學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)激活線上物理課堂

錢永昌

摘? ?要：提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)的主動性、積極性是線上物理教學(xué)有效性的重要保證。通過任務(wù)驅(qū)動、視頻展示;預(yù)先準(zhǔn)備、隨堂操作;模擬嘗試，課后體驗(yàn);自主創(chuàng)新，交流分享等方法不僅可以讓學(xué)生積極參與線上物理課堂的學(xué)習(xí)，而且可以讓學(xué)生在線上教學(xué)過程中吸取更豐富的物理實(shí)驗(yàn)營養(yǎng)。因此有必要在線上教學(xué)中凸顯學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：觀察更具體，現(xiàn)象更明顯，體驗(yàn)更真實(shí)，思維更深刻，從而更有效地培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);線上物理課堂;自主創(chuàng)新

面對2020年的新冠疫情，在“停課不停學(xué)”號召下，我們迎來史無前例的線上教學(xué)。由于離開實(shí)驗(yàn)室，無法正常開展演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，物理教學(xué)比一般學(xué)科面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。學(xué)生覺得物理更難懂，更抽象。表現(xiàn)在一些學(xué)生上課積極性不高，每次上課總是遲到，需要老師反復(fù)在群里喊，學(xué)生才陸續(xù)上線。這僅僅是學(xué)生學(xué)習(xí)物理積極性不高一個(gè)表現(xiàn)而已，其實(shí)還有很多學(xué)生是出工不出力，掛在線上，忽悠老師。面對這個(gè)困境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的內(nèi)在動力，提升物理學(xué)習(xí)的魅力刻不容緩。

筆者嘗試了很多辦法如適時(shí)播放實(shí)驗(yàn)視頻、動畫課件，精講精練、講練結(jié)合，限時(shí)搶答、實(shí)時(shí)互動等，但是收效不如預(yù)期。

線上教學(xué)學(xué)生主體性如何發(fā)揮，如何讓學(xué)生身臨其境的感受物理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和對物理學(xué)習(xí)有深度思考呢？為什么不可以讓學(xué)生利用家里的器材自己動手做實(shí)驗(yàn)?zāi)?？于是筆者開始嘗試在線上教學(xué)中開展學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，效果不錯，下面做簡要介紹。

1? 任務(wù)驅(qū)動，視頻展示

線下教學(xué)，遇到教學(xué)難點(diǎn)老師往往自己準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn)。而與線下教學(xué)相比，線上教學(xué)學(xué)生自由度更大，與其教師辛辛苦苦準(zhǔn)備生活實(shí)驗(yàn)，學(xué)生未必領(lǐng)情，不如發(fā)動并指導(dǎo)學(xué)生參與自主實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生有更多地動手和表現(xiàn)的機(jī)會。

案例一：浮力——浮力的產(chǎn)生原因的探究

課前引導(dǎo)學(xué)生完成如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，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(dāng)瓶口充滿水后乒乓球是否又浮起來了呢？為什么？學(xué)生通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象對比就很容易發(fā)現(xiàn)乒乓球是否浮起與乒乓球底部是否與水有充分接觸有關(guān)。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?？梢?，此時(shí)乒乓球受到水對它的作用力合力是向上的，這才是浮力產(chǎn)生的關(guān)鍵。

案例二：浮力——浮力的方向

浮力的方向如何？引導(dǎo)學(xué)生完成圖2的實(shí)驗(yàn)，通過觀察發(fā)現(xiàn)無論容器水平還是傾斜，浮力的方向總是豎直向上。教學(xué)中除了完成實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象外，教師還要引導(dǎo)學(xué)生畫受力示意圖進(jìn)行推理分析。由于乒乓球受到三個(gè)力平衡，其中繩子拉力可以從乒乓球靜止時(shí)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(gè)浮力不可能偏離豎直方向。

這樣，把隨堂演示的小實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成學(xué)生課前體驗(yàn)的生活實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)學(xué)生都親自操作，觀察更具體，現(xiàn)象更明顯，體驗(yàn)更真實(shí)，能有效突破難點(diǎn)，促進(jìn)深度理解。筆者還鼓勵同學(xué)們將自己的實(shí)驗(yàn)的過程用手機(jī)拍成視頻，在班級群交流共享。這樣不僅激發(fā)了學(xué)生們參與的積極性，也對相關(guān)物理現(xiàn)象有了更深刻的體會。

2? 預(yù)先準(zhǔn)備，隨堂操作

有些實(shí)驗(yàn)需要保留一些神秘感，可以邊上課邊體驗(yàn)。有些實(shí)驗(yàn)用到比較容易準(zhǔn)備的生活用品，可以在課前5分鐘通知學(xué)生準(zhǔn)備好放在電腦邊備用。學(xué)生看到現(xiàn)象后可以在討論區(qū)發(fā)言也可以拍照片或視頻發(fā)在群里。由于實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場做，體驗(yàn)更加新鮮，討論起來更加積極。有些疑難問題在實(shí)驗(yàn)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(gè)方向翹，為什么？（實(shí)驗(yàn)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(cè)面看去會觀察到什么現(xiàn)象？，如果筷子向兩側(cè)移動呢？（實(shí)驗(yàn)如圖3乙、丙、?。?/p>

這一系列實(shí)驗(yàn)學(xué)生操作起來很簡單，現(xiàn)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(guī)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(shí)驗(yàn)或者僅僅給個(gè)圖片遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到親自動手體驗(yàn)的效果。

案例二：液體壓強(qiáng)——體驗(yàn)液體壓強(qiáng)的大小與方向

讓學(xué)生準(zhǔn)備小半桶水和一個(gè)保鮮袋。

實(shí)驗(yàn)時(shí)讓學(xué)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(shí)現(xiàn)呢？怎樣才能讓保鮮袋緊貼著手呢？

引導(dǎo)學(xué)生把套住保鮮袋的手放入水中。體驗(yàn)手的感覺，觀察保鮮袋是否緊貼在手上了，為什么？建議學(xué)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(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是操作簡單，體驗(yàn)真切，學(xué)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(xué)更加生動、有趣，更有生活氣息。

前面介紹的實(shí)驗(yàn)離不開老師的引導(dǎo)，然而老師不可以總是手把手的引導(dǎo)，應(yīng)該有個(gè)逐步放手，讓學(xué)生走向自主實(shí)驗(yàn)的過程。所以我開始嘗試不限主題，讓學(xué)生從模仿走向創(chuàng)新。

3? 模擬嘗試，課后體驗(yàn)

學(xué)生看到其他同學(xué)的作品，也都躍躍欲試，開始在課后跟著模仿嘗試，體驗(yàn)見證奇跡的時(shí)刻。做遠(yuǎn)遠(yuǎn)比看收獲更大。學(xué)生不僅可以從成功的實(shí)驗(yàn)中收獲知識，還能夠在失敗的經(jīng)歷中反思總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。不僅如此，他們還可以在實(shí)驗(yàn)中接受安全教育，感受物理的魅力，真切體驗(yàn)到一些有用的大發(fā)明，很多時(shí)候不是從坐在實(shí)驗(yàn)室里，用著精準(zhǔn)的儀器和高級的藥品得來的靈感，而是來源于生活實(shí)踐。

案例一：“凸透鏡聚光”原理為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)（選自學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告）

材料是一張有黑色區(qū)域的紙（便于吸熱有更好的實(shí)驗(yàn)效果）、一個(gè)礦泉水瓶、一個(gè)用來支撐礦泉水瓶用的的魔方和一支小小的溫度計(jì)。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(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)黑色區(qū)域中心點(diǎn)的溫度和半小時(shí)后的溫度，比較溫度差。

實(shí)驗(yàn)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(qiáng)烈，很有可能觀察不到溫度變化導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

開始前溫度計(jì)示數(shù)是19℃。放置了半小時(shí)后再次讀數(shù)，溫度竟只上升了1℃。雖然有了溫度差，看似實(shí)驗(yàn)成功了，但不排除其他因素。可能半小時(shí)之間到了中午時(shí)分，周圍環(huán)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(shí)驗(yàn)地點(diǎn)不正確等等。

其實(shí)這個(gè)小實(shí)驗(yàn)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(xì)節(jié)。電視上曾經(jīng)報(bào)道一個(gè)在車?yán)镫S意放置一個(gè)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(shí)底下墊著的是易燃物品，后果真的不堪設(shè)想。

案例二：電吹風(fēng)吹乒乓球?qū)嶒?yàn)（選自學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告）

在實(shí)驗(yàn)中，我利用吹風(fēng)機(jī)豎直向上吹風(fēng)，而乒乓球可以放置在風(fēng)道位置，如果風(fēng)力足夠大，可以放置2-3個(gè)乒乓球，而且可以看到球會互換位置。緩慢移動電吹風(fēng)，乒乓球也會跟著移動。此外，當(dāng)吹風(fēng)機(jī)傾斜一定角度時(shí)（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(fēng)）可知當(dāng)傾斜角度越大（θ越小）時(shí)，F(xiàn)風(fēng)越小，F(xiàn)氣越大。當(dāng)F風(fēng)的大小不足以使得F氣足夠大時(shí)，乒乓球會掉落。

思考分析始于現(xiàn)象，源于問題。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)了許許多多新的情景，激發(fā)各種各樣、層出不窮的新的問題，學(xué)生們就是在不斷的觀察現(xiàn)象，不斷地激發(fā)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(xué)素養(yǎng)的。

4? 自主創(chuàng)新，交流分享

中學(xué)生的創(chuàng)新往往始于點(diǎn)滴的改進(jìn)。今天的小制作成就每天的大發(fā)明。教師就是要善于點(diǎn)燃學(xué)生創(chuàng)新的火苗，不斷鼓勵學(xué)生走向發(fā)明創(chuàng)新之路。

案例一：自制桌面傾角測量儀（如圖7）

一個(gè)重錘線加上一個(gè)量角器就是一個(gè)可以測量桌面傾角的水平儀。學(xué)生通過項(xiàng)目制作，不僅對重力的方向有更深刻的認(rèn)識，而且對“加一加”的發(fā)明原理有了更直接的體驗(yàn)。

教師接下來要做的就是大力表揚(yáng)，全班推廣。

案例二：神奇的表面張力

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不只是創(chuàng)新項(xiàng)目的制作?？茖W(xué)探究獲取新知識對學(xué)生本人來說也是創(chuàng)新。黃宗翰同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究了溶液的表面張力及影響因素。取一個(gè)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(shí)，水會從瓶中流出;換裝鹽水后倒置時(shí)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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識到溶液的表面張力是物質(zhì)的特性，其大小與表面積大小，以及形成表面物質(zhì)的種類和組成有關(guān)。一般來說，無機(jī)鹽溶液的表面張力比水大。

學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)首先起始于模仿。通過觀察別人的實(shí)驗(yàn)自己想辦法實(shí)現(xiàn)，達(dá)到或超過前人的實(shí)驗(yàn)效果，這已經(jīng)十分不簡單了，因?yàn)檫@不僅僅是操作的模仿，還要拿捏實(shí)驗(yàn)操作的技巧，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)效果。其次是基于問題開展實(shí)驗(yàn)探究，通過控制變量開展簡單的實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)歷猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)，總結(jié)結(jié)論，交流評估等過程。最高的層次就是遷移創(chuàng)新。這里的創(chuàng)新既可以是研究方式、方法的創(chuàng)新，研究問題的創(chuàng)新，也可以是應(yīng)用的創(chuàng)新即把探究出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論首先應(yīng)用于解決生活中某類問題。

總之，利用生活用品開展自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提高線上教學(xué)實(shí)效是一個(gè)新的方向，后續(xù)還需要不斷深入開展實(shí)踐探索。