陳勝平 黃志高 陳宗榮

摘? ?要：本文基于疫情帶來的對教學(xué)模式的變革，就線上教學(xué)中物理實驗教學(xué)模式未來的變革提出方案設(shè)想，以期改變傳統(tǒng)線下教學(xué)的弊端，讓學(xué)生不管在設(shè)計實驗還是操作實驗方面都能擁有更大的自主性，獲得更完善的認(rèn)知體驗。

關(guān)鍵詞：線上教學(xué);實驗教學(xué);自主實驗

突如其來的新型冠狀疫情深刻地改變了當(dāng)代教育模式，在“新冠”背景下的課程多依賴線上教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果在這種背景下不僅受到課程教學(xué)的影響，更取決于其自學(xué)能力。疫情終將結(jié)束，但這種新的教育模式帶來的思考有助于引導(dǎo)對中學(xué)教學(xué)改革的探索。

對于物理學(xué)科而言，相較于其他內(nèi)容，在疫情中物理實驗探究部分往往會受到“線上教學(xué)”+“自學(xué)”模式的影響，或?qū)е聼o法直接觀察到教師對實驗的演示，或無法親身參與實驗過程，而無法產(chǎn)生良好的學(xué)習(xí)效果。在這次疫情中，學(xué)生離開學(xué)校實驗室提供的完備實驗條件與教師的引導(dǎo)示范，往往就無法完成相關(guān)實驗要求，暴露出來的是傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)對學(xué)生自主實驗操作以及實驗設(shè)計能力培養(yǎng)的不足。在傳統(tǒng)的學(xué)校教育中，學(xué)生往往只能根據(jù)教科書已有的實驗按部就班地進(jìn)行實驗，缺乏自主設(shè)計實驗的能力，同時，進(jìn)行實驗的時候往往由教師在旁邊“保駕護(hù)航”，缺乏自主進(jìn)行實驗并去犯錯之后克服困難的機(jī)會。本文結(jié)合中學(xué)物理實驗特點與目前中外高校已有的改革成果，借鑒于高校“慕課資源+仿真實驗+設(shè)計研究+趣味演示”的居家實驗方案[ 1 ]，以疫情下的線上物理教學(xué)變革趨勢為根據(jù)，對疫情之后中學(xué)物理線上實驗教學(xué)改革方向進(jìn)行探索。

1? 中外高校對疫情下物理實驗教學(xué)的改革

美國高校在疫情中采取的物理實驗課程教學(xué)主要有以下五個方面[ 2 ]：（1） 觀看實驗教學(xué)視頻+數(shù)據(jù)處理;（2） 讓學(xué)生做仿真模擬;（3） 基于智能手機(jī)的實驗;（4） 讓學(xué)生在家做探索課題;（5） 利用已有的遠(yuǎn)程實驗?？梢钥闯鰜?，這種新的實驗教學(xué)模式充分利用了線上教學(xué)的優(yōu)勢，但也需要學(xué)生擁有較高的自主學(xué)習(xí)能力才可以保證較好的教學(xué)效果。

結(jié)合國內(nèi)教學(xué)特點，不少高校都借助這次疫情的機(jī)會，對物理教學(xué)改革作出了探索[ 3 ]，如東南大學(xué)將在線課程+在線直播+宅家實驗+虛擬仿真的形式相結(jié)合。東北大學(xué)強(qiáng)調(diào)將物理實驗帶進(jìn)生活，同時融入思政元素。這些探索取得的積極成果值得中學(xué)物理實驗教學(xué)改革時借鑒。但是，中學(xué)物理實驗教學(xué)有其特點，如中學(xué)實驗往往更貼近生活，中學(xué)生也更依賴于直接經(jīng)驗去探索實驗。所以，中學(xué)物理實驗可以借鑒于高校物理實驗，但必須要結(jié)合自身的特點。

2? 方案的制作背景

2.1? 疫情下線上教學(xué)為主的教學(xué)模式的優(yōu)勢及其限制

這次疫情中，線上教學(xué)模式獲得了廣泛的重視，在線下教學(xué)無法順利展開的情況下，大多數(shù)學(xué)校與教師選擇了線上開展教學(xué)工作。線上教學(xué)絕不是線下教學(xué)單純的替代品。就物理實驗教學(xué)而言，借助于線上資源，學(xué)生可以對物理實驗有更多的理論了解，借助仿真實驗平臺，學(xué)生可以體驗到一些在實驗室中所不能完成的實驗。因此，有理由相信，在這次疫情結(jié)束之后會有更多的教育者在實驗教學(xué)的過程中進(jìn)行線上資源利用的探索。

疫情下的物理實驗教學(xué)模式也有其不足，例如，無法演示實驗，無法讓學(xué)生動手操作實驗，這無疑極大地阻礙了中學(xué)生對實驗直接經(jīng)驗的獲取，而且線上教學(xué)也極為強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主能力，對教師的引導(dǎo)方式提出了更高的要求。

2.2? 近幾年線上教育資源的快速發(fā)展提供了客觀條件

得益于互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，雖然目前并沒有如高校慕課般完整的中學(xué)共享課程平臺建設(shè)，但學(xué)生在教師的引導(dǎo)下足以通過網(wǎng)絡(luò)來獲取所需物理實驗的理論知識。同時，在教師的教導(dǎo)下學(xué)習(xí)仿真平臺的實驗，通過對仿真平臺的使用，達(dá)到對實驗操作的一定認(rèn)識。

2.3? 傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)存在著不足

一直以來，傳統(tǒng)教學(xué)模式下物理實驗教學(xué)的不足與漏洞就廣為教育者所探討，在這次疫情考驗下，傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的不足更是暴露無遺：學(xué)生缺乏親身動手做實驗的充足經(jīng)驗，在疫情環(huán)境下，如果要讓學(xué)生居家自主進(jìn)行一個實驗，往往會遇到各種困難;缺乏實驗設(shè)計能力，學(xué)生大多只能完成教科書中給定的實驗，而因為家中實驗條件不足，學(xué)生難以完成很多書中的實驗，這時就考驗到了學(xué)生實驗設(shè)計能力與教師啟發(fā)學(xué)生設(shè)計實驗的教學(xué)引導(dǎo)能力。

本方案著重利用線上教學(xué)的優(yōu)勢，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗設(shè)計，居家進(jìn)行實驗操作，獲得實驗的直接體驗，以期能對物理實驗教學(xué)改革帶來新的思考。

3? 線上物理實驗教學(xué)方案

第一階段：利用線上資源及在線教學(xué)，自學(xué)實驗理論。

進(jìn)行實驗探索的基礎(chǔ)是具有一定的實驗理論。在這一階段里，學(xué)生課前通過教師推薦的慕課資源可以全面地了解到各方面的相關(guān)實驗理論，上課過程中可以更快地理解教師對實驗理論的講解，提高教學(xué)效率。

在這一階段中，需要注意的是，教師要有選擇地推薦給學(xué)生合適的課程資源，既要能夠滿足教學(xué)需要，也不能超出學(xué)生的認(rèn)知層次，同時還要注意慕課資源要適量，不能給學(xué)生增加負(fù)擔(dān)。

此外，因為線上教學(xué)互動性的缺乏，教師在課上對實驗理論的講解要能夠深入淺出，課后要及時與學(xué)生溝通，了解學(xué)情，以便下一步的教學(xué)安排。

第二階段：演示實驗階段

學(xué)生對實驗的直接觀察是其探索物理實驗的有效途徑。因為線上教學(xué)的限制，在這一階段教師往往需要借助慕課讓學(xué)生直觀了解實驗步驟，上課過程中可以借助仿真工具對實驗進(jìn)行再次講解。

不過，中學(xué)生因為認(rèn)知限制，往往無法通過仿真實驗獲得較好的學(xué)習(xí)體驗與感受，所以一些簡單實驗，特別是初中的簡單實驗，教師應(yīng)盡量地嘗試借助各種條件完成實物實驗演示以讓學(xué)生獲得對實驗的完整認(rèn)知，同時提高其對物理探索的興趣。

第三階段 啟發(fā)物理實驗設(shè)計階段

因為條件的限制，很多教材中的實驗學(xué)生無法在家中自己動手進(jìn)行，但這也同時是啟發(fā)學(xué)生對實驗進(jìn)行自主設(shè)計的機(jī)遇。線下教學(xué)時，在實驗條件充分的情況下，教師往往忽視對學(xué)生自主實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，而這次新冠疫情讓很多教師意識到了教材特別是高中教材中的實驗偏離生活的問題，同時認(rèn)識到了啟發(fā)學(xué)生自主設(shè)計實驗的必要性。

中學(xué)生因為能力不足等原因，往往無法完全自主設(shè)計出一個可行性實驗，需要教師進(jìn)行必要的引導(dǎo)。這里以“驗證力的平行四邊形法則實驗為例”，在教材中，這個實驗需要用到彈簧測力計測出拉力的大小，那么在家中是不是無法進(jìn)行這個實驗?zāi)?。其?9年的山東高考卷就提供了一個思路：

實驗器材：三條相同的橡皮筋和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子

實驗操作：將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物.不斷改變重物質(zhì)量，但不能過大，測量出橡皮筋的原長以及懸掛重物后橡皮筋的長度，記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置。

利用胡克定律測出各力的大小和方向，做出各力的圖示，在誤差可允許范圍內(nèi)探究力的平行四邊形法則。

進(jìn)行這個實驗之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過胡克定律，具備進(jìn)行實驗設(shè)計的理論基礎(chǔ)。進(jìn)行這個實驗時要注意橡皮筋要處在彈性誤差之內(nèi)。不可避免的是，這個實驗相比于教科書中的實驗誤差將會更大，但是它不但能啟發(fā)學(xué)生對物理實驗設(shè)計的思路，其應(yīng)用的轉(zhuǎn)換法思想更是能打開學(xué)生探索實驗的新思路。

相較于高中物理實驗，初中的很多實驗不需要專門的實驗器材也可以在家中進(jìn)行，如探究動能的影響因素實驗，探究壓強(qiáng)影響因素實驗，但還是有部分實驗是需要彈簧測力計、壓強(qiáng)計等專門實驗器材。這里以探究液體壓強(qiáng)的因素實驗為例，在教科書中的實驗需要壓強(qiáng)計來測定液體的壓強(qiáng)，而學(xué)生在家不具備使用壓強(qiáng)計的實驗條件，這時候就需要啟發(fā)學(xué)生自主去設(shè)計實驗，如引導(dǎo)學(xué)生思考用一個水瓶以及鐵釘如何進(jìn)行這個實驗：可以在瓶中裝滿水之后再用鐵釘在瓶的不同高度處打出小孔，觀察水柱的射程，以此來探究液體壓強(qiáng)與液體深度的關(guān)系。

其實設(shè)計能在生活中探索書上的物理知識的實驗并不難，很多創(chuàng)新實驗題都會提出一些思路方法，但是教師在講授這些題目時，往往只是傳授解題方法而忽略了讓學(xué)生自己去親身進(jìn)行這些實驗，打開思路。這次疫情想必會讓教學(xué)者更多地思考傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足。

第四階段：學(xué)生動手做實驗。

獲得直接經(jīng)驗是中學(xué)生實驗探索的最有效途徑。

在學(xué)生進(jìn)行實驗設(shè)計后，教師對實驗操作中的難點以及注意點進(jìn)行必要的講解，可以布置非強(qiáng)制性的作業(yè)，讓學(xué)生進(jìn)行實驗并拍攝視頻，每次留給學(xué)生進(jìn)行實驗作業(yè)的時間宜長不宜短，讓學(xué)生有充足的時間去犯錯與嘗試，在學(xué)生進(jìn)行實驗的過程中，教師要鼓勵學(xué)生提問并對其困難進(jìn)行引導(dǎo)解決。

在學(xué)校中，學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下不犯過多錯誤地將實驗順利地進(jìn)行。如上述的液體壓強(qiáng)的實驗，如果先扎孔再裝滿水是觀測不到明顯現(xiàn)象的，同時，該實驗如果拿來探究液體壓強(qiáng)與密度的關(guān)系，現(xiàn)象也是較為不明顯的。在學(xué)校中，因為課程時間的原因，教師或者在演示實驗時只會講大體的實驗操作步驟，又或者在學(xué)生進(jìn)行操作之前就將易錯點告訴學(xué)生，因此，在傳統(tǒng)的學(xué)校教育中，學(xué)生是很少有犯錯的機(jī)會的。但是，居家進(jìn)行實驗，教師在講解實驗步驟后，剩下的實驗過程完全交由學(xué)生自主進(jìn)行探索。在這個過程中，學(xué)生不可避免地會犯大量錯誤，遇到大量挫折。毫無疑問的是，經(jīng)歷過這些錯誤與挫折之后，學(xué)生才能感受到真正物理實驗的魅力所在，物理實驗從來不是一帆風(fēng)順，讓學(xué)生居家自主地進(jìn)行動手實驗，學(xué)生將能夠得到真正的成長。

第五階段：師生分享交流。

居家實驗極大地強(qiáng)調(diào)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，然而學(xué)生的自主探索不可避免地會遇到各種阻礙與困惑，如果不得以解決，將會影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與下一階段的學(xué)習(xí)效果。所以，教師需要利用課后時間了解學(xué)生在實驗中遇到的困難并予以解決。

在學(xué)生提交完作業(yè)之后，教師可組織分享會，讓學(xué)生充分展示其實驗成果，滿足學(xué)生成就感，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索動機(jī)的同時，鼓勵學(xué)生間相互學(xué)習(xí);教師也可以鼓勵學(xué)生分享其實驗操作中遇到的困難或者其失敗的實驗經(jīng)歷，師生共同探討失敗的原因與解決方法，在此過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)探索中克服困難的精神與不斷進(jìn)步的信心。

4? 此方案實施過程中應(yīng)注意的一些問題

（1）雖然居家實驗大部分的實驗探索過程由學(xué)生自主進(jìn)行，但教師的必要引導(dǎo)必不可少。教師要注意實驗的難點，并在學(xué)生進(jìn)行實驗之前講解。

（2）居家實驗要基于學(xué)生已有物理知識基礎(chǔ)。而且因為以學(xué)生自主探索為主，所以不能對學(xué)生提出過高要求，甚至往往要放低要求，給與學(xué)生容錯空間。

（3）實驗任務(wù)要適量，要結(jié)合教學(xué)進(jìn)程，做到將物理知識與居家實驗二者的有機(jī)融合。

5? 啟發(fā)與思考

新冠疫情下的物理實驗教學(xué)受到非常大的挑戰(zhàn)，但是也不失為改良物理實驗教學(xué)的機(jī)會。我們應(yīng)該培養(yǎng)的是學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰?，包括對學(xué)生實驗設(shè)計，實驗操作，科學(xué)精神的培養(yǎng)，而不應(yīng)將其看做教學(xué)任務(wù)。疫情終會過去，但是其帶來的對教學(xué)改革的思考與實踐仍有著極大價值。

參考文獻(xiàn)：

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