［摘要］ 學(xué)生學(xué)習(xí)的過程并非機(jī)械性積累或識(shí)記知識(shí)，而是需要在社會(huì)文化的環(huán)境中深度經(jīng)歷知識(shí)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用并掌握學(xué)習(xí)知識(shí)的方法。面向高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，拓展性學(xué)習(xí)理論提示了未來教學(xué)的改進(jìn)方向，應(yīng)當(dāng)在傳授操作技能的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)原理，尋求合作探究，促進(jìn)圖式建構(gòu)，進(jìn)而生成科學(xué)觀念?；谕卣剐詫W(xué)習(xí)理念，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可采用提供示證性實(shí)踐機(jī)會(huì)、延伸實(shí)踐性工程應(yīng)用、設(shè)置挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)、導(dǎo)引整體性方案設(shè)計(jì)與回溯歷史性探究程式等策略來達(dá)成目標(biāo)要求。

［關(guān)鍵詞］ 拓展性學(xué)習(xí)；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科學(xué)探究

傳統(tǒng)教學(xué)往往強(qiáng)調(diào)機(jī)械性積累，而拓展性學(xué)習(xí)理論則提倡學(xué)生在社會(huì)文化環(huán)境中深度體驗(yàn)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用與來源。這種從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)探究，從簡(jiǎn)單傳授知識(shí)轉(zhuǎn)為引導(dǎo)學(xué)生思考和推斷，從機(jī)械操作轉(zhuǎn)為理論探索的學(xué)習(xí)科學(xué)理論，對(duì)于當(dāng)下教學(xué)具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)拓展性學(xué)習(xí)要求，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能止步于操作技能的傳授，還要引導(dǎo)學(xué)生深度體驗(yàn)知識(shí)在社會(huì)文化環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用和來源。首先，教師應(yīng)著重轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)原理，讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)規(guī)律，培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和問題解決能力。其次，鼓勵(lì)學(xué)生尋求合作探究，通過團(tuán)隊(duì)合作解決問題，增強(qiáng)交流和協(xié)作意識(shí)。此外，圖式建構(gòu)也至關(guān)重要，教師要幫助學(xué)生規(guī)劃對(duì)物理現(xiàn)象背后原理的實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)，形成獨(dú)特的認(rèn)知模式，加深對(duì)物理世界的理解。最后，通過生成科學(xué)觀念，引導(dǎo)學(xué)生思考、探索，并從實(shí)驗(yàn)中掌握科學(xué)探究的一般方法，形成批判性思維和科學(xué)探究能力。下面，研究者就拓展性學(xué)習(xí)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略進(jìn)行探討。

一、提供示證性實(shí)踐機(jī)會(huì)，傳授操作技能

拓展性學(xué)習(xí)提倡通過親身實(shí)踐和體驗(yàn)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生更好地接受文化知識(shí)，并更深入地理解知識(shí)，發(fā)展批判性思維。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，同樣可以通過提供示證性實(shí)踐機(jī)會(huì)，使得學(xué)生不僅能夠觀察到理論知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，還可以學(xué)會(huì)如何操作實(shí)驗(yàn)儀器、進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析等關(guān)鍵技能。這種方法利用了觀察學(xué)習(xí)和模仿的原理，讓學(xué)生通過觀察教師展示正確的操作步驟，并嘗試模仿實(shí)施，從而逐步掌握實(shí)驗(yàn)操作技能。一般來說，該策略大致遵循如下過程：教師首先展示正確的實(shí)驗(yàn)操作流程和技巧，注重細(xì)節(jié)和關(guān)鍵步驟的演示；隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生模仿示范的實(shí)驗(yàn)操作，鼓勵(lì)他們熟練掌握每個(gè)步驟；緊接著，教師在學(xué)生進(jìn)行操作時(shí)提供指導(dǎo)和支持，及時(shí)給予反饋并糾正錯(cuò)誤，以幫助他們改進(jìn)操作技能，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生多次練習(xí)和實(shí)踐，加深對(duì)操作步驟的記憶和理解，直至能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作；最后，教師定期評(píng)估學(xué)生的操作表現(xiàn)，并提供必要的指導(dǎo)和建議，幫助他們不斷提升實(shí)驗(yàn)操作技能。

例如，在進(jìn)行高中物理“光的折射”這部分內(nèi)容教學(xué)時(shí)，便可以先進(jìn)行示范操作，即教師展示將一束光線從空氣射入玻璃磚時(shí)的折射現(xiàn)象，并示范如何使用尺規(guī)或量角器測(cè)量不同入射角度下的折射角。緊接著，便要求學(xué)生依次模仿教師的操作，嘗試用光源、玻璃磚及測(cè)量工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)依據(jù)示范的方法，測(cè)量不同入射角度對(duì)應(yīng)的折射角，并記錄數(shù)據(jù)。教師在學(xué)生操作過程中應(yīng)提供指導(dǎo)，糾正錯(cuò)誤的操作方法，并解釋可能出現(xiàn)的誤差。學(xué)生通過多次的實(shí)驗(yàn)操作，可以準(zhǔn)確測(cè)量并計(jì)算得出光的折射定律公式，培養(yǎng)了他們的實(shí)驗(yàn)操作能力與問題解決能力。之后，教師則需要評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，檢查他們的數(shù)據(jù)記錄和分析是否正確，并依據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，提供進(jìn)一步指導(dǎo)，以幫助他們加深對(duì)光的折射現(xiàn)象的理解。這種拓展性學(xué)習(xí)的過程有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高動(dòng)手操作能力和科學(xué)思維水平。

二、延伸實(shí)踐性工程應(yīng)用，轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)原理

延伸實(shí)踐性工程應(yīng)用旨在通過延伸學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中學(xué)到的理論知識(shí)，促使他們將所學(xué)的實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中。這可以幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)，并將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力。就拓展性學(xué)習(xí)來看，這種教學(xué)策略強(qiáng)調(diào)通過將知識(shí)應(yīng)用于新領(lǐng)域或情境中，來鞏固和加深學(xué)習(xí)效果的重要性。因此，在延伸實(shí)踐性工程應(yīng)用的過程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)更全面地理解和運(yùn)用所學(xué)的實(shí)驗(yàn)原理，以期提高自身學(xué)習(xí)成果。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以通過提供實(shí)際案例、設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)踐性項(xiàng)目和鼓勵(lì)創(chuàng)新探索等方式，幫助學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用到工程實(shí)踐中。具體而言，教師一方面提供真實(shí)的工程案例引導(dǎo)學(xué)生思考，并將理論知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合，另一方面則需要設(shè)計(jì)涉及多個(gè)實(shí)驗(yàn)原理的綜合性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，讓學(xué)生參與實(shí)際工程項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)，從中學(xué)習(xí)并應(yīng)用實(shí)驗(yàn)原理，加深對(duì)理論的理解。同時(shí)，教師也要鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中嘗試新的方法和思路，促進(jìn)他們將實(shí)驗(yàn)原理轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新的工程應(yīng)用能力。經(jīng)過上述一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟，學(xué)生能夠加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，并為將來的工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以“測(cè)量彈簧振子周期與頻率”的實(shí)驗(yàn)為例，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以探究彈簧的彈性并了解振動(dòng)規(guī)律。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生可能只是簡(jiǎn)單地測(cè)量周期和振幅等參數(shù)，而采用上述的教學(xué)策略后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生模擬地震波傳播來設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目，并思考如何有效推進(jìn)落實(shí)。首先，學(xué)生需要準(zhǔn)備所需材料，包括彈簧、支架、小球等。接著，他們可以按照指導(dǎo)書上的步驟，組裝彈簧振子裝置。一旦裝置搭建完成，就可以開始調(diào)整彈簧的參數(shù)，如長(zhǎng)度和材質(zhì)，以模擬不同地震波條件下的傳播效果。通過觀察小球在振子上的運(yùn)動(dòng)軌跡和振幅變化，學(xué)生能夠深入理解振動(dòng)原理，并探討地震波在不同介質(zhì)中的傳播規(guī)律。隨后，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析，比較不同振動(dòng)條件下的結(jié)果。通過討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理原理，學(xué)生可以進(jìn)一步加深對(duì)地震波傳播機(jī)制的理解。最后，教師與學(xué)生共同思考如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的地震減災(zāi)工程中。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅可以鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的能力，還能培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力，為未來的科學(xué)研究和工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、設(shè)置挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，尋求合作探究

學(xué)習(xí)不僅僅是掌握知識(shí)，更重要的是通過對(duì)知識(shí)的探究和應(yīng)用來做到真正理解。實(shí)則，就拓展性學(xué)習(xí)來看，學(xué)生需要在社會(huì)性參與的同伴互助中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、發(fā)展思維。設(shè)置挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)可以引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，激發(fā)其自主學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)；而合作探究則能促進(jìn)學(xué)生在協(xié)作中相互借鑒、共同成長(zhǎng)，從而達(dá)到社會(huì)性參與的效果。在具體的教學(xué)中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)具有一定難度和挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生積極面對(duì)挑戰(zhàn)，激發(fā)他們的求知欲和解決問題的意愿。同時(shí)，學(xué)生應(yīng)分成小組展開合作探究，共同討論、探索和解決問題。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅可以相互借鑒、共同成長(zhǎng)，還能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和解決問題的能力。誠(chéng)然，教師在整個(gè)教學(xué)過程中，應(yīng)提供必要的支持和指導(dǎo)，確保學(xué)生理解任務(wù)要求，并助推學(xué)生自主探索和實(shí)踐，在團(tuán)隊(duì)合作中發(fā)現(xiàn)并解決各種問題。此外，教師還應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生分享彼此的發(fā)現(xiàn)和見解，推動(dòng)知識(shí)的共享和交流；并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和成果，評(píng)判自身的學(xué)習(xí)過程，從而達(dá)到扶放有度的教學(xué)效果。

例如課外拓展的熱力學(xué)定律，就可以設(shè)置“熱力學(xué)”實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過測(cè)量不同物質(zhì)在加熱或冷卻過程中的溫度變化，可以了解熱能傳遞和熱容量的概念。他們需要選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法和儀器，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析，以探討熱力學(xué)規(guī)律。這一挑戰(zhàn)性任務(wù)，旨在激發(fā)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)現(xiàn)象的思考和實(shí)踐。詳細(xì)說來，課堂上學(xué)生分組展開合作，共同制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、安排實(shí)驗(yàn)步驟和記錄觀察結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可能面臨如何準(zhǔn)確測(cè)量溫度、如何控制外界影響等挑戰(zhàn)，需要充分運(yùn)用團(tuán)隊(duì)力量合作解決，這有助于培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)技能和協(xié)作意識(shí)。與此同時(shí)，不同的小組選擇的實(shí)驗(yàn)材料不同，有些可能采用氣體，而有些則可能采用液體進(jìn)行熱力學(xué)定律驗(yàn)證。教師需要給學(xué)生提供必要的支持和指導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生深入思考和探究。學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并相互學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)共同體中掌握科學(xué)知識(shí)的一般性來源與實(shí)踐應(yīng)用。在最后的總結(jié)反思階段，學(xué)生可以回顧實(shí)驗(yàn)過程中的各種問題和取得的收獲，鞏固與加深對(duì)熱力學(xué)原理的理解。

四、導(dǎo)引整體性方案設(shè)計(jì)，促進(jìn)圖式建構(gòu)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，通過設(shè)計(jì)綜合性、整體性的實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生將零散的實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)整合成為結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知圖式，從而使他們更深層次地理解和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)策略要求教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中注重將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)與結(jié)論、評(píng)價(jià)與反思有機(jī)地結(jié)合起來，讓學(xué)生能夠清晰地理解實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系和組織結(jié)構(gòu)，幫助他們更好地掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)原理和方法。拓展性學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于如何將新知識(shí)與已有知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系、擴(kuò)展和轉(zhuǎn)化。經(jīng)由整體性實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生可以建立起更為完善和有機(jī)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。詳細(xì)說來，教師應(yīng)首先確定實(shí)驗(yàn)的主題和目標(biāo)，并向?qū)W生解釋實(shí)驗(yàn)背景以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。隨后，教師需要讓學(xué)生設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)方案。這一環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造性思維提出了挑戰(zhàn)，要求他們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、理解實(shí)驗(yàn)原理，并具體規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟、材料準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)收集與分析的方法。通過讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)他們獨(dú)立思考，有助于其問題解決和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為了培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和開放思維，在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以引導(dǎo)他們進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生有機(jī)會(huì)自主選擇實(shí)驗(yàn)材料和裝置，設(shè)計(jì)并實(shí)施能夠驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)方案。教學(xué)伊始，教師鼓勵(lì)學(xué)生分組自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理后，分組進(jìn)行方案交流與討論，確定其可行性。之后，學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)材料，如選取氣墊導(dǎo)軌和光電門，或用平拋儀，或采用智能小車碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒。緊接著，讓學(xué)生按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)量碰撞前后各物體的速度和動(dòng)量變化。學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出各物體碰撞前后的動(dòng)量，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律是否成立。最后，學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與同學(xué)討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并結(jié)合理論知識(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋和總結(jié)。通過這個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生自主思考和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)他們解決問題和科學(xué)探究的能力。此外，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論過程中，學(xué)生將更深入地理解動(dòng)量守恒定律的實(shí)際應(yīng)用和重要性，深刻認(rèn)識(shí)物理理論，有效建構(gòu)整體概念圖式。

五、回溯歷史性探究程式，生成科學(xué)觀念

科學(xué)史進(jìn)程中蘊(yùn)含著體現(xiàn)各種程序性知識(shí)與認(rèn)知性知識(shí)的豐富育人資源。通過回溯歷史，學(xué)生可以看到科學(xué)觀念是如何逐步發(fā)展和完善的，以及不同時(shí)期的科學(xué)家們是如何通過實(shí)驗(yàn)和探索來形成這些觀念的。這種教學(xué)策略，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過分析歷史背景和科學(xué)實(shí)踐，推導(dǎo)出科學(xué)觀念的產(chǎn)生和發(fā)展過程，從而促使他們形成更加深入和全面的科學(xué)認(rèn)識(shí)。根據(jù)拓展性學(xué)習(xí)的學(xué)會(huì)思維要求，教學(xué)中應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生思維的整合力，即能夠?qū)⒘闵⒌闹R(shí)點(diǎn)整合為有機(jī)的知識(shí)體系。通過科學(xué)史回溯，學(xué)生能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)間段、不同科學(xué)家的研究成果整合在一起，形成對(duì)于某一科學(xué)觀念的全面認(rèn)識(shí)，而不僅僅停留在淺表的概念層面。拓展性學(xué)習(xí)的學(xué)會(huì)思維要求強(qiáng)調(diào)，獲取知識(shí)從何而來是一項(xiàng)重要的學(xué)習(xí)活動(dòng)。這提示了教師需要回溯歷史性探究程式，以幫助學(xué)生深入理解知識(shí)的起源、發(fā)展和演變過程。在回溯科學(xué)史蘊(yùn)含的探究程式過程中，教師積極引導(dǎo)學(xué)生探索知識(shí)的來源和演變歷程，幫助他們更好地理解知識(shí)的本質(zhì)屬性與內(nèi)在聯(lián)系。

對(duì)于拓展性實(shí)驗(yàn)：“測(cè)定電子的電荷量”的教學(xué)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回溯科學(xué)史中探究過程，重溫科學(xué)探究的一般程序，并生成科學(xué)觀念。具體來說，該實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定電子的電荷量，讓學(xué)生了解元電荷的概念、其重要性及科學(xué)研究的一般方法。學(xué)生在測(cè)定電子電荷量的過程中，認(rèn)識(shí)清楚了電子電荷是什么。首先準(zhǔn)備所需的實(shí)驗(yàn)材料，包括電源、導(dǎo)線、密立根油滴實(shí)驗(yàn)儀等，然后學(xué)生向真空室中噴射微小油滴，調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度，使油滴達(dá)到平衡。通過數(shù)據(jù)分析得到電子電荷的大小，加深了對(duì)物理世界中基本粒子性質(zhì)的理解。在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，學(xué)生回溯科學(xué)史，探索電子電荷的發(fā)現(xiàn)歷史，如康普頓散射實(shí)驗(yàn)、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)等對(duì)電子電荷性質(zhì)的驗(yàn)證作用。通過結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)史背景，學(xué)生將順利生成對(duì)元電荷的科學(xué)觀念。此外，教師還可以通過講述電子電荷的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域，如電子學(xué)、半導(dǎo)體器件等，激發(fā)學(xué)生對(duì)前沿科學(xué)技術(shù)發(fā)展的興趣，并幫助他們將所學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用聯(lián)系起來。

［本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題“促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的物理實(shí)驗(yàn)5E教學(xué)模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：B/2021/02/45）研究成果］

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蔡衛(wèi)東? ?江蘇省前黃高級(jí)中學(xué)，正高級(jí)教師，江蘇省特級(jí)教師。