高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多技術(shù)融合應(yīng)用模式

謝利杰

通過訪談及調(diào)查問卷，調(diào)查了潮汕地區(qū)部分代表性強(qiáng)的高中的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：一是學(xué)生動(dòng)手能力較差;二是實(shí)驗(yàn)器材缺失、設(shè)備落后;三是存在以“講實(shí)驗(yàn)”替代“做實(shí)驗(yàn)”的普遍情況，學(xué)生參與度不夠;四是沒有體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，學(xué)生一般是按照老師給的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏自主探究的機(jī)會(huì);五是實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性差，課后缺乏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件和機(jī)會(huì)。以上問題，造成學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)思維能力得不到有效發(fā)展。結(jié)合高中物理測(cè)量類實(shí)驗(yàn)注重提高實(shí)驗(yàn)精度的特點(diǎn)，開展測(cè)量類物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以采用多技術(shù)融合應(yīng)用的模式來有效解決以上問題。我以人教版高中物理選擇性必修一2.5節(jié)“實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度”的教學(xué)為例，探索高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多技術(shù)融合應(yīng)用模式。

一、多技術(shù)融合應(yīng)用模式的教學(xué)流程設(shè)計(jì)

在翻轉(zhuǎn)課堂理論的引領(lǐng)下，嘗試將傳統(tǒng)的“預(yù)習(xí)—聽講—復(fù)習(xí)”學(xué)習(xí)過程進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了基于多技術(shù)融合應(yīng)用模式的教學(xué)流程（如圖1）。

二、課前：基于多技術(shù)融合應(yīng)用，用翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)現(xiàn)信息傳遞，以“學(xué)”定“教”提升教學(xué)有效性

（一）通過學(xué)歷案引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，基于數(shù)據(jù)支持進(jìn)行學(xué)情診斷

以學(xué)歷案為載體，提供實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材讓學(xué)生挑選，同時(shí)明確可靈活選取身邊易獲取的器材。學(xué)生自主開展研究，從剖析實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮黹_始，確定實(shí)驗(yàn)思路，選擇合適的器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，最終形成實(shí)驗(yàn)方案。此過程轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，可以極大地提高學(xué)生的參與度，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，有效培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

針對(duì)半走讀及手機(jī)禁入校園等情況，通過“每周學(xué)習(xí)任務(wù)單+學(xué)歷案”的方式在班級(jí)微信群發(fā)布任務(wù)，并在周末利用金山文檔收集學(xué)生的困惑點(diǎn)，用希沃知識(shí)膠囊呈現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有效診斷學(xué)情，精準(zhǔn)剖析學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙。如學(xué)生在學(xué)習(xí)2.4節(jié)“單擺”后，知道測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)應(yīng)測(cè)量到小球的球心位置，但通過對(duì)學(xué)歷案中的問題：“若沒有游標(biāo)卡尺，如何測(cè)量小球直徑”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，很多學(xué)生無法想出測(cè)量小球直徑的方法，這便是實(shí)驗(yàn)操作的一個(gè)障礙點(diǎn)。

（二）利用微課開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，落實(shí)核心內(nèi)容并解決學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙

通過學(xué)情診斷，依據(jù)學(xué)生反饋的問題，筆者用希沃知識(shí)膠囊制作了“實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)量重力加速度”系列微課，包括“原理分析”“實(shí)驗(yàn)步驟”“數(shù)據(jù)記錄與分析”等三個(gè)微課并發(fā)布在微信群，讓學(xué)生結(jié)合學(xué)歷案及微課進(jìn)行自學(xué)。此環(huán)節(jié)是為了幫助學(xué)生落實(shí)核心內(nèi)容，并培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

（三）將實(shí)驗(yàn)操作前置進(jìn)行，利用微信群收集實(shí)驗(yàn)視頻并分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)

課前要求學(xué)生通過微課的學(xué)習(xí)，結(jié)合學(xué)歷案中的問題，弄懂傳統(tǒng)方案的原理，然后利用身邊的工具設(shè)計(jì)居家實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，然后通過微信群繳交實(shí)驗(yàn)視頻及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，老師對(duì)實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷“學(xué)歷案導(dǎo)學(xué)—小組合作設(shè)計(jì)—觀看微課—調(diào)整方案—實(shí)驗(yàn)操作—數(shù)據(jù)記錄與分析”的學(xué)習(xí)過程，大部分學(xué)生能依據(jù)單擺周期公式確定實(shí)驗(yàn)思路并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，能正確安裝器材并完成實(shí)驗(yàn)操作，最后得到實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這表明：通過翻轉(zhuǎn)課堂，將探索的主動(dòng)權(quán)交到學(xué)生手上，老師利用多種信息技術(shù)進(jìn)行分析并有針對(duì)性地指導(dǎo)，提高了教學(xué)的有效性。

三、課堂：基于多技術(shù)融合應(yīng)用，通過解決問題完成吸收內(nèi)化，以深度學(xué)習(xí)促核心素養(yǎng)的提升

（一）用微課展示常見錯(cuò)誤操作，用NOBOOK驗(yàn)證猜想，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和解決問題的能力

擺長(zhǎng)和周期的測(cè)量是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，也是造成實(shí)驗(yàn)誤差的兩個(gè)來源，而誤差分析是本節(jié)課的難點(diǎn)之一。通過視頻分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作過程中存在以下五個(gè)問題：①開始計(jì)時(shí)時(shí)，停表晚按下;②誤將29次全振動(dòng)記作30次;③在未懸掛好擺球之前先測(cè)量擺長(zhǎng);④擺線上端未系牢，擺動(dòng)過程松動(dòng)，使擺線長(zhǎng)度增加;⑤誤將擺線長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。教學(xué)時(shí)分三個(gè)步驟完成了該環(huán)節(jié)的教學(xué)。首先將典型問題用希沃知識(shí)膠囊制成微課并在課堂上播放，引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考，讓學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理及公式判斷測(cè)量值與真實(shí)值的關(guān)系;其次是分組討論，引導(dǎo)學(xué)生將五個(gè)問題進(jìn)行歸類分析，寫出操作中存在的問題，判斷是測(cè)量造成的誤差還是實(shí)驗(yàn)條件變化造成誤差，并提出改進(jìn)意見，由代表分享小組的觀點(diǎn);最后是借助NOBOOK仿真實(shí)驗(yàn)室，將各個(gè)操作造成的誤差通過改變參數(shù)的方式直接呈現(xiàn)g值的變化，通過模擬操作，獲取正確結(jié)果，驗(yàn)證猜想。

（二）利用手機(jī)投屏演示正確的實(shí)驗(yàn)操作過程，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作的意識(shí)

經(jīng)過第一環(huán)節(jié)的“示錯(cuò)”之后，由老師演示規(guī)范的操作過程，并通過手機(jī)投屏，將實(shí)驗(yàn)過程投屏到希沃白板上，同時(shí)利用希沃知識(shí)膠囊錄制成微課分享到班級(jí)微信群。經(jīng)過示范，學(xué)生分五大組（共15小組）進(jìn)行操作，各自按照老師給出的擺長(zhǎng)范圍（相差約10cm）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。

通過示范引領(lǐng)及操作體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)范操作的重要性。

（三）利用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直觀對(duì)比兩種數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度觀

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是本節(jié)的難點(diǎn)之一。依據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，學(xué)生處理數(shù)據(jù)時(shí)存在兩個(gè)問題：①利用公式法計(jì)算g值平均用時(shí)過多，且計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值偏差較大，學(xué)生無法找出誤差的原因;②用圖像法處理數(shù)據(jù)時(shí)存在描點(diǎn)不夠準(zhǔn)確、單位標(biāo)度選擇不合理等問題。因此，在課堂實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要求各小組記錄數(shù)據(jù)，選取其中5個(gè)小組的數(shù)據(jù)錄入提前準(zhǔn)備好的Excel表格，利用Excel展示了公式法和圖像法兩種處理方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察并對(duì)比兩種處理數(shù)據(jù)的方式。通過對(duì)比，學(xué)生明白多次測(cè)量取平均值的意義，了解圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的注意事項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)了用圖像法能更有效減小實(shí)驗(yàn)誤差，而且通過圖像可以方便找出實(shí)驗(yàn)中誤差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，借此回顧并分析實(shí)驗(yàn)操作過程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

四、課后：利用新技術(shù)、新工具提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)

為提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，在課后鞏固環(huán)節(jié)，特意錄制了相關(guān)微課并設(shè)計(jì)了作業(yè)。在微課中，提供了一個(gè)減小周期測(cè)量誤差的新思路：實(shí)驗(yàn)過程將手機(jī)的秒表開啟后放置于單擺旁邊，采用視頻播放軟件（如Potplayer）的逐幀播放功能，可以確定小球通過最低點(diǎn)的時(shí)刻，從而更加精確地測(cè)出周期。從評(píng)價(jià)與提升的角度，布置了三個(gè)任務(wù)：①結(jié)合老師和同學(xué)的建議，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案并完成實(shí)驗(yàn)，通過微信群與同學(xué)交流心得;②觀看同學(xué)的實(shí)驗(yàn)視頻及老師發(fā)布的3個(gè)居家實(shí)驗(yàn)視頻，了解更多的方案，分析不同方案中實(shí)驗(yàn)誤差的來源，并提出減小誤差的方法;③了解手機(jī)傳感器的應(yīng)用，嘗試用Phyphox軟件測(cè)量重力加速度。

五、多技術(shù)融合應(yīng)用模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)踐帶來的啟示與反思

通過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)多種信息技術(shù)深度融合應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很多優(yōu)點(diǎn)：一是通過多技術(shù)融合應(yīng)用，有利于解決實(shí)驗(yàn)器材破舊和設(shè)備不足的問題，讓學(xué)生充分挖掘身邊可用于實(shí)驗(yàn)的物品，以小成本甚至零成本來完成實(shí)驗(yàn);二是通過學(xué)歷案導(dǎo)學(xué)，積極開發(fā)居家實(shí)驗(yàn)，能轉(zhuǎn)變教師的觀念，樹立以學(xué)生為主體的意識(shí);三是微課等資源的開發(fā)利用，可以讓學(xué)生隨時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)重新學(xué)習(xí);四是多技術(shù)融合在課堂教學(xué)過程中的應(yīng)用，更加有效地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)和信息素養(yǎng);五是通過積極探索新工具、新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，拓寬實(shí)驗(yàn)選材范圍和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有效培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究能力;六是采用新的評(píng)價(jià)方式，通過學(xué)生間的互評(píng)與交流討論，歸納減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

當(dāng)然，探索過程也發(fā)現(xiàn)一些問題：一是課堂教學(xué)因?qū)W校條件的限制，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋;二是將實(shí)驗(yàn)操作前置有諸多限制，如用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)因器材限制無法實(shí)現(xiàn)居家實(shí)驗(yàn);三是師生都需要耗費(fèi)更多的時(shí)間和精力，可能會(huì)影響到學(xué)期的教學(xué)計(jì)劃。期待以上問題可以隨著硬件的完善、經(jīng)驗(yàn)的積累、教學(xué)理念的更新得到解決。

責(zé)任編輯 徐國(guó)堅(jiān)