深度学习视域下初中物理实验教学策略

摘要：深度学习视域下，初中物理实验教学应注重实践操作与理论教学的深度融合，着重培养学生的数据分析能力以及自主学习能力，实现从知识传授到能力培养的根本性转变。就深度学习下初中物理实验教学应遵循的原则进行了简要分析，并提出了六个具体的教学策略：设计层层深入的实验流程，引入环环相扣的实验项目，设置开放式难题，开展个性化实验，利用虚拟仿真技术模拟物理场景，借助数据采集设备深度分析学情。关键词：深度学习；初中物理实验；教学策略深度学习理论强调知识的内在建构与理解，提倡以数据驱动、模型模拟和自主学习的方式深化认知。将深度学习理念融入初中物理实验教学中，有助于培养学生对物理现象的洞察力，提高其解决复杂问题的能力，激发其创新思维与科学探究精神。在此过程中，实验教学应保持真实性与实践性，确保虚拟与现实操作的平衡，既要充分利用数字化工具提升实验教学效率，也要重视对学生动手操作能力的培养，避免过度依赖技术而忽视基础技能训练。此外，引导学生正确理解和运用深度学习方法解析物理问题，也是深度学习视域下初中物理实验教学改革中不可忽视的关键环节。一、深度学习视域下的初中物理实验教学应遵循的原则（一）层次性原则层次性原则强调实验教学活动应由浅入深、由简至繁逐步推进。在物理实验教学中，教师应按照学生的认知发展规律，从基础的物理现象和定律出发，设计不同难度的实验，引导学生通过动手操作逐步理解和掌握物理学知识，实现知识体系的构建与深化［1］。（二）挑战性原则挑战性原则要求实验教学应具有一定的探索性和难度，能够激发学生主动解决问题的兴趣和动力。在深度学习框架下，教师可设定具有一定复杂度和挑战性的实验任务，使学生在面对问题时进行深度思考，培养他们独立分析问题、解决问题的能力以及勇于探索未知的科学精神。（三）开放性原则开放性原则倡导实验教学环境和内容的多元化、开放性。这一原则不仅体现在实验主题和方法的选择上——允许并鼓励学生进行自主设计、自主创新，也体现在实验结果的解读和评价上——尊重学生的个体差异，接纳多元化的解决方案。具备开放性的实验教学既有利于拓宽学生的视野，提高他们的创新思维能力，也有助于学生养成自主学习的良好习惯，真正实现深度学习目标。二、深度学习视域下的初中物理实验教学策略（一）理论融合实践1.设计层层深入的实验流程在深度学习视域下，初中物理实验教学不再仅仅是验证课本理论知识的过程，还是一种引导学生进行实践探索、自主发现、深度理解和应用知识的教学策略。因此，教师应当依据物理学知识体系，设计层层深入的实验流程，让学生在实验操作的过程中逐步验证并理解物理学知识［2］。以人教版物理八年级上册中“熔化和凝固”一课为例，教师可以先设计基础实验，如让学生观察冰块在室温下熔化的过程，记录温度变化，直观感受物体由固态到液态的转变，初步理解熔点的概念。这是对基础知识的直接验证与感知。接下来，进一步设计能使学生深化学习的实验。比如，引导学生探究不同条件下冰的熔化速度有何差异，促使他们理解熔化过程中的热量交换原理；或者引入不同种类的固体物质（如蜡烛、巧克力等）进行熔化和凝固实验，对比分析它们的熔点和凝固点有何不同，从而揭示物质特性对物态变化的影响。最后，设置综合实验项目。例如，制作简易制冷装置，观察其对物体熔化和凝固的影响，引导学生运用所学知识解决实际问题，实现从理论到实践的跨越。在深度学习视域下的实验教学中，学生不仅能够通过亲手操作来验证和理解熔化和凝固的基本原理，还能在有序的实验流程中，逐渐了解复杂的物理现象，提高学习质量。2.引入环环相扣的实验项目初中物理实验教学要注重课程内容与实际生活的紧密联系，尤其是在深度学习视域下，这种关联性能让学生直观感知物理学的现实意义，从而积极地参与到物理实验中。为此，教师要创设生活化、情境化的实验项目，让学生在解决具体情境问题的过程中将学科知识内化于心。以人教版物理八年级下册中“液体的压强”一课为例。首先，教师可以创设生活化的情境，引入课题。例如，展示水坝的工作原理、潜水员在不同深度感受到的压强变化、家庭自来水管道的设计等生活实例，引导学生认识液体压强的表现及影响，引发学生对“液体压强”概念的好奇心和探究欲望，进而自然地过渡到理论学习阶段。其次，鼓励学生动手实践，设计并开展与日常生活密切相关的实验。比如，有的学生亲手制作简易的压强计，测量不同高度或不同密度的液体对容器底部的压强；有的模拟潜水艇升降实验，通过改变液体体积，观察其在不同深度时受到的液体的压强的差异。这些实验能让学生亲身感受液体压强的实际效应，培养动手能力和创新思维。再次，引入深度学习理念，强调知识的内在联系和对知识的深度理解。教师可进一步引导学生探讨液体压强背后的物理学知识，如帕斯卡定律的应用、液体压强与固体压强的区别和联系，帮助他们建立起完整的知识体系。最后，强化实验后的反思与讨论环节，要求学生基于实验数据和现象，尝试解释生活中遇到的相关现象，并能预测新的情境下可能出现的结果，以此检验和巩固他们的液体压强知识。总之，在深度学习视域下，初中物理实验教学应借助生活化、情境化的实验项目，激发学生的兴趣，引导他们在实践中深化对物理学原理的理解和运用，做到知行合一、学以致用。（二）创新驱动探索1.设置开放式难题，引导学生理性思考初中生处于认知发展的关键阶段，好奇心强，求知欲旺盛，具有初步的抽象逻辑思维，这为开展开放性问题探究式实验教学提供了有利条件［3］。因此，教师应在初中物理实验教学中融入更多的开放式问题，以引导学生主动探索知识，避免学生仅对物理现象进行简单认知。以人教版物理八年级下册中“弹力”一课为例，教师可以在理论讲解阶段提出问题：“如何量化弹簧受到外力后的形变程度与其所受弹力之间的关系？”这个问题涵盖了弹力的基本概念，需要学生通过亲手实验，揭示其中的科学规律，即胡克定律。在本课的实验教学中，教师应鼓励学生自行设计实验方案，包括选择合适的测量工具（如弹簧测力计、直尺等）、设定变量、绘制数据表格等。这些活动能充分调动学生的高阶思维能力，如分析、评价和创造的能力。在实际操作过程中，学生会面临如何精确测量、如何处理误差等问题，这需要他们运用批判性思维，调整实验步骤，优化实验方法。当学生得出实验结论后，教师可以进一步提出拓展性问题，比如生活中哪些地方应用了弹力原理，促使学生将课堂所学与生活实际相联系，提升其创新解决问题的能力。总之，基于初中生的认知发展特点，在物理实验教学中设置开放式问题，能够有效激发学生的探索精神和创新能力，在实验探究过程中培养他们的高阶思维与科学素养。2.开展个性化实验，培养学生创新意识初中生的头脑中充满各种各样的奇思妙想，并且他们也愿意付出精力去实现这些想法。为满足初中生的个性发展需求，教师可以指导学生自选课题，让他们自主进行实验设计与实施，以培养他们的科研素养和创新意识［4-5］。例如，在教学人教版物理七年级上册中“声音的产生与传播”一课时，首先，教师可以借助生动的生活实例引入“声音的产生与传播”这一主题，引导学生思考声音现象背后的科学原理，鼓励他们提出问题。例如：不同材质的物体振动产生的声音有何差异？声音在不同介质中的传播速度是否一样？这些问题可以作为学生自选的个性化实验课题。在实验设计环节，教师要允许学生自由发挥想象力，设计符合自身兴趣的实验方法。比如，通过调整乐器弦线的弦张力和长度实现音调变化；利用各种材料（如木头、金属、塑料）制作简易传声筒，对比不同材质对声音传播的影响；搭建包含空气、水、固体等多种介质的介质模型，测量声音在不同介质中的传播速度。在实验中，学生应亲手操作，做好数据记录和观察分析，这有助于他们理解和掌握声音产生与传播的基本规律。教师在此过程中要扮演好指导者和支持者的角色，适时提供必要的帮助和反馈，但更重要的是给予学生充分的空间去尝试、去犯错，并从中学习。实验完成后，教师可要求学生撰写实验报告，阐述实验的目的、方法、过程和结论，通过反思和交流，培养批判性思维和书面表达能力。此外，教师还应组织班级分享会，鼓励学生展示各自的实验成果，互相学习，共同提高。这样的实验教学能让物理学习不再局限于理论讲解，而是变成一次次充满创造性的探索之旅，能有效促进学生的深度学习。（三）智能技术辅助1.利用虚拟仿真技术模拟物理场景在物理实验教学中充分利用现代科技手段，尤其是数字化和虚拟仿真技术，可以极大地丰富和优化教学模式，使得原本抽象复杂的物理概念变得更为生动直观、易于理解，让学生快速进入深度学习状态。以人教版物理八年级下册中“动能和势能”一课为例。在传统的物理实验教学中，教师通常通过实物演示的方式展现动能和势能的变化，如麦克斯韦滚摆、从滑梯上滚落的小球等，这虽然具有一定的直观性，但在揭示微观粒子运动或复杂系统中的能量转化时相对困难。在深度学习视域下，教师可以引导学生利用数字化实验室软件或虚拟仿真平台，模拟各种物理情景，如弹簧振子的振动过程、物体在斜面上滚动时的能量转换等，使学生能够在三维空间中实时观察、调整参数，直观感受动能和势能的相互转化。例如，在虚拟仿真平台上，学生可以自行设定小球质量、初始高度、斜面角度等因素，然后观察小球在沿斜面滚动过程中的动能和势能随时间的变化，甚至可以进一步探究阻力对能量转化的影响。这种交互式的学习方式，不仅能帮助学生深入理解动能和势能的概念，还能提升他们定量分析和解决问题的能力。此外，借助数字化和虚拟仿真技术，实验教学能够摆脱时间和空间的束缚，学生可以在任何时间任何地点进行重复实验，反复验证假设。同时，一些危险性较高或实施难度大的实验，也可以通过虚拟仿真技术加以呈现，这样既能保证学生的安全，又能拓展实验教学的广度和深度。2.借助数据采集设备深度分析学情在深度学习视域下的初中物理实验教学中，智能科技的应用为提升教学质量提供了新的可能。教师可以先借助传感器及其他数据采集设备，实时获取学生的线上实验数据，再利用平台算法进行分析，为学生提供及时、有效的学习反馈与评估，帮助学生优化学习方案，提高物理学习质量。以人教版物理九年级全册中“电阻的测量”一课为例。在实验教学中，教师可以先引领学生进行线上实验，并实时监测、记录相关数据。每个学生可通过电子设备连接电阻测量仪器，精确测量不同材料、不同规格的电阻丝的阻值，并将数据实时上传至云端平台。平台端集成的深度学习算法能即时处理这些海量数据，对学生在实验过程中的操作步骤、测量准确性、数据分析能力等方面进行全面评估。一方面，深度学习算法能迅速识别出学生在实验操作中的错误或不足，如读数误差、接线失误等，并给出有针对性的修正建议，帮助学生提升实验技能。另一方面，通过对大量实验数据的深度挖掘，平台能够分析出学生对知识的理解程度以及实际应用能力，形成个性化的学习反馈，便于教师制定精准的教学策略，调整教学内容和节奏，确保每个学生都能得到适合自己的学习支持。此外，借助智能技术，教师还可以生成可视化图表，直观展现全班乃至每个学生的实验情况和学习进展，便于师生进行探讨、交流，形成良好的互动学习氛围，有效激发学生