在線教學環境下初中物理實驗教學的思考

唐建華

(蘇州陽山實驗中學,江蘇 蘇州 215150)

1 問題提出

2020年初新型冠狀病毒肆虐武漢,席卷全國．全國上下包括學校停止了一切集體活動,教育部及時提出“停課不停教,停課不停學”．此背景下,教師必須轉型,由原來擅長于面對面教學變成網絡在線教學．在線教學或稱在線學習、遠程教育,就是教師利用網絡進行教學,學生利用電腦、移動智能終端進行學習的過程．

教師短時間由擅長面對面授課變成擅長在線授課,技術就是一道壁壘．所以大眾化、容易學習的在線教學平臺就是教師最好的選擇,如騰訊的“騰訊課堂”、“騰訊會議”,阿里巴巴釘釘的“班級直播授課”、“視頻會議授課”．它們直播時都支持學生“連麥”互動和討論區互動,釘釘的直播結束支持“直播回放”功能．它們都支持作業的“在線提交”、“在線批閱”．筆者運用的是釘釘平臺,使用時先建立班級群,然后讓學生家長加入,和學生約定在線上課時間,上課紀律．這樣教師就有精力集中在上課內容上,進行精心的在線教學設計．

但物理教學有其特殊性,尤其是初中物理,學習過程基本是建立在實驗基礎上．實驗不僅是物理教學的重要手段,也是物理教學的重要內容．在線教學由于時空限制,傳統實驗就無法實施,那么初中物理在線教學如何突破這個難題,筆者結合自身多年來的翻轉課堂教學和實施在線教學的經驗談幾點做法．

2 在線教學環境下物理實驗教學的做法

2.1 利用瓶瓶罐罐做演示實驗移動直播教學

蘇州大學老前輩朱正元教授早就提出“瓶瓶罐罐當儀器,拼拼湊湊做實驗”,用學生熟悉的物品做實驗,能激發興趣．教師在沒有學校實驗器材室中的現成器材,那就需要利用家中的、野外的“瓶瓶罐罐”充當儀器進行實驗,通過用手機移動直播教學．教師實驗直播能激起學生濃烈的興趣,存在交互作用,真實感、現場感很強烈．所以筆者用手機中的釘釘進行移動直播,學生用“連麥”和討論參與直播教學．下面是一個直播片段:

筆者在講授“物質的密度”時,利用家中的電子秤、玻璃碗、注射器、油、水、在家里進行直播．先介紹實驗“器材”介紹電子秤的“去皮”功能,將玻璃碗放在電子秤上看到示數,按下“去皮”鍵,示數變為0．然后一邊提出問題一邊實驗,提出的系列問題是:用注射器取10 mL水裝進碗里,電子秤會顯示多少g?再裝10 mL又顯示多少g?重復實驗,發現水質量和體積均變大,但什么不變?再用食用油實驗,發現有什么相同點和不同點?通過注射器刻度可以累計碗里水的體積,利用電子秤的“去皮”功能直接讀出水的質量．學生很快得到碗里“水質量越大,體積越大,且兩者成正比”的結論．再用食用油對比得出:水和油的質量與體積的比值不同,以此說明這個比值可能和物質種類有關,最終引入密度概念．利用直播的形式給學生呈現,學生積極性很高,有的學生在教師直播時留言說,“有點像‘野外求生’節目”,有的說,“網紅老師”等．筆者直播器材如圖1所示.

圖1

2.2 用仿真軟件完成教師演示實驗和學生實驗

仿真實驗是利用程序的運算來模擬真實的實驗過程,其運算時要運用很多參數,根據物理規律運算出結果,然后直觀呈現出來．一般的物理實驗仿真程序為了減小計算機的運算量,采用的是分模塊進行．基本都有力學、光學、熱學、電學等模塊,實驗時只要選好對應模塊就可以進入“實驗室”自主實驗．

筆者選用的是NOBOOK虛擬實驗室(簡稱NB)在線軟件．打開軟件選擇某一模塊,如初中力學模塊進入,窗口右側工具欄中列出所有初中力學全部器材,感覺就像進入學校實驗室．然后點擊窗口右側的器材,窗口中央的實驗桌上就會出現相應的器材．在實驗桌上要合理布局器材,擺放時盡量輕拿輕放,否則器材會被撞飛,非常符合真實場景．NB支持實驗表格的設計,鼠標拖拉建立表格,只要在表頭選項框中選擇適當內容就填好表頭,其選項框里已包括各種物理量及單位．同時NB支持從表格快速畫出函數圖像,不僅有真實感,而且方便、智能．

如筆者在線講授測量石塊密度,與學生一起理清實驗目的、實驗器材、實驗原理后,筆者在實驗桌上依次擺放了:小石塊、裝有30 mL水的量筒、天平、砝碼盒、細繩．然后再與學生討論實驗步驟、數據記錄等問題,再用天平測出石塊質量,然后用細繩系住石塊,放入量筒測出體積．整個過程包括天平游碼歸零、調節平衡螺母、增減砝碼、移動游碼、器材整理等細節問題．整個演示實驗學生高度參與,然后筆者暫停直播10 min,讓每個學生親自體驗用NB測量石塊密度,實驗結束后截圖提交作業發給教師．這樣學生通過類似打游戲的方式完成學生實驗,學生積極性非常高,完成快的學生把虛擬實驗室里的金屬球密度也測量了,很有成就感,發現這些處于信息時代的學生虛擬操作實驗比教師都快多了．學生實驗界面如圖2所示.

圖2

2.3 Flash動畫、實驗視頻等有效推送

學生接觸的Flash開發的游戲比較多,而接觸Flash開發的模擬實驗的動畫則比較少,一般都是傳統課堂上教師播放的,很少有機會給學生交互體驗．所以在線教學環境下,教師應該將這些模擬實驗的Flash動畫通過學習群有序的推送給學生,學生在家像玩游戲一樣模擬實驗過程,理解知識．

實驗視頻包括教師電腦已有的實驗視頻,還有就是網絡上的實驗視頻．但這些視頻的共性是缺少交互,如果把實驗視頻直接給學生看,學生對其缺少興趣,缺少對實驗預先思考,沒有充分調起學生已有前概念,看完視頻后也就沒有形成強烈的認知沖突．往往是看完實驗后處于“知其然,不知其所以然”的狀態,對實驗過程與結果沒有深刻的認識,本質是學生看實驗視頻之前,缺少實驗設計思考過程．

所以筆者在線教學時,對于自己電腦上的實驗視頻,直接利用直播平臺上的“共享屏幕”功能讓學生同步觀看(一定要開啟聲音設置中的“揚聲器”,否則學生聽不到老師播放的視頻聲音)．但播放時,通過合理暫停吊起學生的求知“胃口”,然后提出“為什么這么做?可能會出現什么現象?實驗順序能否改變?能否有替代實驗?”等問題,充分調起學生前概念,通過實驗現象和結論,促進學生深度思考．

網絡上實驗視頻資源非常豐富,但魚目混珠．教師就要進行精細的篩選,選擇合適的資源,如“優酷”、“騰訊視頻”上的資源很豐富,但有廣告和其它鏈接,不太適合給學生．筆者選擇的是“中國微課網”上的資源,上面有許多實驗視頻,這個非常適合學生觀看．筆者采用的是“任務單+二維碼” 的形式發給學生,任務單上列出看視頻要思考的系列問題,讓學生帶著問題去看實驗視頻,為了能看到視頻,就要掃描二維碼,二維碼是由該視頻網站的網址文本通過二維碼生成器生成的．[1]筆者應用的一個案例如圖3所示.

圖3

2.4 布置學生家庭實驗并拍攝上傳作業

學校教學中的學生實驗是在教師提供的固定實驗器材下進行,部分學困生是“模仿”別人實驗,部分優秀生又沒有發揮的空間．而學生在家中在線學習,比學校學習有更加靈活的空間和時間支配．在實驗方面,家中的所有物品包括玩具、餐具等都可以作為實驗器材,尤其是力學方面,但電學、光學實驗方面相對要少一些,可以建議學生網購一些現成的電學實驗盒、光學實驗盒.這樣學生在家都可以打造專屬自己的物理實驗室．

對于學生已經在線學習的探究實驗,如教師直播的或者用虛擬仿真軟件完成的探究實驗,可以讓學生下線后,選擇家中的器材驗證一下,發圖片、實驗報告、視頻等給教師,若在實驗時發現“有悖”于所學知識的“怪現象”,也可以作為第2天大家一起在線深度學習的資源．

對于測量型的實驗,學生往往家中缺少相應的專業測量工具,那就要讓學生運用轉化的思想,根據待測物理量所產生的一些容易觀察的現象來間接測量． 以下是筆者讓學生學完密度的測量,讓學生在家選擇器材測量密度．如圖4所示是測量食用油的密度,使用了體重秤和等體積的水．如圖5所示是測量有機玻璃的密度,使用了電子秤測量質量，注射器和水測量體積．

圖4

圖5

3 總結

教師在線教學前,要進行充分的在線教學設計,尤其是實驗的設計．能在家中做的實驗可以通過直播的方式和學生邊互動邊演示,不能做的實驗可以借助于在線仿真軟件完成虛擬實驗,也要將已有的Flash動畫、實驗視頻以問題導向的形式推送給學生,最后一定要利用好學生在家的廣闊舞臺給學生布置實驗任務．