聚焦新課標(biāo)核心素養(yǎng) 深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思路

摘 要：在開展初中物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯往往會導(dǎo)致學(xué)生難以理解和接受實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識。本文聚焦《課程標(biāo)準(zhǔn)》核心素養(yǎng)，深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思路，設(shè)計(jì)改進(jìn)“探究影響壓力作用效果的因素”實(shí)驗(yàn)，利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法的思想，幫助學(xué)生直觀地得到壓力作用效果的變量關(guān)系，化解學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：壓力；作用效果；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分發(fā)揮自主性，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，是落實(shí)物理課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。［1］物理教師有責(zé)任改進(jìn)和創(chuàng)新教材中的實(shí)驗(yàn)，用更方便、更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材服務(wù)物理教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)（Deep Learning），又叫深層學(xué)習(xí)，是指在理解的基礎(chǔ)上，批判性地學(xué)習(xí)新知識和思想，并將新知識和思想融入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，建立聯(lián)系并能遷移到新情境中，作為決策和解決問題的一種學(xué)習(xí)方式。［2］教師只有通過深度學(xué)習(xí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)思路，才能在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。這就意味著教師必須要對深度學(xué)習(xí)有深刻的理解，并結(jié)合對《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的解讀，優(yōu)化和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)。

在人教版物理八年級下冊第九章第1節(jié)“壓強(qiáng)”的“實(shí)驗(yàn)”欄目中，針對“探究影響壓力作用效果的因素”開展實(shí)驗(yàn)探究，在此基礎(chǔ)上教材引入了壓強(qiáng)的定義和計(jì)算公式，加深了學(xué)生對壓強(qiáng)概念的理解和應(yīng)用。由于壓強(qiáng)知識比較抽象，所以在教師把抽象的知識轉(zhuǎn)化為具體的知識的過程中，探究實(shí)驗(yàn)起到了關(guān)鍵性的作用。教材中的實(shí)驗(yàn)探究如圖1所示，把小桌和砝碼放在海綿上，海綿受到壓力的作用產(chǎn)生凹陷形變。學(xué)生通過觀察海綿的形變程度，比較得出影響壓力作用效果的因素。

雖然教材中的探究實(shí)驗(yàn)器材簡單、操作容易，但仍有不足之處。

缺點(diǎn)1：用小桌、砝碼和海綿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，海綿的凹陷形變不夠明顯，影響學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

缺點(diǎn)2：該實(shí)驗(yàn)是定性化地探究從而得出結(jié)論，不能滿足定量化地探究影響壓力作用效果的各種因素。

筆者受“探究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)”實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，經(jīng)過長期思索和反復(fù)實(shí)踐檢驗(yàn)，提出了該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)思路和設(shè)計(jì)方案。

1 實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)方法介紹

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

2個(gè)相同的塑料盒，2個(gè)氣球，2條相同長度的軟管，2個(gè)U型管，2個(gè)相同的木塊，1盒墨水，1個(gè)滴管，2根橡皮筋，膠水，帶刻度的支架座，4個(gè)相同的100g砝碼。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置制作

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，把氣球剪開蓋住2個(gè)塑料盒的開口處，用橡皮筋固定好氣球膜，拉緊以保證氣球膜平整，用膠水粘住塑料盒邊緣的氣球膜。在2個(gè)塑料盒邊緣鉆2個(gè)小孔，把軟管一端插入小孔中并用膠水粘好，軟管的另一端與U型管連接，再把U型管裝在帶刻度的支架座上，然后將裝置放在水平桌面上并檢查其氣密性。用滴管把墨水滴到兩邊的U型管中使墨水液面的高度相同，記錄兩邊液面的原始高度為5cm。

2 實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

將木塊和砝碼放在氣球膜上，氣球膜受到壓力發(fā)生形變向下凹陷，壓縮塑料盒和軟管中的空氣，導(dǎo)致U型管內(nèi)受到壓力，一側(cè)墨水的液面高度下降，另一側(cè)液面高度上升。學(xué)生能夠根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)情境下液面高度的示數(shù)得出影響壓力作用效果的因素。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)1 把1個(gè)木塊平放在右邊的氣球膜上，另1個(gè)木塊和2個(gè)砝碼平放在左邊的氣球膜上，作用在兩邊氣球膜上的物體的受力面積相等、壓力不同。觀察到左邊氣球膜的凹陷形變程度更明顯，右邊U型管帶刻度一側(cè)的液面高度上升至5.5cm，左邊U型管帶刻度一側(cè)的液面高度上升至6cm。在左邊的木塊上再放2個(gè)砝碼，觀察到左邊氣球膜的凹陷形變程度更加明顯，左邊U型管帶刻度一側(cè)的液面高度上升至7cm（如圖3所示）。U型管帶刻度一側(cè)的液面高度越高，說明氣球膜受到的壓力作用效果越顯著。比較兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：當(dāng)受力面積相等時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越顯著。

實(shí)驗(yàn)2 把1個(gè)木塊和1個(gè)砝碼平放在右邊的氣球膜上，另1個(gè)木塊和1個(gè)砝碼豎直放在左邊的氣球膜上，作用在兩邊氣球膜上的物體的壓力相等、受力面積不同。觀察到左邊氣球膜的凹陷形變程度更明顯，右邊U型管液帶刻度一側(cè)的液面高度上升至5.7cm，左邊U型管帶刻度一側(cè)的液面高度上升至6.5cm（如圖4所示）。U型管帶刻度一側(cè)的液面高度越高，說明氣球膜受到的壓力作用效果越顯著。比較兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：當(dāng)壓力大小相等時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越顯著。

3 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

第一，用膠水把氣球膜粘在塑料盒上，一定要拉平氣球膜表面，膠水要均勻涂在塑料盒邊緣。軟管接在塑料盒和U型管之間，兩端連接處也要用膠水涂好。這樣做的目的是保證裝置的氣密性，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精確。

第二，實(shí)驗(yàn)前要調(diào)節(jié)兩邊U型管的液面高度相同。

第三，實(shí)驗(yàn)過程中，在豎直放置木塊時(shí)，要將木塊放在氣球膜的中間位置，保證木塊不會傾斜或倒下。

4 實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

第一，取材方便、成本低。實(shí)驗(yàn)所需要的塑料盒和氣球是生活中常見的材料，U型管和軟管是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)成的材料。塑料盒與氣球價(jià)格便宜，成本低廉，不會給教師和學(xué)生造成經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)。

第二，制作簡單。此實(shí)驗(yàn)裝置可以在短時(shí)間內(nèi)完成制作，塑料盒使用小刀鉆孔，軟管使用膠水連接，制作過程簡單方便。

第三，實(shí)驗(yàn)拓展性強(qiáng)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)既可以用于教師的演示實(shí)驗(yàn)，也可以用于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)；增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力，加深了學(xué)生對控制變量法和轉(zhuǎn)換法的理解；同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生探索物理世界的興趣，有利于學(xué)生理解學(xué)科知識，能更好地達(dá)成教師的教學(xué)目標(biāo)。

第四，效果直觀。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)中的氣球膜的實(shí)驗(yàn)效果比原來實(shí)驗(yàn)中的海綿的實(shí)驗(yàn)效果更加明顯；壓力的作用效果轉(zhuǎn)化成U型管液面高度，效果更加清

晰直觀。教師通過具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比指導(dǎo)學(xué)生，更加容易得出結(jié)論。

5 教學(xué)應(yīng)用效果

在教學(xué)過程中，運(yùn)用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置探究壓力的作用效果，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)簡單、準(zhǔn)確的要求。用U型管液面高度的數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化分析，有利于學(xué)生得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，更好地理解壓強(qiáng)的概念，化解學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。學(xué)生只有親自操作實(shí)驗(yàn)過程，才能發(fā)現(xiàn)探究實(shí)驗(yàn)的樂趣，加深對概念的深層理解。只有在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)給學(xué)生留有充分參與的空間，使學(xué)生可以自由發(fā)揮，才能讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主體，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)才能起到作用。［3，4］

6 總結(jié)

在加強(qiáng)素質(zhì)教育的今天，創(chuàng)新教育已成為素質(zhì)教育的主旋律，是教育改革長足發(fā)展的動力和源泉。教師只有深度學(xué)習(xí)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)要求，才能更深入地研究教學(xué)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不僅能增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且能訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)探索意識、勇于猜想的精神以及設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材的能力。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生動手動腦做實(shí)驗(yàn)的熱情，激發(fā)了學(xué)生探索科學(xué)世界的欲望，有利于教師實(shí)施素質(zhì)教育，達(dá)到核心素養(yǎng)目標(biāo)的要求。

參考文獻(xiàn)

［1］ 《初中物理實(shí)驗(yàn)攻略》編寫組 .初中物理實(shí)驗(yàn)攻略 實(shí)驗(yàn)操作與技能提升［M］.廣州：廣東世界圖書出版有限公司，2019：74.

［2］ 孫銀黎.對深度學(xué)習(xí)的認(rèn)識［J］.紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)（教育版），2007（11）：34-36.

［3］ 蔣承國.物理創(chuàng)意教學(xué)解碼［M］.南京：江蘇鳳凰教育出版社，2018：102.

［4］ 溫新寶.透視中學(xué)物理教學(xué)中的“偽創(chuàng)新”現(xiàn)象［J］.物理教學(xué)探討，2004（3）：4-6.