初中物理線上線下融合實驗教學探析

程建軍

(蘇州市振華中學校,江蘇 蘇州 215006)

在互聯網信息化飛速發展的時代,線上教學迅猛發展,線上線下融合教學將成為常態化的教學模式.在線上線下融合教學中,義務教育物理課程實施也將面臨新的挑戰,義務教育物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程,具有基礎性、實踐性等特點,[1]在線上線下融合實驗教學中如何有效組織學生開展實驗探究,豐富動手實踐活動,提高學生的科學探究能力,是一個值得探討的課題.

1 初中物理實驗教學結構的變革與重構

線上線下融合教學是以學生為中心,通過技術手段打通線上和線下、虛擬和現實學習場景中各種結構、層次、類型的數據,形成線上線下融合的場景生態,實現個性化教學與服務的教學新樣態.[2]這種新型的教學模式將推動傳統教學方式的變革與重構,使課堂教學結構發生變革(如圖1所示).線上線下融合教學強調學生是學習的主體,教師則是學習的設計者和指導者,教師與學生組成了一個學習共同體.線上線下融合教學打破了傳統學習受空間及時間的限制,為此初中物理實驗教學也可以采用線上線下融合方式,創建多樣化的實驗教學情境,選擇、整合或開發適合學生發展所需求的實驗資源,引導學生發現問題、提出問題,合理選擇和利用實驗資源設計實驗、收集證據、得出結論,通過線上平臺和線下教學相結合方式開展小組合作、交流、評估與反思等活動.通過開展微實驗、數字化實驗、家庭實驗、物理小制作、跨學科實踐、物理微課題等活動豐富初中物理實驗教學,同時借助信息化手段采取主體多元、形式多樣的實驗教學評價,尤其重視學生實驗活動的過程性評價,及時跟蹤學生實驗活動過程,幫助教師能更快更準地指導學生進行實驗探究活動,發揮實驗的育人功能,促進學生核心素養的養成.

圖1 線上線下融合教學結構圖

2 線上線下融合物理實驗教學設計

初中物理教學是以實驗為基礎的,在線上線下融合教學中如何開展有效的物理實驗教學,是一線物理教師面臨的新挑戰,線上教學中不能以播放實驗視頻替代線下教學中的實驗,線下教學中實驗環節正是學生最感興趣的,實驗能激發學生的好奇心和未知欲.在2022年版義務教育物理課程標準中,“實驗探究”是一級主題,其中包含了測量類和探究類學生必做的21個實驗,學生只有通過物理實驗才能理解和掌握知識,從而構建物理概念,深化對物理規律認識,領悟其內涵及相互聯系,潛移默化中提升核心素養.

在線上線下融合教學中,教師可以利用線上和線下教學的各自優勢,進行互補與融合方式開展實驗教學.對于一些測量類的基本實驗,教師可以先通過線上直播或播放視頻形式,讓學生在線學習實驗操作規范和實驗方法,然后再進行實操訓練.演示實驗教師可以通過移動攝像頭連接線上教學平臺近距離直播實驗的過程和現象,這樣每位學生都能觀察清楚,比教室里教師在講臺上演示可視性更好.我們還可以借助于數字化實驗系統(如圖2所示),電腦屏幕上同時出現實驗真實場景和實驗數據的實時采集,將屏幕分享給學生,讓學生在線觀看實驗的現場、實驗數據采集和處理,比直接觀看實驗視頻更能激發學生的興趣.隨著人工智能的普及與發展,不久的將來,我們甚至可以搭建真實物理實驗的環境,讓學生遠程操縱實驗設備來獲得實驗數據,并進行數據分析和得出結論.

圖2 數字化實驗系統

在線上線下融合教學中,教師還可以引導學生開展家庭實驗探究和跨學科實踐活動,利用身邊的物品大膽設計實驗,通過實驗報告和短視頻的方式上傳到線上平臺,與同學和老師進行分享,教師從中選擇一些典型的實驗設計和作品,組織學生一起來交流與討論,幫助學生完善家庭實驗和跨學科實踐活動,同時展示一些優秀的實驗設計與作品,以此激勵學生.生活中完成的自主實驗和跨學科實踐活動,其體驗感更強,更能激發學習物理的興趣,更能提高學生的創新思維能力和實驗探究能力.

例如學生學習了物質的物理屬性知識后,可以引導學生制作一個醫用冷藏盒,以項目小組為單位,首先對不同低溫物質對冷藏盒的保溫性能有什么樣的影響等問題進行探究,然后需要哪些材料、冷藏盒的大小與形狀、如何使冷藏盒更密封、能否顯示冷藏盒內溫度等問題制訂創作計劃,學生在生活物品中選擇合適的保溫材料和低溫物質自制一個醫用冷藏盒,并測量小組制作的冷藏盒在一定時間盒內的溫度變化,通過實驗檢驗該容器的保溫性能(如圖3).在各小組實驗探究和冷藏盒制作后安排一次集體展示活動,通過線上線下融合方式分享自己小組的想法、設計方案和研究過程等,對實驗探究和冷藏盒制作過程、遇到的困難、解決辦法進行說明,并展示冷藏盒的外觀、內部機構和保溫性能.教師組織各個小組進行自評和互評(圖4),讓各個小組互相指出最成功之處和提出優化的建議,各小組可以借鑒提出的建議設計合理的改進和優化措施,提高冷藏盒的保溫性能(圖5).

圖3 學生探究活動

圖4 項目小組交流與展示

圖5 學生制作的醫用冷藏盒作品

因此,借助線上線下融合方式可以為學生構建多樣化的真實學習環境,讓學生多維度深入情境中,去發現問題、分析問題、解決問題,促成深度學習.

3 線上線下融合開發利用教學資源

隨著互聯網的普及和線上教育的興起,網上有非常豐富和多樣的學習資源,然而對于初中學生在網上去尋找自己合適的學習資源,可能會出現網絡迷航現象,這就需要教師的正確引導和幫助.網上物理學習資源花樣百出,教師在教學時,對于網絡資源不能拿來就用,需要甄選、整合、利用,要提供學生更多的實驗活動情境資源,讓學生對物理課程更加感興趣,通過實驗活動情境引導學生深度學習.網上也有一些比較好的實驗活動情境資源,例如NOBOOK虛擬實驗室創設了一個仿真的實驗環境,學生在這個環境下可以在線體驗許多初中物理實驗的操作與實驗驗證,特別是可以自己創建新的實驗,進行實驗的探究活動,對于微觀粒子和宏觀天體運動可以模擬展示,彌補了傳統實操實驗的局限.

筆者所在學校物理學科發展示范中心結合初中學生學習物理的特點,構建了一個線上線下融合物理實驗活動情境教學資源平臺.從課堂教學情境創設、課后拓展學習情境創設、物理跨學科實踐活動情境創設等不同角度對物理實驗活動情境進行深度開發,通過微信公眾號定期推送物理實驗活動情境設計與指導,以線上和線下融合的方式指導學生進行物理實驗活動,引導學生產生情境感知,形成積極的內在學習動機.例如學生在學習物態變化這部分內容時,指導學生利用家里的冰箱做很多有關物態變化的實驗活動,有的學生用冰箱研究清水、糖水和鹽水凝固點實驗,從收集到的數據得出鹽水的凝固點要低一些,進而解釋了冬天路面結冰為什么要撒鹽的道理;有的同學還用冰箱進行自制冰淇淋等實驗;為了學生能更好體驗實驗的樂趣,示范中心利用微信公眾號推出了一期“番茄冰環”實驗活動(如圖6),通過微信公眾號指導學生在家里完成這個實驗活動,實驗過程如下:取幾個小番茄洗凈擦干,將它放到冰箱冷凍室里(溫度約-18 ℃),過一個晚上拿出來,就變成硬邦邦的冰凍番茄堅果了.取出在冰箱冷凍室放置一段時間但尚未結冰的瓶裝水,倒入一個小玻璃碗中,水量大約小半碗,再將冷凍室拿出的冰凍小番茄迅速放入碗中,碗中的水就在小番茄底部和邊上漸漸凝固,一圈白色的冰環在小番茄周邊慢慢形成,番茄表面快速形成一層淺淺的霧霜,如同一層亞光膜,同時碗壁上出現水霧.小番茄表面的白霜和碗壁上的水霧,是冰凍小番茄附近溫度較高的水蒸氣遇到低溫的冰凍小番茄,發生的凝華和液化現象,小番茄周圍的水發生了凝固形成了冰環.該活動通過一個小番茄就讓學生觀察到許多的物態變化現象,激發學生學習物理的興趣.

圖6 微信公眾號推送微實驗情境

再例如學生學習光現象知識時,布置學生在周末時間探究樹蔭下的光斑實驗,如圖7所示,學生在室外太陽光下做實驗的過程和完成的實驗報告.

學生在學習“二力平衡”知識時,自己就在家里找各種各樣的物品來做“有趣的平衡”實驗,如圖8所示,玩得不亦樂乎.

圖8 有趣的平衡

實驗活動情境資源豐富了物理課程學習,同時借助線上平臺分享活動過程,促進學生學習空間的變化,從課堂延伸到課外,從線下到線上,打開學生的學習視野,并通過開展跨學科實踐活動,激發學生的學習興趣,培養學生的實踐能力和創新能力.

物理小制作和物理微課題活動也是開展線上線下融合物理實驗教學非常好的方式與資源.物理小制作活動以知識單元為模塊布置作品內容,以開放、創新為特色,給學生設計的實踐活動量及思維度都很大,制作內容也比較豐富.學生在活動情境下將日常生活中的瓶子、盒子等廢舊物品利用起來組合成一個個與物理學習有關的物理小制作(如圖9),體會了物理學習的樂趣.物理微課題活動是以所學物理知識為基礎,可以結合學習進度設計以課堂學習內容為拓展主題的動手實踐課題,也可以設計以學科知識深度拓展和延伸為目標的較為前沿的課題,讓學生根據自己的興趣及小組合作團隊的研究能力進行課題選擇并開展研究.例如“引力彈弓”這個課題來源于學生對電影“流浪地球”觀影活動,學生觀看影片后,通過查閱圖書、網絡搜索等途徑查找資料,找到相關的理論依據、實踐情況等,并在此基礎上提出他們自己的設想,有很強的合作性和開放性,有利于學生的思維進階,同時培養了學生的物理及數學建模能力,開闊了學生的學習視野.

圖9 學生小制作作品

在教學實踐中,教師可以利用網絡交流平臺建立“物理實驗活動交流空間”,引導學生通過線上平臺以視頻、照片、PPT、實驗報告等方式展示物理實驗活動的過程和成果(如圖10),組織學生在平臺上相互交流討論,及時指導學生順利進行物理實驗活動,同時教師篩選一部分典型的活動素材,在線下課堂中進行展示與討論,豐富物理實驗教學的資源.

圖10 學生微課題活動研究報告

4 結語

線上線下融合的物理實驗教學在重構物理課堂和提高教學水平方面具有深遠影響.初中物理教學必須以實驗為基礎,要為學生創造更多親身經歷的實踐體驗,同時借助線上平臺為學生創設更多的實驗活動情境資源和交流空間,通過線上線下融合方式引導學生進行自主、合作、探究學習,有效提升學生自主學習能力和學科核心素養.