指向深度學(xué)習(xí)下多版本教材中探究實(shí)驗(yàn)的整合教學(xué)

摘 要：“課堂一聽就懂、課間一看就會(huì)、課后一做就錯(cuò)”的不良現(xiàn)象歸根到底是學(xué)生沒有達(dá)到深度學(xué)習(xí)的狀態(tài).本文以初中物理教學(xué)中“探究電流的熱效應(yīng)”為例，引導(dǎo)學(xué)生在感受生活問題中引入探究問題、在整合多版本教材中將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)一步改進(jìn)等，促進(jìn)學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行深度學(xué)習(xí).

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);探究實(shí)驗(yàn);整合教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）20-0047-04

作者簡(jiǎn)介：賈火炬（1973-），男，安徽蕪湖人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué)研究.

“課堂一聽就懂、課間一看就會(huì)、課后一做就錯(cuò)”是目前初中物理教學(xué)中出現(xiàn)的較為普遍的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種不良現(xiàn)象的根本原因在于學(xué)習(xí)者沒有達(dá)到深度學(xué)習(xí)（deep learning），就初中物理學(xué)科本身特點(diǎn)而言，深度學(xué)習(xí)就是一種理解性地、有意義地學(xué)習(xí)，是用以描述學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)、投入程度、認(rèn)知體驗(yàn)等的一種學(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)者在充分理解材料的基礎(chǔ)上將新學(xué)習(xí)知識(shí)與原有知識(shí)有效建構(gòu)在一起從而更新原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一種學(xué)習(xí)[1]，這種學(xué)習(xí)方式會(huì)讓學(xué)生對(duì)新學(xué)習(xí)知識(shí)提出科學(xué)有效的解決策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在鞏固原有知識(shí)的同時(shí)掌握新學(xué)習(xí)知識(shí)，再將新學(xué)習(xí)知識(shí)與原有知識(shí)有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)真正理解的目的.

物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的深度理解，助推課堂教學(xué)效果的發(fā)展性，教師在設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)不能只局限于所教版本教材中的實(shí)驗(yàn)方案，而需要綜合多版本教材中的設(shè)計(jì)方案，體現(xiàn)“用教材教、駕馭教材，而不是受制于教材”的理念，這樣可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、思維發(fā)展程度，集思廣益、取各版本教材之長(zhǎng)，從而對(duì)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合及重組，優(yōu)化探究方案，將最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案展示給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用多種思維方式科學(xué)有效地探究最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的高階思維能力，以及發(fā)展探究實(shí)驗(yàn)中問題解決的能力，進(jìn)而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的[2].本文以初中物理教學(xué)中“探究電流的熱效應(yīng)”為例，引導(dǎo)學(xué)生在感受生活問題中引入探究問題、在整合多版本教材中將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)一步改進(jìn)等，促進(jìn)學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行深度學(xué)習(xí).

1 多版本教材的現(xiàn)狀及對(duì)比分析

本文所指的多版本教材主要指人教版、北師大版、蘇科版和滬科版這四種版本教材，筆者通過(guò)對(duì)這四種版本教材中“探究電流的熱效應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)四種版本教材在處理“探究電流的熱效應(yīng)”的課題名稱、實(shí)驗(yàn)方法、比較電熱、設(shè)計(jì)電路圖、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明等存在細(xì)節(jié)上的差別，這為整合多版本教材中探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提供依據(jù).

1.1 多版本教材的現(xiàn)狀分析

初中物理教材中“探究電流的熱效應(yīng)”一節(jié)基本都是安排在電功率知識(shí)版塊之后，是深化對(duì)歐姆定律、電功、電功率的理解及應(yīng)用，更是為學(xué)習(xí)家庭電路及生活用電提供依據(jù)，可以說(shuō)“探究電流的熱效應(yīng)”在學(xué)生整個(gè)電學(xué)學(xué)習(xí)中起到承上啟下的作用，其探究實(shí)驗(yàn)更是對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)起到深化與鞏固的作用，只是不同版本教材處理“探究電流的熱效應(yīng)”的方案不盡相同，略有差別，但設(shè)計(jì)方案的基本理念都是通過(guò)轉(zhuǎn)換法的思想，即將電阻絲產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為易感受到的物理量，這里的差別主要表現(xiàn)在用什么物理量顯示電阻絲產(chǎn)生的熱量.

1.2 多版本教材的對(duì)比分析

多版本教材在設(shè)計(jì)“探究電流的熱效應(yīng)”時(shí)都采用控制變量法這種基本物理方法，只是在設(shè)計(jì)的基本思想方面可以大致分成兩大類：其中一類是以人教版為代表的邏輯連貫型，主要是通過(guò)生活中常見的電熱器在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量從哪里來(lái)？到哪里去？電熱器會(huì)產(chǎn)生大量熱量而與此相連的導(dǎo)線為什么幾乎不發(fā)熱？由此讓學(xué)生帶著這些問題通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決;另一類是以北師大版、蘇科版、滬科版為代表的解決問題型，主要是對(duì)生活中常見的電熱器設(shè)置一定的問題，讓學(xué)生以發(fā)現(xiàn)問題為基礎(chǔ)，以解決問題為目的，通過(guò)科學(xué)探究的基本方法研究電流的熱效應(yīng)，如通電的電熱器會(huì)發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量是否會(huì)與電流大小有關(guān)？電爐用導(dǎo)線連接在電路中，通電時(shí)電爐熱得發(fā)紅而導(dǎo)線卻幾乎不熱，這是否能說(shuō)明電熱與電阻有關(guān)系？

在多版本教材中電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，筆者以上面分析的兩種取向?yàn)榛A(chǔ)，從課題名稱、實(shí)驗(yàn)方法、比較電熱、設(shè)計(jì)電路圖、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明等方面對(duì)其盡心對(duì)比分析，見表1，從中可以看出多版本教材在探究電流的熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)安排上各有獨(dú)特之處.從有意義深度學(xué)習(xí)角度出發(fā)，邏輯連貫型稍微好些，讓學(xué)生在思考問題的邏輯思維上有一定的連貫性，促進(jìn)科學(xué)思維的養(yǎng)成，進(jìn)而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的;從科學(xué)探究的角度看，解決問題型稍微好些，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的意識(shí)，而且更重要的是可以在問題指引下進(jìn)行科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，為深度思考問題提供動(dòng)力，進(jìn)而提升學(xué)生解決實(shí)際物理問題的能力.

2 多版本教材下整合教學(xué)的實(shí)施建議與策略

2.1 引導(dǎo)學(xué)生在感受生活問題中引入探究問題

物理來(lái)源于生活，生活中處處存在物理，教師引導(dǎo)學(xué)生在感受生活問題中引入探究問題是學(xué)習(xí)物理的基本理念，即通過(guò)提供與生活中有關(guān)的電熱器產(chǎn)生電熱的現(xiàn)象及問題，讓學(xué)生思考并解決，在解決問題的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、提升科學(xué)探究的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高階思維下深度學(xué)習(xí)的目的.

教師可以讓學(xué)生先認(rèn)識(shí)電熱器，如電烙鐵、電爐、飲水機(jī)、電熱油汀等，通電后會(huì)將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象即為電流的熱效應(yīng)，這樣順?biāo)浦鄣靥岢鲭娏鞯臒嵝?yīng)與哪些因素有關(guān)？再將提出的問題拋回到生活中去，由此感受生活，如圖1所示，提出問題“影響電熱的因素有哪些”，這樣根據(jù)討論分析可以猜想出如圖2所示的影響因素.通過(guò)借助生活提出問題，再回到生活中提出解決問題的猜想，可以說(shuō)處處帶著問題進(jìn)行有目的的科學(xué)探究，為科學(xué)探究開啟良好開端，實(shí)現(xiàn)帶著問題進(jìn)行深度探究.

2.2 引導(dǎo)學(xué)生整合多版本教材中實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化與改進(jìn)

在上述對(duì)電熱與哪些因素有關(guān)的討論分析中，提出電熱可能與電流、電阻、時(shí)間等多個(gè)因素有關(guān)，學(xué)生都知道需要采用控制變量法，我們都知道控制變量法貫穿整個(gè)初中物理教學(xué)的始終，這樣探究實(shí)驗(yàn)顯得簡(jiǎn)單，只是難以解決如何將電熱在探究實(shí)驗(yàn)中顯示出來(lái).如圖3甲所示，以人教版為代表的方法是通過(guò)U形管一側(cè)液面上升高度反映電阻絲產(chǎn)生熱量多少，這種原理由于利用的是空氣的熱脹冷縮使U形管一側(cè)液面上升，因此教師在實(shí)驗(yàn)前后一定要保證容器密閉性，千萬(wàn)不可漏氣，再者U形管內(nèi)液體如有氣泡則要排出，且實(shí)驗(yàn)前使U形管兩側(cè)液面相平;如圖3乙所示，以北師大版、蘇科版、滬科版為代表的是通過(guò)溫度計(jì)示數(shù)上升高低反映電阻絲產(chǎn)生熱量多少，因此，為了使液體在吸收相同熱量時(shí)溫度上升明顯，一般選擇比熱容較小的液體，如煤油，由于這種方案是通過(guò)加熱液體使溫度計(jì)示數(shù)上升，因此液體質(zhì)量多少也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)短，這些都需要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行考慮的.具體這兩種顯示電熱的方案在上表1中已作說(shuō)明.

為此，為了整合多版本教材中實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)，筆者特對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，具體改進(jìn)方案有以下幾點(diǎn)：（1）如采用圖4裝置顯示電熱，電阻絲加熱瓶?jī)?nèi)有空氣，空氣內(nèi)能增大，氣壓隨之增大，這樣瓶中煤油在氣壓作用下通過(guò)細(xì)玻璃管上升，即通過(guò)煤油在細(xì)玻璃管中上升高度顯示電阻絲產(chǎn)生熱量的多少，這樣顯示電熱的方案比之前的兩種方案更好，主要表現(xiàn)在瓶?jī)?nèi)氣密性易得到控制、細(xì)玻璃管中的煤油沒有氣泡、煤油上升高度非常明顯等[3]，因此，極易讓學(xué)生理解;（2）實(shí)驗(yàn)中選用的不同電阻絲的阻值應(yīng)該相差稍微大點(diǎn)，如采用阻值稍小的銅絲和阻值稍大的鎳鉻合金絲，這樣在探究電熱與電阻關(guān)系時(shí)，煤油在細(xì)玻璃管中上升高度會(huì)存在明顯差值，極易得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論;（3）為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有科學(xué)性、普遍性、合理性，可以在設(shè)計(jì)電路時(shí)添加上滑動(dòng)變阻器，如圖5所示，特別需要說(shuō)明一下，在研究電熱與電流關(guān)系時(shí)，可以事先將控制兩個(gè)相同電阻絲的滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)為0，然后保持其中一個(gè)滑動(dòng)變阻器滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)另一個(gè)滑動(dòng)變阻器滑片，研究電熱與電流的關(guān)系，然后再保持滑動(dòng)變阻器滑片在某一位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)另一個(gè)滑動(dòng)變阻器滑片位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論;（4）研究電熱與加熱時(shí)間的關(guān)系時(shí)，可以選擇其中任意一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，以圖5甲中電阻絲R=10Ω為例，控制兩次開關(guān)閉合時(shí)間不同，觀察煤油在細(xì)玻璃管中上升高度，注意每次閉合開關(guān)時(shí)一定要讓細(xì)玻璃管中煤油回到起始位置，這樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果才更準(zhǔn)確.以上整合多版本教材中的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行的優(yōu)化與改進(jìn)可以說(shuō)是更清晰，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論更科學(xué)，避免額外因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.

2.3 引導(dǎo)學(xué)生在整合多版本教材的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)方案

黃網(wǎng)官老師在“初中物理深度學(xué)習(xí)：從理解到發(fā)生”一文中指出[4]，深度學(xué)習(xí)不是一種綜合性的學(xué)習(xí)，更不是對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的重新組合，而是一種以包容性、思維多樣性、科學(xué)建構(gòu)為核心的深度學(xué)習(xí).對(duì)于深度學(xué)習(xí)下多版本教材中探究實(shí)驗(yàn)的整合教學(xué)，如果到此就認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到圓滿完成的話，那與深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)是不相符合的，對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)也就只能停留在課本實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中.

盛建國(guó)老師在“基于原型與經(jīng)驗(yàn)的物理深度學(xué)習(xí)策略”一文中談到[5]，學(xué)生在學(xué)習(xí)完課本知識(shí)后需要進(jìn)行自悟式學(xué)習(xí)，這是對(duì)深度學(xué)習(xí)的一種較好的內(nèi)趨式體現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式多樣化、思考問題形象化、科學(xué)思維敏捷化，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生的一種學(xué)習(xí)方式.如在探究電熱與哪些因素有關(guān)時(shí)，可以對(duì)以人教版為代表的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，在顯示電熱方面，可以用氣球膨脹程度來(lái)替代U形管一側(cè)液面上升高度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6甲所示;同樣可以對(duì)以北師大版、蘇科版、滬科版為代表的實(shí)驗(yàn)裝置也進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，教材中通過(guò)液體溫度變化比較電阻絲產(chǎn)生熱量多少，如圖6乙所示，將兩個(gè)阻值不等的電阻絲分別繞制成電阻圈，串聯(lián)在電路中，將相同的火柴棒分別插入電阻圈一樣位置處，通過(guò)火柴棒被點(diǎn)燃的先后順序判斷電熱大小，進(jìn)而研究電熱與電流、電阻、加熱時(shí)間的關(guān)系.

3 結(jié)束語(yǔ)

多版本教材中探究實(shí)驗(yàn)的整合教學(xué)將是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種必然趨勢(shì)，這種整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為導(dǎo)向、以解決問題為宗旨、以培養(yǎng)科學(xué)探究精神為目的，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)特點(diǎn)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)課標(biāo)的有效落實(shí).

參考文獻(xiàn)：

[1]張麗君.基于深度學(xué)習(xí)的初中物理實(shí)驗(yàn)探究型教學(xué)[J].中學(xué)物理，2021，39（14）：33-35.

[2]任虎虎.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的多版本物理教材整合教學(xué)——以“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”教學(xué)為例[J].教學(xué)與管理，2019（07）：48-49.

[3]譚振興.“五創(chuàng)”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)[J].中學(xué)物理，2021，39（12）：8-10.

[4]黃網(wǎng)官.初中物理深度學(xué)習(xí)：從理解到發(fā)生[J].教育研究與評(píng)論（中學(xué)教育教學(xué)），2019（08）：28-32.

[5]盛建國(guó).基于原型與經(jīng)驗(yàn)的物理深度學(xué)習(xí)策略[J].物理教學(xué)，2019，41（08）：44-46+68.

（收稿日期：2021-06-30）