學生自主創新實驗激活線上物理課堂

錢永昌

摘? ?要：提高學生物理學習的主動性、積極性是線上物理教學有效性的重要保證。通過任務驅動、視頻展示;預先準備、隨堂操作;模擬嘗試，課后體驗;自主創新，交流分享等方法不僅可以讓學生積極參與線上物理課堂的學習，而且可以讓學生在線上教學過程中吸取更豐富的物理實驗營養。因此有必要在線上教學中凸顯學生自主創新實驗的優點：觀察更具體，現象更明顯，體驗更真實，思維更深刻，從而更有效地培育學生學科核心素養。

關鍵詞：創新實驗;線上物理課堂;自主創新

面對2020年的新冠疫情，在“停課不停學”號召下，我們迎來史無前例的線上教學。由于離開實驗室，無法正常開展演示實驗和學生實驗，物理教學比一般學科面臨更加嚴峻的挑戰。學生覺得物理更難懂，更抽象。表現在一些學生上課積極性不高，每次上課總是遲到，需要老師反復在群里喊，學生才陸續上線。這僅僅是學生學習物理積極性不高一個表現而已，其實還有很多學生是出工不出力，掛在線上，忽悠老師。面對這個困境，激發學生學習物理的內在動力，提升物理學習的魅力刻不容緩。

筆者嘗試了很多辦法如適時播放實驗視頻、動畫課件，精講精練、講練結合，限時搶答、實時互動等，但是收效不如預期。

線上教學學生主體性如何發揮，如何讓學生身臨其境的感受物理現象，激發學生學習物理的興趣和對物理學習有深度思考呢？為什么不可以讓學生利用家里的器材自己動手做實驗呢？于是筆者開始嘗試在線上教學中開展學生自主創新實驗，效果不錯，下面做簡要介紹。

1? 任務驅動，視頻展示

線下教學，遇到教學難點老師往往自己準備演示實驗。而與線下教學相比，線上教學學生自由度更大，與其教師辛辛苦苦準備生活實驗，學生未必領情，不如發動并指導學生參與自主實驗。讓學生有更多地動手和表現的機會。

案例一：浮力——浮力的產生原因的探究

課前引導學生完成如圖1所示的實驗，觀察乒乓球是否浮起來，并思考原因。如果用手稍微堵一下瓶口，當瓶口充滿水后乒乓球是否又浮起來了呢？為什么？學生通過反復實驗和現象對比就很容易發現乒乓球是否浮起與乒乓球底部是否與水有充分接觸有關。也就是說乒乓球底部如果與水有充分接觸，乒乓球就會向上浮起。可見，此時乒乓球受到水對它的作用力合力是向上的，這才是浮力產生的關鍵。

案例二：浮力——浮力的方向

浮力的方向如何？引導學生完成圖2的實驗，通過觀察發現無論容器水平還是傾斜，浮力的方向總是豎直向上。教學中除了完成實驗，觀察現象外，教師還要引導學生畫受力示意圖進行推理分析。由于乒乓球受到三個力平衡，其中繩子拉力可以從乒乓球靜止時繩子的朝向判定為豎直方向，重力也一定沿豎直方向，因此第三個浮力不可能偏離豎直方向。

這樣，把隨堂演示的小實驗轉化成學生課前體驗的生活實驗優點在于每個學生都親自操作，觀察更具體，現象更明顯，體驗更真實，能有效突破難點，促進深度理解。筆者還鼓勵同學們將自己的實驗的過程用手機拍成視頻，在班級群交流共享。這樣不僅激發了學生們參與的積極性，也對相關物理現象有了更深刻的體會。

2? 預先準備，隨堂操作

有些實驗需要保留一些神秘感，可以邊上課邊體驗。有些實驗用到比較容易準備的生活用品，可以在課前5分鐘通知學生準備好放在電腦邊備用。學生看到現象后可以在討論區發言也可以拍照片或視頻發在群里。由于實驗是現場做，體驗更加新鮮，討論起來更加積極。有些疑難問題在實驗中迎刃而解。

案例一：折射——觀察與分析光的折射

問題1：筷子放在水中，斜著看往哪個方向翹，為什么？（實驗如圖3甲）

問題2：筷子豎直插在裝有水的圓柱形玻璃杯的圓心處，側面看去會觀察到什么現象？，如果筷子向兩側移動呢？（實驗如圖3乙、丙、丁）

這一系列實驗學生操作起來很簡單，現象很明顯。但是要一一說清楚其中奧秘就不僅僅對光的折射規律要有深刻的理解更要有一定的空間想象能力和分析推理能力。沒有實驗或者僅僅給個圖片遠遠達不到親自動手體驗的效果。

案例二：液體壓強——體驗液體壓強的大小與方向

讓學生準備小半桶水和一個保鮮袋。

實驗時讓學生將保鮮袋套住左手，右手用力擠壓保鮮袋想辦法將保鮮袋貼到手上，是否可以實現呢？怎樣才能讓保鮮袋緊貼著手呢？

引導學生把套住保鮮袋的手放入水中。體驗手的感覺，觀察保鮮袋是否緊貼在手上了，為什么？建議學生將手伸到水中不同的深度，感受水的壓力變化。

隨堂生活實驗的特點是操作簡單，體驗真切，學生通過對比，能有效分析出其中的物理原理。這樣使物理的線上教學更加生動、有趣，更有生活氣息。

前面介紹的實驗離不開老師的引導，然而老師不可以總是手把手的引導，應該有個逐步放手，讓學生走向自主實驗的過程。所以我開始嘗試不限主題，讓學生從模仿走向創新。

3? 模擬嘗試，課后體驗

學生看到其他同學的作品，也都躍躍欲試，開始在課后跟著模仿嘗試，體驗見證奇跡的時刻。做遠遠比看收獲更大。學生不僅可以從成功的實驗中收獲知識，還能夠在失敗的經歷中反思總結經驗教訓。不僅如此，他們還可以在實驗中接受安全教育，感受物理的魅力，真切體驗到一些有用的大發明，很多時候不是從坐在實驗室里，用著精準的儀器和高級的藥品得來的靈感，而是來源于生活實踐。

案例一：“凸透鏡聚光”原理為基礎的實驗（選自學生實驗報告）

材料是一張有黑色區域的紙（便于吸熱有更好的實驗效果）、一個礦泉水瓶、一個用來支撐礦泉水瓶用的的魔方和一支小小的溫度計。我把裝置（如圖4）放在了房間窗邊的書桌上。我要做的事情，就是記錄實驗剛開始時黑色區域中心點的溫度和半小時后的溫度，比較溫度差。

實驗開始之前一直挺忐忑的，雖說廈門的冬天沒有那么冷，但陽光畢竟沒有夏天那么強烈，很有可能觀察不到溫度變化導致實驗失敗。

開始前溫度計示數是19℃。放置了半小時后再次讀數，溫度竟只上升了1℃。雖然有了溫度差，看似實驗成功了，但不排除其他因素。可能半小時之間到了中午時分，周圍環境溫度升高，室溫上升。而溫差小的原因，除了是冬天以外也有其他原因，像是水瓶擺放位置不到位，實驗地點不正確等等。

其實這個小實驗想要告訴我們的不只是凸透鏡會聚光，生活中更要注意這些容易釀成大禍的小細節。電視上曾經報道一個在車里隨意放置一個裝滿水的礦泉水瓶，竟會使皮革燒壞。燒壞皮革可能還是小事，要是此時底下墊著的是易燃物品，后果真的不堪設想。

案例二：電吹風吹乒乓球實驗（選自學生實驗報告）

在實驗中，我利用吹風機豎直向上吹風，而乒乓球可以放置在風道位置，如果風力足夠大，可以放置2-3個乒乓球，而且可以看到球會互換位置。緩慢移動電吹風，乒乓球也會跟著移動。此外，當吹風機傾斜一定角度時（如圖5），乒乓球也不會掉落。這是什么原因呢？對此，畫出受力分析圖（如圖6）（易知F氣垂直于F風）可知當傾斜角度越大（θ越小）時，F風越小，F氣越大。當F風的大小不足以使得F氣足夠大時，乒乓球會掉落。

思考分析始于現象，源于問題。實驗創設了許許多多新的情景，激發各種各樣、層出不窮的新的問題，學生們就是在不斷的觀察現象，不斷地激發好奇心，不斷的提出新問題并形成問題矩陣，然后在分析和解決問題中提升科學素養的。

4? 自主創新，交流分享

中學生的創新往往始于點滴的改進。今天的小制作成就每天的大發明。教師就是要善于點燃學生創新的火苗，不斷鼓勵學生走向發明創新之路。

案例一：自制桌面傾角測量儀（如圖7）

一個重錘線加上一個量角器就是一個可以測量桌面傾角的水平儀。學生通過項目制作，不僅對重力的方向有更深刻的認識，而且對“加一加”的發明原理有了更直接的體驗。

教師接下來要做的就是大力表揚，全班推廣。

案例二：神奇的表面張力

創新實驗不只是創新項目的制作。科學探究獲取新知識對學生本人來說也是創新。黃宗翰同學設計實驗探究了溶液的表面張力及影響因素。取一個裝免洗洗手液的瓶子，容積約30mL，瓶口直徑約1.2cm，瓶中裝水后倒置時，水會從瓶中流出;換裝鹽水后倒置時則鹽水溶液不會從瓶中流出。這是由于鹽水與水的表面張力不同的緣故。通過實驗進一步認識到溶液的表面張力是物質的特性，其大小與表面積大小，以及形成表面物質的種類和組成有關。一般來說，無機鹽溶液的表面張力比水大。

學生自主實驗首先起始于模仿。通過觀察別人的實驗自己想辦法實現，達到或超過前人的實驗效果，這已經十分不簡單了，因為這不僅僅是操作的模仿，還要拿捏實驗操作的技巧，調節實驗效果。其次是基于問題開展實驗探究，通過控制變量開展簡單的實驗研究。經歷猜想假設、設計實驗、收集證據，總結結論，交流評估等過程。最高的層次就是遷移創新。這里的創新既可以是研究方式、方法的創新，研究問題的創新，也可以是應用的創新即把探究出的實驗結論首先應用于解決生活中某類問題。

總之，利用生活用品開展自主創新實驗提高線上教學實效是一個新的方向，后續還需要不斷深入開展實踐探索。