讓創(chuàng)新實驗成為深度學(xué)習(xí)的“助推器”
——以觀摩一節(jié)省評優(yōu)課“內(nèi)能 熱傳遞”教學(xué)為例

方友浩 胡世龍 湯玉敏

(1. 連云港市新海實驗中學(xué),江蘇 連云港 222000; 2. 連云港市柘汪中學(xué),江蘇 連云港 222113;3. 鎮(zhèn)江市宜城中學(xué),江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 物理教學(xué)中的深度學(xué)習(xí)意義

物理學(xué)是一門自然科學(xué),其內(nèi)容涵蓋了大量的物理概念和物理規(guī)律,對于抽象邏輯思維剛開始由經(jīng)驗型水平向理論型水平轉(zhuǎn)化的初中生,若只采用傳統(tǒng)的注入式教學(xué)方式,會使他們感到學(xué)習(xí)枯燥無味,影響對物理概念、物理規(guī)律的深層次理解,因此,探索新的教學(xué)方法,科學(xué)運用符合學(xué)生心理特征和認知規(guī)律的教學(xué)策略,通過進階式創(chuàng)新實驗教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí),助推學(xué)生提升學(xué)科核心素養(yǎng),是有益的嘗試.

深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí),是指學(xué)習(xí)者以高階思維發(fā)展和實際問題的解決為目標,以整合的知識為內(nèi)容,積極主動且批判性地學(xué)習(xí)新知識,并將它們?nèi)谌朐械恼J知結(jié)構(gòu)中,能將已有的知識遷移到新的情境中的一種學(xué)習(xí).[1]引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會深度學(xué)習(xí),從真實的、復(fù)雜的探究情境,運用已有的科學(xué)的或日常的知識與經(jīng)驗,通過常規(guī)思維與非常規(guī)思維、自主探究與交流合作,對觀測或調(diào)查的感知信息與數(shù)據(jù)進行深加工、精加工和多維加工,實現(xiàn)科學(xué)知識、科學(xué)規(guī)律的自主建構(gòu),從而探索科學(xué)規(guī)律、掌握科學(xué)知識和領(lǐng)會科學(xué)方法與范式,對于物理教學(xué)具有重要意義．[2]

2 發(fā)掘教材資源,設(shè)計學(xué)生深度學(xué)習(xí)的進階式創(chuàng)新實驗

物理教材是物理知識的重要載體,也是教師進行教學(xué)設(shè)計的主要文本資源.每一次精彩的課堂展示,都離不開對課標的精準把握和對教材深度研究．要想建立清晰的物理概念,厘清各個知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系,需要選擇合適教學(xué)方法對物理知識進行科學(xué)建構(gòu).在2018年11月江蘇省優(yōu)課評比活動中,湯玉敏老師執(zhí)教了“12.2 內(nèi)能 熱傳遞”示范課,通過設(shè)計7個進階式創(chuàng)新實驗,并設(shè)置了一系列問題鏈條,從內(nèi)能概念、內(nèi)能大小影響因素、用熱傳遞方式改變物體的內(nèi)能等3個方面導(dǎo)引學(xué)生進行深度學(xué)習(xí),解決了本節(jié)課教學(xué)重點和難點的內(nèi)能、熱量兩個物理概念的建構(gòu)水到渠成地達成了教學(xué)目標.具體教學(xué)流程設(shè)計如圖1所示.

3 實現(xiàn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的進階式創(chuàng)新實驗案例

在湯玉敏老師的示范課中,創(chuàng)新實驗活動貫穿了整節(jié)課堂教學(xué)每一個環(huán)節(jié),使學(xué)生在充滿靈動、活躍的氛圍中輕松愉快的完成學(xué)習(xí)任務(wù).現(xiàn)以這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計為例,探討如何借助創(chuàng)新實驗活動促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的基本方法.

3.1 通過“魔術(shù)”實驗,導(dǎo)入物理情境

認知心理學(xué)認為:人的學(xué)習(xí)動機可以分為外在的學(xué)習(xí)動機和內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機兩種形式,而內(nèi)部學(xué)習(xí)動機是進行深度學(xué)習(xí)的“動力源泉”.只有當學(xué)生的內(nèi)在動機被充分調(diào)動起來,才能發(fā)生有意義的學(xué)習(xí),學(xué)生才能主動進行建構(gòu)知識、豐富及改變認知結(jié)構(gòu).[3]然而,在面對教材中抽象邏輯思維要求較高的知識內(nèi)容,創(chuàng)新實驗便是克難解惑最佳的選擇,它為學(xué)生搭建思維階梯,實現(xiàn)真正意義上的學(xué)習(xí)進階.為了順利導(dǎo)入新課并點燃學(xué)生探究新知的欲望,湯老師像魔術(shù)師一樣快速搓手十余次,并將手掌緊貼熱能發(fā)電模型的發(fā)電面板上,當學(xué)生觀察到發(fā)光二極管亮起來時,他們的學(xué)習(xí)興趣立刻被激發(fā)起來,這時候湯老師適時地拋出了符合學(xué)生認知層次的兩個問題,“通過搓手方式可以產(chǎn)生什么能量?”、“二極管發(fā)光的原因是什么?產(chǎn)生的光能是由什么能轉(zhuǎn)化而來的?”,為下一步的新課教學(xué)做好鋪墊.

圖1 “內(nèi)能 熱傳遞”教學(xué)流程圖

圖2 熱能發(fā)電板模型

3.2 通過“階梯”實驗,構(gòu)建物理概念

任何事情的發(fā)生、發(fā)展都存在必然的關(guān)聯(lián),人們對事物的認知思維同樣存在著邏輯性.在進行物理概念教學(xué)時,教師為學(xué)生搭建認知思維階梯尤為重要.教師除了采用問題鏈條導(dǎo)引之外,創(chuàng)新實驗活動則是智慧型物理教師首選的教學(xué)策略之一,因為它不僅能激發(fā)學(xué)生的探究欲望,更能讓學(xué)生在思維高度交流過程中完成抽象知識的自我建構(gòu),實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的最終目的.

3.2.1 利用創(chuàng)新實驗,導(dǎo)引探究方向

圖3 自制“斯特林發(fā)動機”

科學(xué)探究學(xué)習(xí)方式是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一種有效的途徑,猜想與假設(shè)是實施科學(xué)探究重要要素之一,直接決定了科學(xué)探究活動的開展是否具有實際意義.因此,科學(xué)猜想需要做到猜想有依、假設(shè)有據(jù).在教學(xué)中,湯老師利用自制的“斯特林發(fā)動機”,讓酒精燃燒所釋放能量使發(fā)動機“飛輪”運轉(zhuǎn),引導(dǎo)學(xué)生直觀的觀察到發(fā)動機工作時的“動力源泉”,進而分析推測影響“飛輪”轉(zhuǎn)速大小的因素,為內(nèi)能概念的建構(gòu)提供了事實依據(jù).

3.2.2 優(yōu)化實驗方案,體現(xiàn)探究魅力

圖4 擴散現(xiàn)象演示裝置

物理概念的建構(gòu),離不開證據(jù)的支撐,而實驗現(xiàn)象便是最直觀的、最有說服力的證據(jù).在充分研究教材實驗資源的基礎(chǔ)上,依據(jù)學(xué)生的認知特點和心理特征進行創(chuàng)造性的“二次開發(fā)”,為物理知識的有效建構(gòu)搭建腳手架,降低學(xué)生對抽象概念內(nèi)化的思維難度,實現(xiàn)教學(xué)目標的順利達成.在教學(xué)中,湯老師對教材實驗裝置和方案進行了創(chuàng)新設(shè)計,直觀顯示不同溫度下紅墨水擴散的快慢,如圖4所示．實驗時,湯老師沒有按照教材實驗方案直接告知哪杯是冷水、哪杯是熱水,而是先引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所觀察紅墨水的擴散現(xiàn)象進行猜想與假設(shè),再指導(dǎo)學(xué)生通過感觸玻璃管外壁的冷熱程度判斷自己的猜想是否正確,從而分析歸納出物體內(nèi)能大小與溫度的關(guān)系．因此,對教材中的實驗適當創(chuàng)新設(shè)計,將驗證性實驗巧妙轉(zhuǎn)變成探究性活動,更符合學(xué)生的知識經(jīng)驗和認知規(guī)律,有利于學(xué)生對物理概念的科學(xué)建構(gòu).

3.2.3 利用自制教具,淺顯深奧道理

圖5 分子相互作用力模型

我國物理教育界泰斗朱正元先生曾經(jīng)說過：“千言萬語說不清,實驗一做就分明.”可見,物理實驗在教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用.為了幫助學(xué)生理解分子勢能概念的內(nèi)涵,湯老師利用了圖5所示的自制分子作用力模型．她將兩個空殼金屬球比作兩個分子,金屬球之間彈簧伸長時對兩球拉力比作分子間吸引力,彈簧壓縮時對兩球排斥力比作分子間的排斥力,巧妙的利用類比法幫助學(xué)生建立表象,降低了學(xué)生在理解分子勢能概念的思維難度,這也充分展示了創(chuàng)新實驗在知識建構(gòu)中的特殊功能.

3.3 通過可視化實驗,深化物理內(nèi)涵

物理概念是物理現(xiàn)象及過程的高度抽象和概括,是物理知識體系的基石,但同時也是邏輯思維處于初級階段初中生學(xué)習(xí)物理的最大障礙,而知識可視化是一種視覺化的表征方式,可以使抽象知識轉(zhuǎn)化為具體的、可視的物理模型,這也與深度學(xué)習(xí)中的精加工理論高度契合.選擇合適的可視化視覺表征工具,對初中物理概念教學(xué)方式加以改善,有利于促進學(xué)生深度學(xué)習(xí). 在“12.2 內(nèi)能 熱傳遞”教學(xué)時,熱傳遞和熱量兩個概念既是教學(xué)的重點,也是教學(xué)的難點.若只是淺顯的據(jù)本施教,只能讓學(xué)生淺層的了解熱傳遞發(fā)生條件.這樣的課堂教學(xué),盡管也有著明晰的教學(xué)過程,但很難激發(fā)學(xué)生高階思維的開展,學(xué)生只是在教師設(shè)計好的流程中,完成識記與淺層理解的低階思維活動,[4]不能屬于真正意義上深度學(xué)習(xí)活動.

為了幫助學(xué)生更好地理解熱傳遞發(fā)生的條件,湯老師巧妙地設(shè)計了“加熱銅棒”實驗、“觀察水的沸騰現(xiàn)象”實驗,使抽象的物理概念“可視化”,實現(xiàn)深層次的理解式教學(xué),完成深度學(xué)習(xí)活動．

3.3.1 “熱傳遞發(fā)生條件”可視化實驗創(chuàng)新設(shè)計

圖6 熱傳遞原理演示裝置

為了幫助學(xué)生更好地理解熱傳遞發(fā)生的條件是因為物體之間存在著溫度差異,湯老師巧妙地設(shè)計了“加熱銅棒”實驗,如圖6所示.實驗前,先將銅棒兩端分別固定在兩個鐵架臺上,并在銅棒的不同位置用蠟燭油固定四支棉簽,用與電腦連接的兩支溫度傳感器置于銅棒不同位置．實驗時,用酒精燈加熱銅棒距棉簽較遠的一端,指導(dǎo)學(xué)生通過觀察溫度傳感器的示數(shù)比較兩個不同位置的溫度高低,進而通過觀察棉簽倒落的先后次序判斷熱傳遞的方向．實驗巧妙地將較為抽象的物理概念通過創(chuàng)新實驗實現(xiàn)可視化,讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)真實發(fā)生,符合學(xué)生的知識經(jīng)驗和認知特點,能夠幫助學(xué)生深層次的理解熱傳遞發(fā)生條件及實質(zhì),實現(xiàn)了教學(xué)目標的順利達成．

3.3.2 “熱傳遞終止條件”可視化實驗創(chuàng)新設(shè)計

圖7 觀察水的沸騰現(xiàn)象

對于熱傳遞終止條件的教學(xué),大多數(shù)老師采用直接告知的方式生硬地強加給學(xué)生,不符合學(xué)生對科學(xué)知識建構(gòu)的認知規(guī)律．為了解決這一難點,湯老師對“觀察水的沸騰現(xiàn)象”實驗裝置進行了改進,利用溫度傳感器替代常規(guī)溫度計、用電熱水器替代酒精燈作為熱源,實驗裝置如圖7所示．加熱一段時間后,學(xué)生便會觀察到玻璃水壺水沸騰了,但試管中水卻始終沒有沸騰,而此時試管內(nèi)外水溫相同且都達到了水的沸點,再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合水沸騰的條件加以分析,這樣很容易幫助學(xué)生破解試管內(nèi)的水不會沸騰的疑惑,實現(xiàn)了對物理知識的深度進階.

4 結(jié)語

綜上所述,合理借助創(chuàng)新實驗開展物理教學(xué)活動是促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的重要方法,尤其是面對高度抽象的物理概念、物理規(guī)律教學(xué)時,更能彰顯出創(chuàng)新實驗的獨特魅力.作為一名物理學(xué)科教師,我們更應(yīng)該具備較強的實驗創(chuàng)新意識和能力,利用創(chuàng)新實驗不斷增進物理教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí),助推學(xué)生提升學(xué)科核心素養(yǎng).