基于深度学习的初中物理实验探究型教学

时间：2024-05-10

摘要：本文针对初中物理实验探究教学过程中存在的问题，提出以促进学生深度学习为目的实验探究型教学模式.以“电生磁”的教学为例分享实践过程，重视学生合作探究，通过自制通电螺线管为补充，引导学生进行分组实验教学实践，培养学生实验探究的能力.

关键词：深度学习;实验探究;电生磁;通电螺线管

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）14-0033-03

作者简介：张丽君（1982-），女，湖南邵东人，本科，中学一级教师，研究方向：中学物理实验教学.

初中物理深度学习界定为：“在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的物理学习主题，全身心参与以生活实际情景和物理实验为主的多种探究活动及情境互动，从形成物理观念的视角，运用模型建构与推理论证等科学思维方式，解决真实问题，体验成功，获得物理学科核心知识，理解物理学习的过程，把握物理学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，在物理学科核心素养方面获得全面发展，成为具有创新精神和实践能力、基础扎实的优秀的学习者[1] .”

在初中物理深度学习活动中，基于实验探究的深度学习是一种重要的教学方式，其核心是实验探究，重在让学生经历科学探究过程，自主构建结论[2].针对这一特点.本文构建基于深度学习的探究式教學模式，在人教版物理教材九年级第二十章第二节“电与磁”中，有关的物理规律和概念几乎都是通过实验概括得出，注重学生的体验与感悟，注重知识的实际应用.因此，本节课通过实施学生分组实验的实验教学方式，能有效培养学生的科学思维，提高学生探究能力，锻炼学生从实验事实出发归纳规律和应用概念的能力.

1 基于深度学习的实验探究型教学路径

初中物理深度学习突出学习过程的五个特征：联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价.结合深度学习的这些特征，在初中物理实验探究型教学实施中的教学基本流程，如图1所示.

2 基于深度学习的实验探究型教学实践与评析

在人教版物理教材九年级第二十章第二节“电与磁”中，教材在已有的电学知识和简单的磁现象知识基础上，将电和磁联系起来.本节是本章的重点内容，实现电与磁的统一，是学生在学习磁现象、磁场后的一节实验探究课，是磁场研究方法的延伸.本节内容的重难点是探究通电螺线管中的磁场特点.现以学生深度学习过程为主线，分享教学实施的过程和评析.探究如何将深度学习应用到实验探究型教学中.

2.1 创设真实情景，激发学习兴趣

教学片段1

魔术——纸盒吸引大头针（利用纸盒内隐蔽的通电螺线管吸引大头针）.

教师：我们发现盒子能吸引大头针，此盒中的物体可能是什么？你猜想的依据是什么？

学生：盒内可能有磁体，磁体能吸引大头针.

教师：断开开关，再靠近大头针;仔细观察实验现象，你有哪些疑问？

学生：为什么不吸引大头针了？盒内到底是什么？

教师：将纸盒打开，展示螺线管.

观察盒内的器材，请学生猜想这是什么？可提出什么样的问题进行探究？

学生：电和磁之间有联系，电流也能产生磁场.

评析：深度学习面向真实问题的解决，表现为学生全身心投入的学习状态，因为实验探究型教学的情境创设要突出“真实”和“出乎意外”的特点，能激发学生的思维，能够让学生迅速进入深度学习的状态.在学生的认知中磁体能够吸引铁、钴、镍等物体.现在能否吸引大头针完全可以人为控制，引起学生强烈的好奇心，激发学生的求知欲，从而引发学生思维冲突，培养学生发现问题和提出问题的能力.

2.2 问题驱动学习，学生积极体验

教学片段2

教师：电流是否能产生磁场？探究教材第124页中的“想想做做”.先做实验甲，看到什么现象？说明什么？

注意事项：实验过程让电源短路，通电时间不能过长，强调触接.

学生：小磁针发生偏转，说明通电直导线周围存在磁场.

教师：学生分组实验，改变通电导线中电流的方向，小磁针的偏转方向和原来偏转的是否相同？这又说明什么？

学生：小磁针偏转方向发生改变，说明电流的磁场与电流方向有关.

教师：介绍丹麦物理学家奥斯特.

评析：传统的演示实验变成学生分组实验，学生将能够更好地观察到实验现象，教师引导学生分析现象，概括结论，对培养学生的科学探究思想和方法都起到重要的作用.真正遵循“以教师为主导，以学生为主体”的原则.通过介绍电生磁的物理学史，对学生进行科学世界观的教育.从而为后面的学习起到启发与引导作用.

教学片段3

教师：通电导线周围存在磁场，通电螺线管的周围也应该存在磁场，那么通电螺线管的磁场是什么样的？用什么方法可以显示出磁场的分布？

学生：可以用铁屑进行实验，将铁屑洒在通电螺线管的上面，观察铁屑的排列情况.

教师：还可以用什么方法？

学生：还可以用小磁针，将小磁针放在通电螺线管周围不同位置，观察小磁针N极指向，并记录N极指向.如图2所示.

教师：观察这两种显示磁场的分布（如图3所示），对比上节课学习的蹄形磁体和条形磁体的磁场分布，你能得到什么结论？

学生：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场分布相似.

评析：通过实验让学生自己探究、感知通电螺线管的磁场，通过观察使学生联想到条形磁体，得出结论：通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场非常相似.美国心理学家桑代克认为：“只有在原有的学习情境与新的学习情境有相同要素时，原先的学习才有可能迁移到新的学习中去.”因此，教师利用这种教学方法有益于学生进行深度学习.

2.3 基于合作探究，实现意义建构

教学片段4

教师：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场分布相似，它的两端相当于条形磁体的两个磁极.那么如何判断通电螺线管的极性？

学生：根据通电螺线管两端的小磁针的N极或者S极的指向，由同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引，可以判断出通电螺线管的极性.

教师：那么通电螺线管的极性与螺线管中电流方向是否有关？要研究通电螺线管的极性与电流方向是否有关，需要记录什么？

学生：需要记录螺线管中的电流方向和记录通电螺线管的极性.

教师：如何画出通电螺线管的平面图？并在螺线管上标出电流的方向？先示范，描出其中一种绕线方式，再让学生观察桌面的螺线管绕线方式，属于哪一种，讨论思考.

学生：学生画图，展示出两种不同的绕线方式.如图4所示.

传统的实验都是用成品实验器材，而成品的绕线方式只有一种.为了实现真正的实验探究，为了能够更好地说明通电螺线管外部磁场的方向和螺线管中的电流方向的关系，教师在课堂上用两种绕线方式让不同的学生做实验，得出普遍規律.笔者自制螺线管，其绕线方式和成品实验器材不同，实现重实验探究的目的.

教师：请同学们动手实验，实验完成后，展示两种不同的绕线方式，通过实验总结当改变螺线管中的电流方向时螺线管的极性是否改变.展示学生的四幅图，如图5所示，能否用自己的语言巧妙地将物理规律中各量之间的方向关系表达出来.可以参考教材中猴子和蚂蚁的表达方式.

教师：通过实验，结合两组不同的实验数据，思考可以发现通电螺线管的极性与螺线管中的电流方向是否有关？

学生：通电螺线管的极性与螺线管中电流方向有关.

评析：探究通电螺线管两端的磁极与电流的方向是否有关，和奥斯特实验中小磁针转动方向进行对比，且运用到上一节中——同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的知识，得到通电螺线管两端的磁极方向与电流方向有关.笔者在这个教学片段中渗透“预测—演示—观察”的教学策略，在问题中激发学生的思考，在实验中解决学生的疑惑，从而促进学生进行深度学习.同时也运用旧知识解决新的问题，而深度学习的特点之一就是强调新旧知识之间的联系.

本实验让学生体会科学研究中合作的必要性，除了在本实验小组范围内进行分工合作之外，还实现小组合作的实验数据共享，感受合作在获取大数据中的价值，增强学生的合作意识.通过学生的合作探究，引导学生建构右手定则的使用方法.

2.4 解决实际问题，提升学生思维

教学片段5

教师：请你根据图6中通电螺线管中的电流方向判断螺线管的极性.根据图7中通电螺线管的极性画出螺线管中电流的方向，并用箭头标出.

教师：安培定则有哪些实际应用？

学生：由通电螺线管中的电流方向，判断通电螺线管的N、S极;已知通电螺线管的N、S极，判定螺线管中电流的方向.

评析：解决实际问题，有助于知识的迁移应用，同时迁移应用又能帮助学生加深对知识的理解.迁移应用是学生进行深度学习的重要标志.通过运用右手定则能够快速判断通电螺线管的两端极性或螺线管中的电流方向.培养学生分析问题、总结概括能力.

3 结束语

在实验探究型教学中运用深度学习，提升学生自主建构物理知识的能力.本节课学生深度参与学习任务，教师引导学生勤思考，经历真正的思考与动手过程，学生经历有效的实验探究深度学习，在正确理解物理规律、科学探究的基础上形成物理观念，发展科学思维能力，形成社会责任感.

参考文献：

[1]白孝忠.指向深度学习的初中物理探究式教学——以“电磁感应发电机”教学为例[J].物理教学，2021，43（01）：55-58.

[2]陆莎莎.深度学习视角下的初中物理实验教学策略[J].数理化解题研究，2021（02）：69-70.