基于精准教学的高中物理实验教学初探——以“测定玻璃的折射率”为例

项明 王云峰

(安吉县高级中学 浙江 湖州 313300) (云南师范大学能源与环境科学学院 云南 昆明 650500)

在传统的物理实验教学过程中，学生往往只能生硬地预习教材，凭空想象实验器材、操作过程及实验现象，这就造成学生在课堂实验时过多地依赖教师的讲解和演示，导致学生进行实验操作时应付了事，无法完整经历得到实验结论的过程，教师也无法掌握学生学习效果的达成度，从而达不到实验教学的真正目的与效果[1].若能借助平板电脑等移动终端，实施精准教学，就能很好地解决这一问题，具体的教学流程为：学生在课前通过观看教师录制的视频、预习课本教材、演练模拟实验和完成预习作业，教师则根据学生作业和问题反馈情况，调整教学内容，精准制定教学目标；在课堂中组织学生实验，教师通过学生实验操作和误差分析上传的照片、发起课堂检测等多元化实时互动功能，掌握学生实时状况，进行精准教学；在课后指导学生进行实验拓展，解决生活中的实际问题.针对物理实验课堂的教学，笔者将高中物理实验整个教学过程分为课前、课中、课后3个阶段，框架结构如图1所示.

图1 中学物理实验精准教学模式结构图

本文在精准教学相关理论的指导下，以高中《物理·选修3-4》中“测定玻璃的折射率”实验教学为例，并将本校高二14班(共41人)作为教学对象对该流程进行解析.

1 课前

1.1 教师课前资料准备

教师在课前利用乐课网、智慧课堂等支撑系统制作学习资源包.教师利用手机、Ipad等录制“测定玻璃的折射率”微课，共录制实验原理、仪器介绍、实验操作及量角器数据处理3个视频供学生分步骤学习.此外，教师制作一份具有针对性的预习作业，包括客观题、填空题和一个能让学生反馈学习中困惑的开放题.

1.2 学生课前自主学习

学生使用乐课网等平台在课前利用移动终端观看教师制作的微课视频并结合教材、实验手册进行学习，通过实验模拟软件对实验操作进行模拟，从而促进科学观念的形成.最后，完成针对性预习作业，反馈学习中的困惑.

1.3 教师精准把握学情 设计课堂教学

教师通过网络平台批阅、查看学生预习作业答题情况和学生反馈的困惑，制定教学目标、重难点，并设计课堂教学.根据学生反馈和预习情况：学生对实验原理、所需测量物理量、实验操作的一般步骤已能掌握，但在操作细节和注意点上有一定的欠缺；在处理数据阶段，学生对折射率的平均值求解方法、误差分析有一定困惑，能提出测定入射角和折射角拓展方案的人极少.因此，本节课的重难点为实验操作、注意事项及数据处理，而教学目标调整为：(1)知道确定光线位置的方法，并知道操作步骤和注意点；(2)会计算折射率和折射率的平均值；(3)知道实验误差产生的原因和减小误差的方法；(4)知道测定入射角和折射角的其他方法.

教师以微课的形式将知识主题直接呈现给学生观看，使学生的被动学习变为主动学习，体现了“以学定教”的理念；教师通过学生预习的反馈信息设计课堂教学，为教师备课提供了准确有效的学情，展示了“精准教学”的优势.

2 课中

2.1 预习反馈 解惑实验操作疑问

问题1：将玻璃砖从盒子中拿出放到白纸上，图2所示操作中为何(b)项较为规范与合理?为何要移去玻璃砖，仅靠刻度尺画线来准确定位玻璃砖的下边界？

图2 手拿玻璃砖操作图

师生交流：(1)手和笔会划伤光学面，手应接触磨砂面；(2)重心在两手指的连线上，能平稳地抓紧物体，不易掉落.

问题2：指出预习作业中学生解答“确定出射光线，大头针P3挡住P1和P2，大头针P4挡住P1，P2，P3”这句话的错误原因？

师生交流：(1)光线经过玻璃砖折射后，出射光线的反向延长线形成虚像，因此大头针P3需挡住P1和P2像，而非实物；(2)大头针P3是实际光线直接射入人眼，因此大头针P4需挡住P1和P2像及P3物.

2.2 真实实验 记录典型问题

学生按照要求进行分组实验，完成实验的第一阶段.第一阶段共分为5步：(1)定位玻璃砖上界面，确定入射光线；(2)定位玻璃砖下界面；(3)用大头针标定入射光线；(4)标定出射光线；(5)画折射光线，测量入射角与折射角，求出折射率.每小组对完成的每一步操作进行实时平板拍照，并保存于平板.教师巡视指导并关注不同小组的实验进度，同时用手机拍摄学生在操作过程中出现的典型错误.

2.3 对比数据 分析确定光路产生的误差

第一阶段实验完毕，教师通过网络平台发起快速问答，上传各组的折射率测试结果.教师分析上传的数据，找到偏差较大的折射率小组，并让他们上传最后的实验照片.教师展示实验照片，与学生交流数据偏差的原因，并让学生总结出如下结论：确定光路的操作会产生误差.

为进一步分析确定光路产生的误差，教师通过网络平台对每一步操作发起快速问答，学生上传相应步骤的操作照片，教师对每一步操作的照片进行对比分析，结合自己所拍的典型错误，找到小组操作不当的图片并进行展示.学生通过交流讨论，分析了如图3所示图片，得到了减小误差的几个注意事项：(1)入射角要适当大；(2)大头针要竖直地插在纸面上；(3)大头针P1，P2，P3及P4间的距离适当大些，同理玻璃砖也尽量宽些；(4)玻璃砖与白纸的相对位置不能改变，一定要与边界aa′与bb′对齐.

图3 实验操作不当照片

教师对学生误差分析结果进行测验，了解学生掌握误差分析能力的情况并发送练1到学生终端.图4是学生练1的题目和作答反馈后的统计结果：(1)有19位学生未在规定时间内完成此题；(2)正确率不高，在作答的22位学生中仅有13位回答正确.因此，教师需让学生相互交流讨论，并在最后进行详细分析和总结.此外，还需在课后练习中再次着重训练，并进行相应拓展巩固.

图4 练1题目及平台反馈结果

2.4 多次实验 明确折射率平均值求法

教师引导学生回答误差产生的其他原因并能提出改进方案.学生交流并回答：(1)角度测量；(2)平均值法和作图法能减小误差，提高实验测量精度.

图5 典型错误与正确解法对比图

2.5 思考讨论 拓展测量方法

根据预习反馈情况，教师先引导学生对测量的拓展方案进行思考交流，然后再请预习中有较好想法的学生进行讲解展示.在此基础上，教师引导学生总结出另外两种方案：(1)让入射光线与折射光线分别与法线构成直角三角形，用三角板测4条边的长度，求出入射光线的正弦值与折射光线的正弦值；(2)单位圆法.

教师对所学拓展方法进行测验，了解学生掌握情况，发送题1对学生进行测验.学生用现代软件技术中的圆规或三角板求出所需答案.图6是学生题1的题目、学生操作和作答的统计结果，可以看出本知识点全班学生都已掌握.

图6 题1的题目、学生操作和作答结果

教师在精准把握课程标准和学生学情的基础

上，精设教学目标，精施教学内容，精选课堂习题，精准测绘学生表现，使整个教学过程达到可度量、可调控等精准要求.借助平板课堂的大数据分析及多元化实时互动功能，能帮助教师及时发现学生学习过程中的问题，并采取针对性较强的面向全体或者个体的教学方法，及时解决问题，达到精准教学的目的.

3 课后

教师结合上课情况，编辑相应的课后练习，并设计一个开放性问题：能否继续改进本实验.学生做完相关常规习题后，通过查阅资料，搜集文献，对开放性问题进行设计，最后与课堂教学评价一起反馈到移动终端供教师查阅，为教师下阶段的教学提供良好的数据支撑.依托平板电脑等现代教育技术，使开放性问题能更加有效开展，有利于培养学生实验探究的科学意识，也有助于提高学生科学思维的核心素养.如课后学生提出[2]：插4枚大头针的实验操作可用直线插针板进行代替(在画好直线的薄型泡沫直板上预先竖直插上两根大头针，方向确定只要在直线两端处记录两点并连成直线即可，如图7所示).

图7 学生实验拓展

4 结束语

基于精准教学的高中物理实验教学，改变了以往课堂上将准备好的新知识按计划地讲给学生，学生听讲记录，而是采取以学定教，利用现代多媒体技术手段采集和分析学生学习数据和照片，制订合适的教学策略.采用上传实时照片和课堂作答的方式，即动态伴随式学习评价，让教师实时掌握学生学情，实施相应教学过程，从而有效地开展了课堂教学.