指向深度学习的高中物理实验教学探索

发表时间:2020/7/2   来源:《中小学教育》2020年第6期   作者:王益鑫
[导读] 《高中学物理教学大纲》指出:“使学生受到科学方法的训练,培养学生的观察和实验能力
        【摘要】《高中学物理教学大纲》指出:“使学生受到科学方法的训练,培养学生的观察和实验能力,科学思维能力,分析问题和解决问题的能力。”促进学生深度体验探究是物理教学的目标,体验探究越深,越能够激发学生对自我生命历程的回忆,获得认知和行为上的提升,从而发展学生的综合素养。在物理教学中,笔者深刻地体会到,从趣味先行、立足于真实情境的问题解决、侧重于高阶思维能力的学习、特别关注物理实验创新四方面落地,是促进是达成学生物理深度深度学习的有效策略。
        【关键词】高中物理 浅层体验 深度学习 实验探索
        一、缘起:高中物理实验教学现状
        郭元祥教授在《谈课程改革的深化3》中指出“要根据知识理解的条件,引导学生进行深度学习,这是提升课堂教学质量的根本要求。”这个理念将我们的目光引向学习的“深度”领域:学习应该为学生提供一种更为深刻的理智经验。“是否从体验层次进入有意义建构层次,是评判各种综合实践活动实施过程的价值大小的基本标准。”根据郭教授的这个评判标准,我们来回首当下高中物理实验教学实施过程些许问题:
        (一)受“应试教育”影响,重分数轻能力的现象普遍存在。虽然国家一度提倡素质教育,各省县积极推广新课程改革,然而考试及评价制度这根无形“指挥棒”却指引着教学内容与方式。无论是教师还是学生都认为做实验很费时间,影响教学进度,而考试时又不考实验操作,因而也逐渐形成了“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”的思想,习惯于“老师嘴里讲实验、黑板上画实验”,“实验教学习题化”的模式。
        (二)学生实验习惯差、实验技能弱。有些学生没有养成良好的实验习惯,在实验中不遵守规则,不按操作要求做实验,造成仪器损坏,从而影响实验正常开展。另有部分学生错误地认为“实验费时,考试不考动手操作”;对一些难度较大的实验,学生不易做成功,不能获得成功的快感,慢慢就会对实验失去兴趣和信心。对探究验证实验的猜想总是离题太远,而过程的设计上又是缺乏科学性。
        因此,我们需要开创物理实验教学的新局面,改变这种物理实验教学的浅层体验状态,让学生从浅层体验走向深度学习。
        二、策略:从浅层体验走向深度学习
        所谓“深度学习”(deep learning),就是指在真实复杂的情境中,学生运用所学的本学科知识和跨学科知识,运用常规思维和非常规思维,将所学的知识和技能用于解决实际问题,以发展学生的批判性思维、创新能力、合作精神和交往技能的认知策略。在物理实验教学中,
        (一)激趣先行,提高学生实验的参与度
        建构主义认为,学生获得知识应当有一个过程,这个过程犹如他的机体吸收营养,只有他自己才能完成,别人是不可能替代的。教师可以讲解、答疑和指导,但必须通过学生有意义的自我活动,才能完成获得知识的过程。观察现象、进行演示和学生实验,能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识,这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力,培养实事求是的科学态度,引起学习兴趣,具有不可代替的重要作用。因此,要大力加强演示和学生实验。
        (二)立足于真实情境的问题解决
        “深度学习”强调让学生在真实的物理情境里,通过自主与合作学习,迁移所学知识,解决实际问题。譬如学生学了电学知识,总觉得用不到实际情景中,那么教师可以提出课外作业,让学生测下自来水的电阻率。通过引导和启发,学生可能设计出如下的实验:
        在内径为d的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右侧活塞固定,左侧活塞可自由移动(设计电路图如下图所示)。然后操作,向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;连接好电路,闭合开关S,调节电阻箱阻值,读出电流表A1、A2示数分别记为I1、I2,记录电阻箱的阻值R;D.向左移动活塞,多次重复实验步骤B、C,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R。

        (三)侧重于物理高阶思维能力的学习
        所谓高阶思维,是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。高阶思维是高阶能力的核心,直接表现为创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。钟启泉教授指出:发展高阶思维,需要高阶学习活动予以支持——要以学习者为中心;要开展问题求解的学习活动;要形成知识共享、互动合作的学习模式,同时还应该注重交叉学科知识的学习,注重环境营造,注重教师有意义地引导。在物理实验教学中,培养学生的高阶思维能力,是走向深度学习的重要方式。
        (四)特别关注物理实验创新
        结合学习内容联系自然、生产、学生生活经验和社会热点问题,引导学生面对并能够解决实际问题。摒弃只关注解决考试问题所需的公式和外在线索的浅层学习,强调物理实验创新与设计,强调项目式的探索和研究。
        譬如在验证牛顿第二定律的实验中往往对小车受到的合力我们用近似法来理解,但是学生在做这个实验的时候总觉得这个近似相等有所欠缺,所以这个实验对学生有启迪作用,学生希望能有精确值,准确度高。于是经过引导和启发,我们可以设计这样一个实验来解决这个问题:用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起,木板的右端固定了两个打点计时器,将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端,用细线绕过滑轮组后与两小车相连,两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起(如下图所示)。将两个打点计时器接在同一个电源上,确保可将它们同时打开或关闭。实验时,甲同学将两小车按住,乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码,再接通电源使打点计时器开始工作。打点稳定后,甲将两辆小车同时释放,在小车撞到定滑轮前,乙断开电源,两打点计时器同时停止工作。取下两条纸带,通过分析处理纸带记录的信息,可以求出两小车的加速度,进而完成实验。
        三、总结
        基于学生深度学习的物理实验教学,学生化学学习从被动地接受知识转化为主动去探索研究,学生主动动手实验、动眼观察、动脑思维、动口表达,学生在学习过程发现认知。在认知的同时,学生的逻辑思维、探究思维、创造思维得到全面发展,最终实现化学深度学习的目标。
        参考文献:
        [1]陈华忠.聚焦“核心问题”呈现精彩课堂[J].教书育人,2019(1):42-43.
        [2]田奇林.由“低阶思维”向“高阶思维”学习模式的变革——基于核心素养培育深度学习的研究[J].求学,2017(7X):01-09.
       
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