利用智慧課堂多角度開發實驗設計方案

林欽兒

摘要：實驗設計是一種創造性的活動，它基于觀察的基礎上發現問題、提出猜想，開始實驗設計。傳統教學模式，有限的課堂時間，很難做到多角度實驗設計。利用智慧課堂，提高課堂效率，充分利用課余時間進行研究性學習，實現互聯網與教育教學深度融合，實現先學后教、以學定教、智慧發展。

關鍵詞：智慧課堂；實驗設計；觀察；發現問題；多角度

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）23-0269-02

智慧課堂指利用校園內的計算機技術、網絡技術、通訊技術以及科學規范的管理對課堂內的學習、教學、科研管理的生活服務有關的所有信息資源進行整合集成和全面的數字化。其核心是無限網絡的課堂利用，實現無紙化教學、實現個性學習、互動學習、移動學習，實現網絡學習空間人人通，讓學習更高效。

一、實驗設計教學遇到的困難

學生腦袋空空，沒有發現、沒有疑問、不知如何設計。教師心急如焚，傳統教學模式，有限的課堂時間，很難做到多角度實驗設計，沒有足夠的時間培養學生觀察能力、提出問題能力和實驗設計的能力。教育的目的必須創造出完整的人，把積累起來的人類經驗的智慧集中為閃亮的火花，這需要時間。

二、解決辦法

實驗設計是一種創造性的活動，它基于觀察的基礎上發現問題、提出猜想，開始實驗設計。

1.培養觀察能力和提出問題的能力。所有知識都始于觀察，發現是科學的起源，我們必須具有精確地觀察世界的能力，觀察不同于看看，被動地看和主動地觀察的區別會產生驚人的效果，教師在這個環節的培養學生觀察能力的重點，是引導學生思考我們所看到的，用時間和耐心去看。觀察的一個組成部分，是要知道看的是什么，或者要找的是什么，在隨意的背景中看出規律，科學上的觀察者必須學會在一瞬間看到事物的本質，對觀察進行訓練的目的是把感覺的經歷同思想的意識盡量緊密地聯系到一起。

2.大量閱讀、驗證前人的發現或還原經典實驗，用數學工具證明物理結論。教學第一線的教師的相關論文很有價值，提供給學生大量閱讀，讓學生象教師備課一樣的學習，激發學生學習主動性、積極性，對學生學習能力要求要高。拓寬學生的眼界，讓學生見多識廣，打開思維，有的放矢，先模仿再創新，孰能生巧，設計出可操作的試驗方案，由易到難，在實驗過程還會有新的發現。讓個體充分發展個性，拓展學生廣度思維、深度思維能力，鼓勵學生挑難的事情做，這樣能做成大事，設計出來的實驗方案更有價值，自身更容易成才。科學的巨匠是站在巨人的肩膀上成就的，所以還原經典實驗，也是設計實驗的一個渠道。用數學工具解決物理問題，推薦學生閱讀《數學家和物理學家軼事》。

3.利用智慧課堂，打造高效課堂。（1）課前環節。實驗設計的核心是學生有所發現，并能確定研究的課題即實驗題目。考慮到八年級物理是起始科目，由學生單獨完成實驗設計有困難，教師要充分介入，真正起到主導作用，引導學生找方向、找方法。教師通過信息平臺向學生推送可操作的具體的觀察任務，如：尋找生活中的凸透鏡，露珠、眼睛、老花鏡、透明玻璃杯——圓柱形或其他形狀的、玩具店里放大鏡、望遠鏡等，并用找到的凸透鏡觀察身邊事物。把觀察到現象和自己的想法作詳盡記錄，找到自己設計實驗的課題。教師提供給學生虛擬實驗系統賬號和密碼，先讓學生在虛擬實驗系統放飛思維、任意想象，看看有什么發現。如：探究凸透鏡成像規律，學生發現物距不變時，用不同顏色的光做實驗，像距及像的大小都不一樣；還發現入射光線到凸透鏡某個位置時，光線不發生偏折，而是發生全反射；讓透鏡變胖、變瘦、旋轉又有新的發現。教師有針對性選擇與新課相關的閱讀資料制作成微課，通過教師端推送給學生，拓展學生視野，協助學生找到設計實驗的角度。（2）課中環節。充分保證學生實驗時間，提供給學生相應實驗器材，讓學生根據自己的實驗設計方案完成實驗，指導學生做好現象和實驗數據的詳盡記錄。并協助學生拍好5min以內實驗小視頻，小視頻要求緊湊、簡潔，可視性強。描述結論語言要精練，要用規范物理術語。教師把學生上傳的實驗視頻，利用數學工具論證的小論文等設計成果進行整合。第二課上課時，通過移動學習終端上傳和發布到班級討論，顯示在教室白板上，學生可以看著白板展開討論。師生互動形成教學成果。（3）課后環節。教師利用信息平臺發布課后作業，學生完成后通過學生終端上傳到測試評價信息系統，教師系統會自動輸出評價結果，教師根據實際情況進行補缺補漏，讓全體學生學有所得。教學反思：通過智慧課堂可以把師生課余時間利用起來做科研。

三、實施過程

1.教學目標。多角度探索凸透鏡成像規律；培養學生觀察能力、提出問題的能力和設計實驗的能力；提高學生的科學素養，培養科學精神與科學態度。

2.教學過程。①課前準備：通過智慧課堂信息平臺傳送資料讓學生學習。預習課本科學探究：凸透鏡成像（包括課后習題）。發送《物理教學》第二期華興恒老師的“特殊情況下的凸透鏡成像問題”。發送《中學物理教學參考》王連老師的論文“從柱形凸透鏡成像試驗感受體驗教學的魅力”。科學館里懸在空中的茶杯小視頻和肖元剛“不用光屏看實像的深刻研究”。發送一份任務單：要求學生多角度設計一份實驗方案——課題：探究凸透鏡成像定律；可以是自己發現的角度，可以是驗證實驗，可以是用數學工具解決物理問題論證過程，可以是閱讀調查的小論文形式，可以摘抄學術論文上的實驗設計；提交實驗設計方案（必須包括以下內容：研究課題、發現、猜想、選擇器材、實驗步驟、實驗數據和現象記錄表格），學生使用作業平臺完成實驗的設計方案，拍照上傳，教師在課前對學生提交的實驗設計方案，進行二次備課，準備器材。②進行實驗，讓學生放飛思維，放手實驗，強調學生對自我發現過程中的忠實記錄；要求把實驗過程排成5min以內的小視頻。③課堂對各組實驗方案進行交流評估，把實驗上的小視頻，數學角度論證的小論文，下載的視頻，通過移動學習終端上傳和發布到班級討論欄，并顯示在教室的白板大屏幕上。④通過模擬實驗系統再現學生們的實驗歸納總結得出結論。

四、教學成果

通過學生查資料、看視頻，設計實驗、進行實驗，利用數學工具等各種探究發現凸透鏡成像規律如下：（1）聚焦不變，凸透鏡成像性質與物距有關：成實像時，物近像遠像變大；成虛像時，規律于實像相反；（2）物距不變時，凸透鏡成像性質與聚焦有關，聚焦越大，成的像越大；（3）實驗時蠟燭越燒越短，像在光屏上會向上移；（4）外界干擾：突然飛來一只蜜蜂停在凸透鏡上，光屏上沒有蜜蜂的像，因為蜜蜂位置在焦點以內成虛像，光屏接不到；（5）實驗過程，凸透鏡磕破一部分，不影響成像性質；（6）學生惡作劇用手擋住凸透鏡一部分，發現成像性質不變，只是像變暗一些；（7）物距、聚焦都不變，用不同顏色發光二極管燈成像，像距及像的大小都不一樣，知道了不同顏色折光能力不同；（8）找到清晰的像以后，把蠟燭和光屏對調就有清新的像，而且原先縮小的像會變成放大的像，知道了這是光路是可逆的；（9）旋轉凸透鏡，像的大小、像距也會發生變化；（10）再現王連老師用圓柱形玻璃杯做實驗發現豎放的電池不放大，橫放的電視左右放大，知道是因為豎直方向，相當于一個玻璃磚，沒有放大作用，水平方向相當于一個圓形透鏡起放大作用；（11）發現不用光屏也能看到實像，只要教室昏暗一些而且不同角度看，一只眼睛和兩只眼效果還不同，特別有趣；（12）發現兩個凸透鏡放一起能做顯微鏡，發現一個凸透鏡和一個凹透鏡能做望遠鏡；（13）發現用三條特殊光線能論證出，物距改變時的成像規律；（14）發現了全反射現象；（15）發現了矯正視力的方法。

五、教學反思

1.利用智慧課堂，利用白板技術，利用模擬實驗增大課堂容量，提高了教學效率，激發學生探索科學的熱情。

2.思維方法是解決問題的靈魂，實驗設計是創造性的活動，他山之石可以攻玉，學生找不到突破口時，先看看別人怎么研究，先模仿再創新也是一種好方法。

參考文獻：

[1]孫曙輝，劉邦奇.智慧課堂[M].北京：北京師范大學出版社，2016.

[2]羅伯特.魯特-伯恩思坦.李國慶，譯.天才的13個思維工具[M].海南出版社，2001.