基于精準(zhǔn)教學(xué)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探
——以“測定玻璃的折射率”為例

項(xiàng)明 王云峰

(安吉縣高級中學(xué) 浙江 湖州 313300) (云南師范大學(xué)能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 云南 昆明 650500)

在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生往往只能生硬地預(yù)習(xí)教材，憑空想象實(shí)驗(yàn)器材、操作過程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這就造成學(xué)生在課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)過多地依賴教師的講解和演示，導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)付了事，無法完整經(jīng)歷得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程，教師也無法掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果的達(dá)成度，從而達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目的與效果[1].若能借助平板電腦等移動(dòng)終端，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)，就能很好地解決這一問題，具體的教學(xué)流程為：學(xué)生在課前通過觀看教師錄制的視頻、預(yù)習(xí)課本教材、演練模擬實(shí)驗(yàn)和完成預(yù)習(xí)作業(yè)，教師則根據(jù)學(xué)生作業(yè)和問題反饋情況，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，精準(zhǔn)制定教學(xué)目標(biāo)；在課堂中組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和誤差分析上傳的照片、發(fā)起課堂檢測等多元化實(shí)時(shí)互動(dòng)功能，掌握學(xué)生實(shí)時(shí)狀況，進(jìn)行精準(zhǔn)教學(xué)；在課后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展，解決生活中的實(shí)際問題.針對物理實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)，筆者將高中物理實(shí)驗(yàn)整個(gè)教學(xué)過程分為課前、課中、課后3個(gè)階段，框架結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)教學(xué)模式結(jié)構(gòu)圖

本文在精準(zhǔn)教學(xué)相關(guān)理論的指導(dǎo)下，以高中《物理·選修3-4》中“測定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，并將本校高二14班(共41人)作為教學(xué)對象對該流程進(jìn)行解析.

1 課前

1.1 教師課前資料準(zhǔn)備

教師在課前利用樂課網(wǎng)、智慧課堂等支撐系統(tǒng)制作學(xué)習(xí)資源包.教師利用手機(jī)、Ipad等錄制“測定玻璃的折射率”微課，共錄制實(shí)驗(yàn)原理、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)操作及量角器數(shù)據(jù)處理3個(gè)視頻供學(xué)生分步驟學(xué)習(xí).此外，教師制作一份具有針對性的預(yù)習(xí)作業(yè)，包括客觀題、填空題和一個(gè)能讓學(xué)生反饋學(xué)習(xí)中困惑的開放題.

1.2 學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)

學(xué)生使用樂課網(wǎng)等平臺在課前利用移動(dòng)終端觀看教師制作的微課視頻并結(jié)合教材、實(shí)驗(yàn)手冊進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件對實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行模擬，從而促進(jìn)科學(xué)觀念的形成.最后，完成針對性預(yù)習(xí)作業(yè)，反饋學(xué)習(xí)中的困惑.

1.3 教師精準(zhǔn)把握學(xué)情 設(shè)計(jì)課堂教學(xué)

教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺批閱、查看學(xué)生預(yù)習(xí)作業(yè)答題情況和學(xué)生反饋的困惑，制定教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)，并設(shè)計(jì)課堂教學(xué).根據(jù)學(xué)生反饋和預(yù)習(xí)情況：學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、所需測量物理量、實(shí)驗(yàn)操作的一般步驟已能掌握，但在操作細(xì)節(jié)和注意點(diǎn)上有一定的欠缺；在處理數(shù)據(jù)階段，學(xué)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(jié)課的重難點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)操作、注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)處理，而教學(xué)目標(biāo)調(diào)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(diǎn)；(2)會計(jì)算折射率和折射率的平均值；(3)知道實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)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(xiàn)給學(xué)生觀看，使學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了“以學(xué)定教”的理念；教師通過學(xué)生預(yù)習(xí)的反饋信息設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，為教師備課提供了準(zhǔn)確有效的學(xué)情，展示了“精準(zhǔn)教學(xué)”的優(yōu)勢.

2 課中

2.1 預(yù)習(xí)反饋 解惑實(shí)驗(yàn)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(xiàng)較為規(guī)范與合理?為何要移去玻璃磚，僅靠刻度尺畫線來準(zhǔn)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(xué)面，手應(yīng)接觸磨砂面；(2)重心在兩手指的連線上，能平穩(wěn)地抓緊物體，不易掉落.

問題2：指出預(yù)習(xí)作業(yè)中學(xué)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(cuò)誤原因？

師生交流：(1)光線經(jīng)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(shí)物；(2)大頭針P3是實(shí)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(shí)實(shí)驗(yàn) 記錄典型問題

學(xué)生按照要求進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)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(biāo)定入射光線；(4)標(biāo)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(jìn)行實(shí)時(shí)平板拍照，并保存于平板.教師巡視指導(dǎo)并關(guān)注不同小組的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，同時(shí)用手機(jī)拍攝學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)的典型錯(cuò)誤.

2.3 對比數(shù)據(jù) 分析確定光路產(chǎn)生的誤差

第一階段實(shí)驗(yàn)完畢，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)起快速問答，上傳各組的折射率測試結(jié)果.教師分析上傳的數(shù)據(jù)，找到偏差較大的折射率小組，并讓他們上傳最后的實(shí)驗(yàn)照片.教師展示實(shí)驗(yàn)照片，與學(xué)生交流數(shù)據(jù)偏差的原因，并讓學(xué)生總結(jié)出如下結(jié)論：確定光路的操作會產(chǎn)生誤差.

為進(jìn)一步分析確定光路產(chǎn)生的誤差，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺對每一步操作發(fā)起快速問答，學(xué)生上傳相應(yīng)步驟的操作照片，教師對每一步操作的照片進(jìn)行對比分析，結(jié)合自己所拍的典型錯(cuò)誤，找到小組操作不當(dāng)?shù)膱D片并進(jìn)行展示.學(xué)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(gè)注意事項(xiàng)：(1)入射角要適當(dāng)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(dāng)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(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)照片

教師對學(xué)生誤差分析結(jié)果進(jìn)行測驗(yàn)，了解學(xué)生掌握誤差分析能力的情況并發(fā)送練1到學(xué)生終端.圖4是學(xué)生練1的題目和作答反饋后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果：(1)有19位學(xué)生未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成此題；(2)正確率不高，在作答的22位學(xué)生中僅有13位回答正確.因此，教師需讓學(xué)生相互交流討論，并在最后進(jìn)行詳細(xì)分析和總結(jié).此外，還需在課后練習(xí)中再次著重訓(xùn)練，并進(jìn)行相應(yīng)拓展鞏固.

圖4 練1題目及平臺反饋結(jié)果

2.4 多次實(shí)驗(yàn) 明確折射率平均值求法

教師引導(dǎo)學(xué)生回答誤差產(chǎn)生的其他原因并能提出改進(jìn)方案.學(xué)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(shí)驗(yàn)測量精度.

圖5 典型錯(cuò)誤與正確解法對比圖

2.5 思考討論 拓展測量方法

根據(jù)預(yù)習(xí)反饋情況，教師先引導(dǎo)學(xué)生對測量的拓展方案進(jìn)行思考交流，然后再請預(yù)習(xí)中有較好想法的學(xué)生進(jìn)行講解展示.在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出另外兩種方案：(1)讓入射光線與折射光線分別與法線構(gòu)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(xué)拓展方法進(jìn)行測驗(yàn)，了解學(xué)生掌握情況，發(fā)送題1對學(xué)生進(jìn)行測驗(yàn).學(xué)生用現(xiàn)代軟件技術(shù)中的圓規(guī)或三角板求出所需答案.圖6是學(xué)生題1的題目、學(xué)生操作和作答的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出本知識點(diǎn)全班學(xué)生都已掌握.

圖6 題1的題目、學(xué)生操作和作答結(jié)果

教師在精準(zhǔn)把握課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)

上，精設(shè)教學(xué)目標(biāo)，精施教學(xué)內(nèi)容，精選課堂習(xí)題，精準(zhǔn)測繪學(xué)生表現(xiàn)，使整個(gè)教學(xué)過程達(dá)到可度量、可調(diào)控等精準(zhǔn)要求.借助平板課堂的大數(shù)據(jù)分析及多元化實(shí)時(shí)互動(dòng)功能，能幫助教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的問題，并采取針對性較強(qiáng)的面向全體或者個(gè)體的教學(xué)方法，及時(shí)解決問題，達(dá)到精準(zhǔn)教學(xué)的目的.

3 課后

教師結(jié)合上課情況，編輯相應(yīng)的課后練習(xí)，并設(shè)計(jì)一個(gè)開放性問題：能否繼續(xù)改進(jìn)本實(shí)驗(yàn).學(xué)生做完相關(guān)常規(guī)習(xí)題后，通過查閱資料，搜集文獻(xiàn)，對開放性問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后與課堂教學(xué)評價(jià)一起反饋到移動(dòng)終端供教師查閱，為教師下階段的教學(xué)提供良好的數(shù)據(jù)支撐.依托平板電腦等現(xiàn)代教育技術(shù)，使開放性問題能更加有效開展，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)意識，也有助于提高學(xué)生科學(xué)思維的核心素養(yǎng).如課后學(xué)生提出[2]：插4枚大頭針的實(shí)驗(yàn)操作可用直線插針板進(jìn)行代替(在畫好直線的薄型泡沫直板上預(yù)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(diǎn)并連成直線即可，如圖7所示).

圖7 學(xué)生實(shí)驗(yàn)拓展

4 結(jié)束語

基于精準(zhǔn)教學(xué)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改變了以往課堂上將準(zhǔn)備好的新知識按計(jì)劃地講給學(xué)生，學(xué)生聽講記錄，而是采取以學(xué)定教，利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段采集和分析學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和照片，制訂合適的教學(xué)策略.采用上傳實(shí)時(shí)照片和課堂作答的方式，即動(dòng)態(tài)伴隨式學(xué)習(xí)評價(jià)，讓教師實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)情，實(shí)施相應(yīng)教學(xué)過程，從而有效地開展了課堂教學(xué).