基于精準教學的高中物理實驗教學初探
——以“測定玻璃的折射率”為例

項明 王云峰

(安吉縣高級中學 浙江 湖州 313300) (云南師范大學能源與環境科學學院 云南 昆明 650500)

在傳統的物理實驗教學過程中，學生往往只能生硬地預習教材，憑空想象實驗器材、操作過程及實驗現象，這就造成學生在課堂實驗時過多地依賴教師的講解和演示，導致學生進行實驗操作時應付了事，無法完整經歷得到實驗結論的過程，教師也無法掌握學生學習效果的達成度，從而達不到實驗教學的真正目的與效果[1].若能借助平板電腦等移動終端，實施精準教學，就能很好地解決這一問題，具體的教學流程為：學生在課前通過觀看教師錄制的視頻、預習課本教材、演練模擬實驗和完成預習作業，教師則根據學生作業和問題反饋情況，調整教學內容，精準制定教學目標；在課堂中組織學生實驗，教師通過學生實驗操作和誤差分析上傳的照片、發起課堂檢測等多元化實時互動功能，掌握學生實時狀況，進行精準教學；在課后指導學生進行實驗拓展，解決生活中的實際問題.針對物理實驗課堂的教學，筆者將高中物理實驗整個教學過程分為課前、課中、課后3個階段，框架結構如圖1所示.

圖1 中學物理實驗精準教學模式結構圖

本文在精準教學相關理論的指導下，以高中《物理·選修3-4》中“測定玻璃的折射率”實驗教學為例，并將本校高二14班(共41人)作為教學對象對該流程進行解析.

1 課前

1.1 教師課前資料準備

教師在課前利用樂課網、智慧課堂等支撐系統制作學習資源包.教師利用手機、Ipad等錄制“測定玻璃的折射率”微課，共錄制實驗原理、儀器介紹、實驗操作及量角器數據處理3個視頻供學生分步驟學習.此外，教師制作一份具有針對性的預習作業，包括客觀題、填空題和一個能讓學生反饋學習中困惑的開放題.

1.2 學生課前自主學習

學生使用樂課網等平臺在課前利用移動終端觀看教師制作的微課視頻并結合教材、實驗手冊進行學習，通過實驗模擬軟件對實驗操作進行模擬，從而促進科學觀念的形成.最后，完成針對性預習作業，反饋學習中的困惑.

1.3 教師精準把握學情 設計課堂教學

教師通過網絡平臺批閱、查看學生預習作業答題情況和學生反饋的困惑，制定教學目標、重難點，并設計課堂教學.根據學生反饋和預習情況：學生對實驗原理、所需測量物理量、實驗操作的一般步驟已能掌握，但在操作細節和注意點上有一定的欠缺；在處理數據階段，學生對折射率的平均值求解方法、誤差分析有一定困惑，能提出測定入射角和折射角拓展方案的人極少.因此，本節課的重難點為實驗操作、注意事項及數據處理，而教學目標調整為：(1)知道確定光線位置的方法，并知道操作步驟和注意點；(2)會計算折射率和折射率的平均值；(3)知道實驗誤差產生的原因和減小誤差的方法；(4)知道測定入射角和折射角的其他方法.

教師以微課的形式將知識主題直接呈現給學生觀看，使學生的被動學習變為主動學習，體現了“以學定教”的理念；教師通過學生預習的反饋信息設計課堂教學，為教師備課提供了準確有效的學情，展示了“精準教學”的優勢.

2 課中

2.1 預習反饋 解惑實驗操作疑問

問題1：將玻璃磚從盒子中拿出放到白紙上，圖2所示操作中為何(b)項較為規范與合理?為何要移去玻璃磚，僅靠刻度尺畫線來準確定位玻璃磚的下邊界？

圖2 手拿玻璃磚操作圖

師生交流：(1)手和筆會劃傷光學面，手應接觸磨砂面；(2)重心在兩手指的連線上，能平穩地抓緊物體，不易掉落.

問題2：指出預習作業中學生解答“確定出射光線，大頭針P3擋住P1和P2，大頭針P4擋住P1，P2，P3”這句話的錯誤原因？

師生交流：(1)光線經過玻璃磚折射后，出射光線的反向延長線形成虛像，因此大頭針P3需擋住P1和P2像，而非實物；(2)大頭針P3是實際光線直接射入人眼，因此大頭針P4需擋住P1和P2像及P3物.

2.2 真實實驗 記錄典型問題

學生按照要求進行分組實驗，完成實驗的第一階段.第一階段共分為5步：(1)定位玻璃磚上界面，確定入射光線；(2)定位玻璃磚下界面；(3)用大頭針標定入射光線；(4)標定出射光線；(5)畫折射光線，測量入射角與折射角，求出折射率.每小組對完成的每一步操作進行實時平板拍照，并保存于平板.教師巡視指導并關注不同小組的實驗進度，同時用手機拍攝學生在操作過程中出現的典型錯誤.

2.3 對比數據 分析確定光路產生的誤差

第一階段實驗完畢，教師通過網絡平臺發起快速問答，上傳各組的折射率測試結果.教師分析上傳的數據，找到偏差較大的折射率小組，并讓他們上傳最后的實驗照片.教師展示實驗照片，與學生交流數據偏差的原因，并讓學生總結出如下結論：確定光路的操作會產生誤差.

為進一步分析確定光路產生的誤差，教師通過網絡平臺對每一步操作發起快速問答，學生上傳相應步驟的操作照片，教師對每一步操作的照片進行對比分析，結合自己所拍的典型錯誤，找到小組操作不當的圖片并進行展示.學生通過交流討論，分析了如圖3所示圖片，得到了減小誤差的幾個注意事項：(1)入射角要適當大；(2)大頭針要豎直地插在紙面上；(3)大頭針P1，P2，P3及P4間的距離適當大些，同理玻璃磚也盡量寬些；(4)玻璃磚與白紙的相對位置不能改變，一定要與邊界aa′與bb′對齊.

圖3 實驗操作不當照片

教師對學生誤差分析結果進行測驗，了解學生掌握誤差分析能力的情況并發送練1到學生終端.圖4是學生練1的題目和作答反饋后的統計結果：(1)有19位學生未在規定時間內完成此題；(2)正確率不高，在作答的22位學生中僅有13位回答正確.因此，教師需讓學生相互交流討論，并在最后進行詳細分析和總結.此外，還需在課后練習中再次著重訓練，并進行相應拓展鞏固.

圖4 練1題目及平臺反饋結果

2.4 多次實驗 明確折射率平均值求法

教師引導學生回答誤差產生的其他原因并能提出改進方案.學生交流并回答：(1)角度測量；(2)平均值法和作圖法能減小誤差，提高實驗測量精度.

圖5 典型錯誤與正確解法對比圖

2.5 思考討論 拓展測量方法

根據預習反饋情況，教師先引導學生對測量的拓展方案進行思考交流，然后再請預習中有較好想法的學生進行講解展示.在此基礎上，教師引導學生總結出另外兩種方案：(1)讓入射光線與折射光線分別與法線構成直角三角形，用三角板測4條邊的長度，求出入射光線的正弦值與折射光線的正弦值；(2)單位圓法.

教師對所學拓展方法進行測驗，了解學生掌握情況，發送題1對學生進行測驗.學生用現代軟件技術中的圓規或三角板求出所需答案.圖6是學生題1的題目、學生操作和作答的統計結果，可以看出本知識點全班學生都已掌握.

圖6 題1的題目、學生操作和作答結果

教師在精準把握課程標準和學生學情的基礎

上，精設教學目標，精施教學內容，精選課堂習題，精準測繪學生表現，使整個教學過程達到可度量、可調控等精準要求.借助平板課堂的大數據分析及多元化實時互動功能，能幫助教師及時發現學生學習過程中的問題，并采取針對性較強的面向全體或者個體的教學方法，及時解決問題，達到精準教學的目的.

3 課后

教師結合上課情況，編輯相應的課后練習，并設計一個開放性問題：能否繼續改進本實驗.學生做完相關常規習題后，通過查閱資料，搜集文獻，對開放性問題進行設計，最后與課堂教學評價一起反饋到移動終端供教師查閱，為教師下階段的教學提供良好的數據支撐.依托平板電腦等現代教育技術，使開放性問題能更加有效開展，有利于培養學生實驗探究的科學意識，也有助于提高學生科學思維的核心素養.如課后學生提出[2]：插4枚大頭針的實驗操作可用直線插針板進行代替(在畫好直線的薄型泡沫直板上預先豎直插上兩根大頭針，方向確定只要在直線兩端處記錄兩點并連成直線即可，如圖7所示).

圖7 學生實驗拓展

4 結束語

基于精準教學的高中物理實驗教學，改變了以往課堂上將準備好的新知識按計劃地講給學生，學生聽講記錄，而是采取以學定教，利用現代多媒體技術手段采集和分析學生學習數據和照片，制訂合適的教學策略.采用上傳實時照片和課堂作答的方式，即動態伴隨式學習評價，讓教師實時掌握學生學情，實施相應教學過程，從而有效地開展了課堂教學.