線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)思維可視化突破策略

山東省淄博市張店區(qū)第七中學(xué)(255000) 徐永芝

山東省淄博市張店區(qū)第八中學(xué)(255000) 李傳迎

線上教學(xué)不同于一般的傳統(tǒng)教學(xué)，如何引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行可視化的思考，突破線上學(xué)習(xí)的思維障礙，這是一個(gè)重要的研究問題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，突破學(xué)生的思維障礙點(diǎn)，在使學(xué)生思維可視化方面具有獨(dú)特的魅力，但是由于線上教學(xué)空間和時(shí)間的限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得異常艱難。線下教學(xué)中本人一直秉承這樣的理念，能分組的實(shí)驗(yàn)，教師不演示，能演示的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不看視頻。然而在線上教學(xué)中，這似乎變得不可能，如何突破線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)弊端，使學(xué)生的思維可視化，從而提高學(xué)生的參與度，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，成了一個(gè)迫在眉睫的問題。通過實(shí)踐探索，筆者歸納了四種實(shí)現(xiàn)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)思維可視化的策略，在教學(xué)中收到了很好的效果。

1 利用虛擬實(shí)驗(yàn)，思維可視化

虛擬實(shí)驗(yàn)，就是利用當(dāng)今各種信息技術(shù)手段來模擬再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中的各種真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。常見的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件有：初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)室和NOBOOK物理實(shí)驗(yàn)(簡(jiǎn)稱NB物理實(shí)驗(yàn))等。無論在線上還是線下教學(xué)，虛擬實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生思維的可視化，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和動(dòng)手操作能力。

1.1 分組實(shí)驗(yàn)家庭化

在電腦上安裝初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)軟件后，學(xué)生在家就能完成課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的20個(gè)必做分組實(shí)驗(yàn),收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。例如在復(fù)習(xí)“電學(xué)實(shí)驗(yàn)專題”時(shí)，學(xué)生在家利用軟件自主動(dòng)手連接電路，完成重要的電學(xué)實(shí)驗(yàn)“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”“測(cè)量電阻”和“測(cè)量小燈泡的電功率”。學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)了滑動(dòng)變阻器的作用。

1.2 演示實(shí)驗(yàn)分組化

傳統(tǒng)教學(xué)中由于實(shí)驗(yàn)器材所限或?qū)W生做實(shí)驗(yàn)不易成功等，一些實(shí)驗(yàn)只能由教師來演示，但由于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視性問題，演示效果并不理想。利用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行Ы鉀Q傳統(tǒng)教學(xué)中的弊端，為線上教學(xué)提供了很大方便。學(xué)生利用初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)室和NB物理實(shí)驗(yàn)室有效完成了下列實(shí)驗(yàn)：“探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”“探究影響壓強(qiáng)的因素”“探究影響動(dòng)能大小的因素”“探究電熱與哪些因素有關(guān)”和“比較水和煤油的吸熱能力”等，收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。以“比較水和煤油的吸熱能力”實(shí)驗(yàn)為例，如圖1所示，打開NB物理實(shí)驗(yàn)室，找到這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在兩個(gè)燒杯上蓋上紙蓋，先點(diǎn)燃火柴，再點(diǎn)燃酒精燈，按下秒表開始計(jì)時(shí)，觀察溫度計(jì)的示數(shù)變化，記錄在設(shè)計(jì)的表格中，通過一系列的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生真實(shí)經(jīng)歷了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，有利于引入比熱容的概念。

圖1 比較水和食用油的吸熱能力

1.3 完成不易完成的實(shí)驗(yàn)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)器材的限制性、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不易觀察性、實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性等，有些實(shí)驗(yàn)不易在課堂上或課外完成，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室能有效完成這類實(shí)驗(yàn)。例如利用初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠讓學(xué)生模擬不同樂器的波形圖，如圖2所示，利用NB物理實(shí)驗(yàn)室能模擬不易觀察的桌面微小形變實(shí)驗(yàn)，也能演示家庭電路短路、漏電保護(hù)器功能等危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)。

圖2 模擬不同樂器的波形

2 攝像頭下演示實(shí)驗(yàn)，思維可視化

實(shí)驗(yàn)是突破學(xué)生思維障礙點(diǎn)，使思維可視化的較好方式。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，有些拓展性的實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)只靠講解點(diǎn)撥很難突破，如果教師能通過簡(jiǎn)單的器材演示實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)過程可視化，很容易突破學(xué)生的思維障礙點(diǎn)。例如在復(fù)習(xí)“探究光的反射規(guī)律實(shí)驗(yàn)”中，如果實(shí)驗(yàn)中硬紙板放得沒有與平面鏡垂直，稍有傾斜，則當(dāng)入射光貼著硬紙板射向鏡面上的O點(diǎn)后，在硬紙板上_____(選填“能”或“不能”)看到反射光線。學(xué)生只靠想象能力，很難解答。直播課堂上筆者利用攝像頭和平臺(tái)有效演示了這一實(shí)驗(yàn)，一邊介紹做法，一遍演示。把桌子當(dāng)做平面鏡，物理課本當(dāng)做硬紙板，課本斜放在桌子上，其中一支筆當(dāng)做入射光線，用膠紙粘在課本上，在入射點(diǎn)上豎立法線(能“站立”的筆)，根據(jù)反射角和入射角的關(guān)系，利用另一支筆確定出反射光線，如圖3所示。通過演示實(shí)驗(yàn)的方式，學(xué)生跟隨入射光線射到平面鏡上進(jìn)行了反射，“追蹤”了反射光線的蹤跡，使思維可視化，理解了實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)。

圖3 紙板傾斜反射實(shí)驗(yàn)

3 整體建構(gòu)實(shí)驗(yàn)命題模型，思維可視化

思維導(dǎo)圖是一種可視化的思維工具，通過它構(gòu)建的知識(shí)體系層次分明，脈絡(luò)清晰，一目了然，比一般的知識(shí)梳理更能幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)或方法之間的聯(lián)系。常用的軟件有Mindmanager，Mindmapper，F(xiàn)reeMind，Inspiration和Xmind等。

實(shí)驗(yàn)探究是物理四大核心素養(yǎng)之一，但從平時(shí)學(xué)習(xí)和中考來看，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究綜合題方面存在較大思維障礙。經(jīng)過探索，筆者以Xmind思維導(dǎo)圖為工具，從提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估和交流與合作科學(xué)探究七個(gè)要素整體建構(gòu)了物理實(shí)驗(yàn)命題模型框架，如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)命題模型

教師可以在此基礎(chǔ)上從整體建構(gòu)的角度進(jìn)一步細(xì)化實(shí)驗(yàn)，建立起一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)部的聯(lián)系，或者幾個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系，使實(shí)驗(yàn)中的考點(diǎn)思維可視化。例如教師以“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”為例，充分利用思維導(dǎo)圖里的各種功能(聯(lián)系、超鏈接等)，建構(gòu)了知識(shí)和方法之間的聯(lián)系。在學(xué)生存在思維障礙的重要考點(diǎn)處，把近5年考查摩擦力的省、市中考題中的典型實(shí)驗(yàn)整合進(jìn)來，拓展學(xué)生的思維，進(jìn)一步提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和綜合分析能力。在課堂上可以直接利用Xmind軟件將思維導(dǎo)圖進(jìn)行放大或縮小教學(xué)，利用超鏈接功能，直接鏈接到對(duì)應(yīng)性的題目上，進(jìn)行課堂練習(xí)。

4 課后探究，上傳平臺(tái)，思維可視化

有些實(shí)驗(yàn)需要較苛刻的環(huán)境才能有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，或者學(xué)生利用簡(jiǎn)單的器材就可以完成的實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)可以放在學(xué)生家中完成，在動(dòng)手實(shí)踐的過程中突破思維障礙點(diǎn)，使思維可視化。例如在學(xué)習(xí)“鏡面反射和漫反射”時(shí)，一提到鏡面反射，學(xué)生往往認(rèn)為是比較耀眼的，漫反射是不耀眼的。為了糾正學(xué)生的這種不全面的認(rèn)識(shí)，首先給學(xué)生布置一個(gè)家庭小實(shí)驗(yàn)。在桌面上鋪一張白紙，把一小塊鏡子平放在紙上，讓手電筒的光正對(duì)鏡子照射。如果從側(cè)面去看，白紙和小鏡子哪個(gè)是亮的，哪個(gè)是暗的？原因是什么？學(xué)生在家完成實(shí)驗(yàn)后，拍照上傳到釘釘平臺(tái)相互分享、學(xué)習(xí)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，真實(shí)體驗(yàn)了鏡子也可以看起來是暗的，白紙看起來是亮的，如圖5所示。上課時(shí)，教師讓學(xué)生解釋發(fā)生這種現(xiàn)象的原因：光正對(duì)鏡子入射后，發(fā)生鏡面反射，反射光垂直返回，從側(cè)面看，進(jìn)入眼中的光線少；光照射到白紙上發(fā)生漫反射，反射光線射向四面八方，進(jìn)入眼中的光線多，所以從側(cè)面看，白紙更亮，小鏡子更暗。教師進(jìn)一步點(diǎn)撥，一個(gè)物體看起來亮還是暗，取決于進(jìn)入眼睛中光的多少。

圖5 正面照射，側(cè)面觀察