觀，可順利得到電阻率ρ與溫度相關(guān)的結(jié)論，然后向?qū)W生介紹不同材料在不同溫度下的電阻率數(shù)值，并介紹超導(dǎo)現(xiàn)象。

圖5

教學(xué)片斷4：教師利用自制的演示實(shí)驗(yàn)裝置，幫助學(xué)生進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)。

自制實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示，取6根長度都為1.0m、橫截面積相同的金屬絲，金屬絲兩端固定在一根木條上，木條上標(biāo)有刻度，在金屬絲兩端引出兩個(gè)接線柱。從上到下，金屬絲的組成材料不同，可以研究導(dǎo)體電阻和材料的關(guān)系。在下面5個(gè)金屬絲任取一根，接入電路的長度依次為0.2m、0.4m、0.6m、0.8m和1.0m,研究導(dǎo)體電阻和長度的關(guān)系。將下面5根金屬絲依次一根、兩根、三根、四根、五根并聯(lián)接入電路，研究導(dǎo)體電阻和橫截面積的關(guān)系，為了提高精確性，可以用電流傳感器和電壓傳感器進(jìn)行測量。

圖6

4 基于分析論證，歸納得出物理規(guī)律

由于時(shí)間的限制，課堂上實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)有限，并且個(gè)別小組測量的數(shù)據(jù)誤差較大，為了將實(shí)驗(yàn)結(jié)論內(nèi)化為學(xué)生的觀念，還應(yīng)分析論證，借助邏輯推理得出一般規(guī)律。

教學(xué)片斷5：教師提出問題：現(xiàn)在有幾段長度相等的短導(dǎo)線，如何得到一根長導(dǎo)線？

學(xué)生提出可以將短導(dǎo)線串聯(lián)起來，教師再追問：如果每段短導(dǎo)線的電阻為R0，現(xiàn)在串聯(lián)后長導(dǎo)線的電阻為多少呢？學(xué)生恍然大悟，導(dǎo)線長度加倍可以看成兩個(gè)相同的電阻串聯(lián)，電阻也加倍，即導(dǎo)體的電阻與其長度成正比。

教師繼續(xù)追問：如何分析得出導(dǎo)體的電阻與其橫截面積成反比呢？學(xué)生回答：橫截面積加倍相當(dāng)于將兩個(gè)相同長度、相同材料做成的導(dǎo)線并聯(lián)。這樣可以將上面用到的思想方法進(jìn)行遷移，從理論上解釋實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，并讓學(xué)生嘗試解釋課堂引入的生火實(shí)驗(yàn)，做到前后呼應(yīng)。

5 解決實(shí)際問題，靈活遷移應(yīng)用

能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決生活中的實(shí)際問題是判斷深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要標(biāo)志，將實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論和方法拓展遷移，解決實(shí)際問題，一方面是對(duì)本節(jié)課教學(xué)的反饋評(píng)價(jià)，另一方面也是接下來新知識(shí)學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。

教學(xué)片斷6：在得出電阻定律后，設(shè)置如下實(shí)際問題讓學(xué)生解決：本節(jié)課研究了固體的導(dǎo)電，很多液體也是導(dǎo)體，如家里每天用的自來水。請大家設(shè)計(jì)一個(gè)方案，測出家里自來水在5℃(冬天)、20℃(夏天)下的電阻率分別為多少？

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)探究是促進(jìn)物理深度學(xué)習(xí)的重要途徑，是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生的有效教學(xué)方式。在實(shí)驗(yàn)探究過程中，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)、分析綜合、設(shè)計(jì)論證和批判反思等關(guān)鍵能力，還能培養(yǎng)他們交流表達(dá)、合作分享能力，使他們養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。