在线教学环境下初中物理实验教学的思考

唐建华

(苏州阳山实验中学,江苏 苏州 215150)

1 问题提出

2020年初新型冠状病毒肆虐武汉,席卷全国．全国上下包括学校停止了一切集体活动,教育部及时提出“停课不停教,停课不停学”．此背景下,教师必须转型,由原来擅长于面对面教学变成网络在线教学．在线教学或称在线学习、远程教育,就是教师利用网络进行教学,学生利用电脑、移动智能终端进行学习的过程．

教师短时间由擅长面对面授课变成擅长在线授课,技术就是一道壁垒．所以大众化、容易学习的在线教学平台就是教师最好的选择,如腾讯的“腾讯课堂”、“腾讯会议”,阿里巴巴钉钉的“班级直播授课”、“视频会议授课”．它们直播时都支持学生“连麦”互动和讨论区互动,钉钉的直播结束支持“直播回放”功能．它们都支持作业的“在线提交”、“在线批阅”．笔者运用的是钉钉平台,使用时先建立班级群,然后让学生家长加入,和学生约定在线上课时间,上课纪律．这样教师就有精力集中在上课内容上,进行精心的在线教学设计．

但物理教学有其特殊性,尤其是初中物理,学习过程基本是建立在实验基础上．实验不仅是物理教学的重要手段,也是物理教学的重要内容．在线教学由于时空限制,传统实验就无法实施,那么初中物理在线教学如何突破这个难题,笔者结合自身多年来的翻转课堂教学和实施在线教学的经验谈几点做法．

2 在线教学环境下物理实验教学的做法

2.1 利用瓶瓶罐罐做演示实验移动直播教学

苏州大学老前辈朱正元教授早就提出“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”,用学生熟悉的物品做实验,能激发兴趣．教师在没有学校实验器材室中的现成器材,那就需要利用家中的、野外的“瓶瓶罐罐”充当仪器进行实验,通过用手机移动直播教学．教师实验直播能激起学生浓烈的兴趣,存在交互作用,真实感、现场感很强烈．所以笔者用手机中的钉钉进行移动直播,学生用“连麦”和讨论参与直播教学．下面是一个直播片段:

笔者在讲授“物质的密度”时,利用家中的电子秤、玻璃碗、注射器、油、水、在家里进行直播．先介绍实验“器材”介绍电子秤的“去皮”功能,将玻璃碗放在电子秤上看到示数,按下“去皮”键,示数变为0．然后一边提出问题一边实验,提出的系列问题是:用注射器取10 mL水装进碗里,电子秤会显示多少g?再装10 mL又显示多少g?重复实验,发现水质量和体积均变大,但什么不变?再用食用油实验,发现有什么相同点和不同点?通过注射器刻度可以累计碗里水的体积,利用电子秤的“去皮”功能直接读出水的质量．学生很快得到碗里“水质量越大,体积越大,且两者成正比”的结论．再用食用油对比得出:水和油的质量与体积的比值不同,以此说明这个比值可能和物质种类有关,最终引入密度概念．利用直播的形式给学生呈现,学生积极性很高,有的学生在教师直播时留言说,“有点像‘野外求生’节目”,有的说,“网红老师”等．笔者直播器材如图1所示.

图1

2.2 用仿真软件完成教师演示实验和学生实验

仿真实验是利用程序的运算来模拟真实的实验过程,其运算时要运用很多参数,根据物理规律运算出结果,然后直观呈现出来．一般的物理实验仿真程序为了减小计算机的运算量,采用的是分模块进行．基本都有力学、光学、热学、电学等模块,实验时只要选好对应模块就可以进入“实验室”自主实验．

笔者选用的是NOBOOK虚拟实验室(简称NB)在线软件．打开软件选择某一模块,如初中力学模块进入,窗口右侧工具栏中列出所有初中力学全部器材,感觉就像进入学校实验室．然后点击窗口右侧的器材,窗口中央的实验桌上就会出现相应的器材．在实验桌上要合理布局器材,摆放时尽量轻拿轻放,否则器材会被撞飞,非常符合真实场景．NB支持实验表格的设计,鼠标拖拉建立表格,只要在表头选项框中选择适当内容就填好表头,其选项框里已包括各种物理量及单位．同时NB支持从表格快速画出函数图像,不仅有真实感,而且方便、智能．

如笔者在线讲授测量石块密度,与学生一起理清实验目的、实验器材、实验原理后,笔者在实验桌上依次摆放了:小石块、装有30 mL水的量筒、天平、砝码盒、细绳．然后再与学生讨论实验步骤、数据记录等问题,再用天平测出石块质量,然后用细绳系住石块,放入量筒测出体积．整个过程包括天平游码归零、调节平衡螺母、增减砝码、移动游码、器材整理等细节问题．整个演示实验学生高度参与,然后笔者暂停直播10 min,让每个学生亲自体验用NB测量石块密度,实验结束后截图提交作业发给教师．这样学生通过类似打游戏的方式完成学生实验,学生积极性非常高,完成快的学生把虚拟实验室里的金属球密度也测量了,很有成就感,发现这些处于信息时代的学生虚拟操作实验比教师都快多了．学生实验界面如图2所示.

图2

2.3 Flash动画、实验视频等有效推送

学生接触的Flash开发的游戏比较多,而接触Flash开发的模拟实验的动画则比较少,一般都是传统课堂上教师播放的,很少有机会给学生交互体验．所以在线教学环境下,教师应该将这些模拟实验的Flash动画通过学习群有序的推送给学生,学生在家像玩游戏一样模拟实验过程,理解知识．

实验视频包括教师电脑已有的实验视频,还有就是网络上的实验视频．但这些视频的共性是缺少交互,如果把实验视频直接给学生看,学生对其缺少兴趣,缺少对实验预先思考,没有充分调起学生已有前概念,看完视频后也就没有形成强烈的认知冲突．往往是看完实验后处于“知其然,不知其所以然”的状态,对实验过程与结果没有深刻的认识,本质是学生看实验视频之前,缺少实验设计思考过程．

所以笔者在线教学时,对于自己电脑上的实验视频,直接利用直播平台上的“共享屏幕”功能让学生同步观看(一定要开启声音设置中的“扬声器”,否则学生听不到老师播放的视频声音)．但播放时,通过合理暂停吊起学生的求知“胃口”,然后提出“为什么这么做?可能会出现什么现象?实验顺序能否改变?能否有替代实验?”等问题,充分调起学生前概念,通过实验现象和结论,促进学生深度思考．

网络上实验视频资源非常丰富,但鱼目混珠．教师就要进行精细的筛选,选择合适的资源,如“优酷”、“腾讯视频”上的资源很丰富,但有广告和其它链接,不太适合给学生．笔者选择的是“中国微课网”上的资源,上面有许多实验视频,这个非常适合学生观看．笔者采用的是“任务单+二维码” 的形式发给学生,任务单上列出看视频要思考的系列问题,让学生带着问题去看实验视频,为了能看到视频,就要扫描二维码,二维码是由该视频网站的网址文本通过二维码生成器生成的．[1]笔者应用的一个案例如图3所示.

图3

2.4 布置学生家庭实验并拍摄上传作业

学校教学中的学生实验是在教师提供的固定实验器材下进行,部分学困生是“模仿”别人实验,部分优秀生又没有发挥的空间．而学生在家中在线学习,比学校学习有更加灵活的空间和时间支配．在实验方面,家中的所有物品包括玩具、餐具等都可以作为实验器材,尤其是力学方面,但电学、光学实验方面相对要少一些,可以建议学生网购一些现成的电学实验盒、光学实验盒.这样学生在家都可以打造专属自己的物理实验室．

对于学生已经在线学习的探究实验,如教师直播的或者用虚拟仿真软件完成的探究实验,可以让学生下线后,选择家中的器材验证一下,发图片、实验报告、视频等给教师,若在实验时发现“有悖”于所学知识的“怪现象”,也可以作为第2天大家一起在线深度学习的资源．

对于测量型的实验,学生往往家中缺少相应的专业测量工具,那就要让学生运用转化的思想,根据待测物理量所产生的一些容易观察的现象来间接测量． 以下是笔者让学生学完密度的测量,让学生在家选择器材测量密度．如图4所示是测量食用油的密度,使用了体重秤和等体积的水．如图5所示是测量有机玻璃的密度,使用了电子秤测量质量，注射器和水测量体积．

图4

图5

3 总结

教师在线教学前,要进行充分的在线教学设计,尤其是实验的设计．能在家中做的实验可以通过直播的方式和学生边互动边演示,不能做的实验可以借助于在线仿真软件完成虚拟实验,也要将已有的Flash动画、实验视频以问题导向的形式推送给学生,最后一定要利用好学生在家的广阔舞台给学生布置实验任务．