歐然

隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（下稱新課標(biāo)）的持續(xù)推進(jìn)，以主題為線索，建構(gòu)以學(xué)生發(fā)展為本、以提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)為宗旨的物理課程教學(xué)結(jié)構(gòu)成為義務(wù)教育物理課程教學(xué)最為關(guān)鍵的核心課題。初中物理“大氣壓強(qiáng)”一課共由感受大氣壓強(qiáng)的存在、測量大氣壓值兩項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)構(gòu)成，意在讓初中生通過學(xué)習(xí)本課知識內(nèi)容，理解和認(rèn)識什么是大氣壓強(qiáng)，能夠運(yùn)用大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因解釋生活中大氣壓強(qiáng)現(xiàn)象、解決客觀存在的大氣壓強(qiáng)問題，樹立起正確的物理觀念與科學(xué)責(zé)任態(tài)度。

本文以人教版八年級下冊物理教材第九章“壓強(qiáng)”第三節(jié)“大氣壓強(qiáng)”一課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)為例，從創(chuàng)新演示性導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)驗(yàn)證性測量實(shí)驗(yàn)、拓展探究性操作實(shí)驗(yàn)三個方面，論述分析了在深度學(xué)習(xí)視域下改善初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、革新初中生物理實(shí)驗(yàn)探究方式的策略方法。旨在通過對傳統(tǒng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式與呈現(xiàn)方式的優(yōu)化，進(jìn)一步增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)對促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展的驅(qū)動作用，助推學(xué)生物理學(xué)習(xí)從淺層到深度的進(jìn)階。

一、深度學(xué)習(xí)概述

深度學(xué)習(xí)最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代，由瑞典哥德堡大學(xué)中的Ference Marton和Roger Saljo兩位心理學(xué)家提出，他們在《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別：結(jié)果與過程》一文中明確闡述了表層學(xué)習(xí)和深層學(xué)習(xí)的概念。他們認(rèn)為學(xué)生在認(rèn)知過程中采用不同的學(xué)習(xí)方法或?qū)W習(xí)模式，會得到不同的學(xué)習(xí)結(jié)果，其中淺層學(xué)習(xí)的主要特征是以重復(fù)的、機(jī)械式的記憶方式理解和認(rèn)知知識，深層學(xué)習(xí)則依靠于聯(lián)系和理解，通過關(guān)聯(lián)各種認(rèn)知元素、深入分析知識內(nèi)涵、體驗(yàn)感受知識特點(diǎn)等方式，實(shí)現(xiàn)對所學(xué)內(nèi)容的深度理解和深層把握，同時，形成較強(qiáng)的深入探知和知識加工與運(yùn)用能力。

深度學(xué)習(xí)是相對于淺層學(xué)習(xí)而言的，但并不是簡單地挖掘知識內(nèi)涵，而是對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更加深入、全面的探索與研究。比如，在深度學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要挖掘課程的核心知識點(diǎn)，探究學(xué)科理論的本質(zhì)內(nèi)涵，探索其中的內(nèi)在規(guī)律，研究知識點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時，學(xué)生需要進(jìn)行主動學(xué)習(xí)，在教師的指導(dǎo)和引導(dǎo)下對學(xué)科知識進(jìn)行自主探究。教師需要為學(xué)生創(chuàng)造更加靈活、開放的學(xué)習(xí)活動，使他們能夠運(yùn)用類比、推理、分析、收集、歸納等方法對學(xué)科知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)探究、深度挖掘、拓展分析等。這樣既可以改變學(xué)生以往的被動學(xué)習(xí)方式，增強(qiáng)他們主動學(xué)習(xí)的意識和能力，又能通過深度學(xué)習(xí)，提高其思維能力、理解能力、認(rèn)知能力、實(shí)踐能力等，進(jìn)而提升對知識深層次認(rèn)知的質(zhì)量。

二、深度學(xué)習(xí)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要點(diǎn)

（一）突出學(xué)生的主體地位

在以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的初中物理實(shí)驗(yàn)課程中，教師需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)思路，重視學(xué)生的主體地位，設(shè)計(jì)更多具有自主思考、自主探知、自主體驗(yàn)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)活動，讓學(xué)生能夠更加主動地參與到物理實(shí)驗(yàn)活動中，使其通過自主觀察、協(xié)同合作的方式認(rèn)知物理知識。同時，教師還需要考慮到學(xué)生的興趣愛好，重視他們的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)情緒，真正從學(xué)生的視角出發(fā)，設(shè)計(jì)能夠快速激發(fā)其自主學(xué)習(xí)欲望的物理實(shí)驗(yàn)，遵循以學(xué)生為主的教學(xué)理念，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的效果。

（二）重視啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)

在深度學(xué)習(xí)中，教師不能直接告訴學(xué)生物理理論，而是讓他們自行探索學(xué)科知識，為其提供有效的探知引導(dǎo)，有意識地在物理實(shí)驗(yàn)中啟發(fā)學(xué)生的分析思維、推理思維、比較思維等，使其能夠運(yùn)用對比、推導(dǎo)、歸納等各種思維方法對物理理論進(jìn)行分析、理解和總結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對學(xué)科知識的深度認(rèn)知。

（三）創(chuàng)造深度體驗(yàn)的空間

為了讓深度學(xué)習(xí)發(fā)揮出應(yīng)有的作用，在開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，教師需要為學(xué)生創(chuàng)造更加開放、生動的學(xué)習(xí)空間，給予他們更多親身體驗(yàn)、參與的機(jī)會，使其能夠?qū)ξ锢韺?shí)驗(yàn)進(jìn)行親手操作、對物理現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致觀察、對現(xiàn)象產(chǎn)生原因進(jìn)行深度交流、對物理理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這樣既可以增強(qiáng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感，又能提高其動手操作、觀察分析、交流理解的能力，進(jìn)而提升物理深度學(xué)習(xí)質(zhì)量。

三、深度學(xué)習(xí)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體措施

（一）創(chuàng)新演示性導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，使其切身感受大氣壓

帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)、感受大氣壓強(qiáng)的存在，是中學(xué)物理教師在深度學(xué)習(xí)視域下圍繞人教版八年級下冊教材“大氣壓強(qiáng)”一課展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)所需把握的關(guān)鍵實(shí)施要點(diǎn)。教師可以通過創(chuàng)新性的導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)方式提升學(xué)生的體驗(yàn)與感受，在吸引學(xué)生關(guān)注的同時，讓學(xué)生在細(xì)致觀察引人入勝的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中，切身體會到大氣壓強(qiáng)的存在。

首先，演示“壓扁易拉罐”的物理實(shí)驗(yàn)。將少量水注入廢棄易拉罐中，并用火加熱易拉罐，使易拉罐中的水沸騰，隨后立即用濕毛巾將易拉罐罐口塞住，向其外表面澆上冷水。此時，學(xué)生便會直觀且形象地觀察到易拉罐逐漸從原本的圓柱形逐漸變扁并發(fā)出“砰”的響聲。然后，教師立足實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出啟發(fā)性教學(xué)問題：“是什么力讓易拉罐變形？該實(shí)驗(yàn)是否能夠證明大氣壓強(qiáng)的客觀存在？液體能夠流動，液體流向內(nèi)部的各個方向都有壓強(qiáng)，空氣也能夠流動，那么是否空氣中也存在向各個方向的壓強(qiáng)？你們是否能夠舉出幾個生活實(shí)例或設(shè)計(jì)幾個物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來驗(yàn)證自身對大氣壓強(qiáng)所提出的猜想？”以此激活學(xué)生的思維，驅(qū)動學(xué)生對大氣壓強(qiáng)是否存在提出有理有據(jù)的科學(xué)假設(shè)，激發(fā)深入探究物理奧秘的學(xué)習(xí)興趣與科學(xué)探究熱情。

其次，在學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣與積極情緒被充分調(diào)動與激發(fā)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生類比推理液體壓強(qiáng)的物理概念，對大氣壓強(qiáng)下定義，即大氣對浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫作大氣壓強(qiáng)，簡稱為大氣壓或氣壓。然后，教師聯(lián)系學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，利用羽毛球筒這一生活素材，指導(dǎo)學(xué)生做改良版的“覆杯實(shí)驗(yàn)”。

第一步，將長寬大于筒口的干燥紙片覆蓋在筒口上，倒置羽毛球筒可觀察到紙片下落。第二步，將筒口打濕，用干燥紙片覆蓋筒口，倒置羽毛球筒可觀察到紙片不下落。第三步，向羽毛球筒中注入清水，使水面略高于筒口，將干燥紙片覆蓋在筒口上，倒置羽毛球筒可觀察到紙片緊緊依附在筒口上。平穩(wěn)移動羽毛球筒，可發(fā)現(xiàn)紙片始終不下落。

學(xué)生積極參與物理演示實(shí)驗(yàn)，充分感知到大氣壓強(qiáng)的客觀存在，能夠主動地從物理+生活的角度上列舉與大氣壓有關(guān)的生活實(shí)例，如懸掛物品的吸盤式塑料掛鉤、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的膠頭滴管、鋼筆的墨囊等。

（二）改進(jìn)驗(yàn)證性測量實(shí)驗(yàn)，動手測量大氣壓

測量大氣壓既是初中物理“大氣壓強(qiáng)”一課的核心內(nèi)容，也是中學(xué)生建構(gòu)大氣壓強(qiáng)物理觀念、發(fā)展進(jìn)階科學(xué)思維與科學(xué)探究物理核心素養(yǎng)的主要渠道。人教版八年級下冊物理教材中，關(guān)于大氣壓的測量是以演示性（錄像）實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)原型為意大利科學(xué)家托里拆利的水銀柱實(shí)驗(yàn)。

在深度學(xué)習(xí)視域下的初中物理“大氣壓強(qiáng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，若教師只帶領(lǐng)學(xué)生觀看測量大氣壓值的物理實(shí)驗(yàn)視頻，容易讓學(xué)生出現(xiàn)脫離物理課堂、游離物理課程教學(xué)的淺層學(xué)習(xí)問題，對其物理學(xué)習(xí)品質(zhì)的進(jìn)階與物理核心素養(yǎng)的發(fā)展帶來不利影響。為切實(shí)規(guī)避這一現(xiàn)象與問題的發(fā)生，教師便要采取更具實(shí)效性與針對性的手段對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改良與完善，將原有的水銀柱實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為安全性更高、學(xué)生本位更突出的水柱實(shí)驗(yàn)與吸盤實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在切身參與測量大氣壓值的實(shí)驗(yàn)操作與探究實(shí)踐的過程中實(shí)現(xiàn)更有意義的物理學(xué)習(xí)，進(jìn)而得到物理學(xué)習(xí)狀態(tài)的順勢轉(zhuǎn)化與思維能力的穩(wěn)步進(jìn)階。

首先，在學(xué)生自主閱讀教材中與“大氣壓的測量”有關(guān)的資料內(nèi)容后，教師利用微課技術(shù)為學(xué)生播放“托里拆利實(shí)驗(yàn)”的視頻錄像，讓學(xué)生通過類比推理與遷移轉(zhuǎn)化書面理論知識初步把握該實(shí)驗(yàn)中的原理與技巧方法，即科學(xué)家托里拆利是運(yùn)用等效替代法與轉(zhuǎn)化法研究大氣壓強(qiáng)的。然后，教師提問：“是否可以用水替代托里拆利實(shí)驗(yàn)中的水銀，大家能否測量出大氣壓值？”以此激發(fā)學(xué)生動手操作、動手測量大氣壓值的實(shí)驗(yàn)興趣。

其次，初中物理教師可遵循“組間同質(zhì)，組內(nèi)異質(zhì)”的小組合作學(xué)習(xí)原則，科學(xué)劃分物理實(shí)驗(yàn)小組，讓各組學(xué)生用長約10m的水管、大燒杯、剪刀、卷尺等實(shí)驗(yàn)器材展開以測量大氣壓值為目的的“水柱實(shí)驗(yàn)”。

第一步，向長約10m的水管中注滿染色的清水，并用繩子系好水管兩端。第二步，將水管的一端固定在位于四樓的物理實(shí)驗(yàn)室中，另一端從四樓緩慢下放到一樓地面上，并將其置于裝滿清水的大燒杯中。第三步，在水中將水管的打結(jié)處剪開，觀察水管中水柱的下降情況并測量水柱高度。第四步，重復(fù)操作，對比歸納實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出水管內(nèi)水柱高度約為9m。在各組學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與歸納后，教師可組織學(xué)生圍繞所測得的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展開探討與分析，遷移運(yùn)用計(jì)算液體壓強(qiáng)大小的公式計(jì)算大氣壓值，使其在發(fā)散思考、多元探討的過程中得到物理學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和感受的深化。

最后，考慮到“水柱實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)步驟煩瑣復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大、實(shí)驗(yàn)操作所需空間大等種種因素，教師還可為學(xué)生設(shè)計(jì)更易上手、操作步驟更為簡便、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取更為輕松的“吸盤實(shí)驗(yàn)”。

第一步，以生活中常見的吸盤式塑料掛鉤為主要實(shí)驗(yàn)材料，利用已知圓的面積公式計(jì)算出吸盤的面積。第二步，將小桶懸掛在吸盤掛鉤上，將沙子少量多次地傾倒在小桶中，直至吸盤掉落。第三步，測量吸盤掉落時小桶與沙子的總重量，應(yīng)用已知的壓強(qiáng)公式計(jì)算吸盤的大氣壓值，即。第四步，重復(fù)操作，對比歸納實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過取平均值得到更為精準(zhǔn)與科學(xué)的大氣壓值。

該方式對原有的“大氣壓的測量”物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良與完善，不僅能夠讓學(xué)生參與到物理實(shí)驗(yàn)操作、物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集以及物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析的過程中，進(jìn)一步豐富與深化學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)感受與物理學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，還能夠讓學(xué)生在以小組合作的形式對測量大氣壓值的方法步驟展開多元探討與分析交流時，使其科學(xué)思維能力更為發(fā)散與活躍，學(xué)習(xí)效果也會在提出問題、分析問題與解決問題時得到逐步提高與增強(qiáng)。

（三）拓展探究性操作實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，合理運(yùn)用大氣壓

學(xué)以致用、創(chuàng)新創(chuàng)造既是中學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的集中體現(xiàn)，也是初中物理教師在學(xué)科核心素養(yǎng)視域下關(guān)鍵的育人方向。在初中物理“大氣壓強(qiáng)”一課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師可以在學(xué)生通過仔細(xì)觀察演示性物理實(shí)驗(yàn)深刻感知大氣壓的存在、通過積極參與測量性物理實(shí)驗(yàn)充分把握測量大氣壓具體數(shù)值方法的基礎(chǔ)上，立足物理課程的生活本質(zhì)，引領(lǐng)學(xué)生從物理學(xué)科的視角觀察、分析生活中各種氣壓計(jì)，如水銀氣壓計(jì)、金屬盒氣壓計(jì)、氧氣瓶與滅火器氣壓計(jì)等工作原理，讓學(xué)生在理解體會物理知識應(yīng)用價值的基礎(chǔ)上，更為真切地感受到物理與生活、社會、技術(shù)之間的必然關(guān)聯(lián)，主動生成動手制作簡易氣壓計(jì)的科學(xué)探索欲望與物理實(shí)踐興趣。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧自制溫度計(jì)的技巧方法，用帶有刻度的玻璃管、染色的清水以及窄口玻璃瓶制作簡易氣壓計(jì)，如圖1所示。然后，攜帶簡易自制氣壓計(jì)從樓下走到樓上，利用本課所學(xué)大氣壓強(qiáng)知識與物理原理，對玻璃管中水柱高度的變化情況與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出科學(xué)解釋，使學(xué)生深刻認(rèn)識到大氣壓強(qiáng)會隨高度的上升而不斷減小。

圖1? 簡易氣壓計(jì)

該方式優(yōu)化了初中物理“大氣壓強(qiáng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅能夠?yàn)閷W(xué)生的物理學(xué)習(xí)建構(gòu)從認(rèn)知到理解，再到應(yīng)用的良性“閉環(huán)”，使其接受與認(rèn)同大氣壓強(qiáng)客觀存在的這一科學(xué)事實(shí)，樹立更為客觀的物理觀念與科學(xué)意識。學(xué)生在基于科學(xué)事實(shí)與證據(jù)參與更為自主化、開放化與創(chuàng)新化的物理實(shí)驗(yàn)活動與創(chuàng)新實(shí)踐時，對物理學(xué)科的本質(zhì)內(nèi)涵與價值意義也會形成嶄新的認(rèn)識，物理學(xué)習(xí)效率與物理核心素養(yǎng)自然也會在潛移默化中得到發(fā)展與提升。

四、結(jié)語

總而言之，在深度學(xué)習(xí)視域下開展初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，教師應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循新課標(biāo)的課程理念與教學(xué)建議，將更多關(guān)注點(diǎn)與教育教學(xué)重心集中在學(xué)生的科學(xué)探究與自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)上，以此更好地突出“以生為本”的素質(zhì)教育觀，建構(gòu)以學(xué)生為中心的課程教學(xué)結(jié)構(gòu)，從而在有效驅(qū)動初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)從“知識本位”到“能力本位”“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)移的同時，更為有效地促進(jìn)初中生物理學(xué)習(xí)品質(zhì)的進(jìn)階與物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。