初中物理线上线下融合实验教学探析

程建军

(苏州市振华中学校,江苏 苏州 215006)

在互联网信息化飞速发展的时代,线上教学迅猛发展,线上线下融合教学将成为常态化的教学模式.在线上线下融合教学中,义务教育物理课程实施也将面临新的挑战,义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程,具有基础性、实践性等特点,[1]在线上线下融合实验教学中如何有效组织学生开展实验探究,丰富动手实践活动,提高学生的科学探究能力,是一个值得探讨的课题.

1 初中物理实验教学结构的变革与重构

线上线下融合教学是以学生为中心,通过技术手段打通线上和线下、虚拟和现实学习场景中各种结构、层次、类型的数据,形成线上线下融合的场景生态,实现个性化教学与服务的教学新样态.[2]这种新型的教学模式将推动传统教学方式的变革与重构,使课堂教学结构发生变革(如图1所示).线上线下融合教学强调学生是学习的主体,教师则是学习的设计者和指导者,教师与学生组成了一个学习共同体.线上线下融合教学打破了传统学习受空间及时间的限制,为此初中物理实验教学也可以采用线上线下融合方式,创建多样化的实验教学情境,选择、整合或开发适合学生发展所需求的实验资源,引导学生发现问题、提出问题,合理选择和利用实验资源设计实验、收集证据、得出结论,通过线上平台和线下教学相结合方式开展小组合作、交流、评估与反思等活动.通过开展微实验、数字化实验、家庭实验、物理小制作、跨学科实践、物理微课题等活动丰富初中物理实验教学,同时借助信息化手段采取主体多元、形式多样的实验教学评价,尤其重视学生实验活动的过程性评价,及时跟踪学生实验活动过程,帮助教师能更快更准地指导学生进行实验探究活动,发挥实验的育人功能,促进学生核心素养的养成.

图1 线上线下融合教学结构图

2 线上线下融合物理实验教学设计

初中物理教学是以实验为基础的,在线上线下融合教学中如何开展有效的物理实验教学,是一线物理教师面临的新挑战,线上教学中不能以播放实验视频替代线下教学中的实验,线下教学中实验环节正是学生最感兴趣的,实验能激发学生的好奇心和未知欲.在2022年版义务教育物理课程标准中,“实验探究”是一级主题,其中包含了测量类和探究类学生必做的21个实验,学生只有通过物理实验才能理解和掌握知识,从而构建物理概念,深化对物理规律认识,领悟其内涵及相互联系,潜移默化中提升核心素养.

在线上线下融合教学中,教师可以利用线上和线下教学的各自优势,进行互补与融合方式开展实验教学.对于一些测量类的基本实验,教师可以先通过线上直播或播放视频形式,让学生在线学习实验操作规范和实验方法,然后再进行实操训练.演示实验教师可以通过移动摄像头连接线上教学平台近距离直播实验的过程和现象,这样每位学生都能观察清楚,比教室里教师在讲台上演示可视性更好.我们还可以借助于数字化实验系统(如图2所示),电脑屏幕上同时出现实验真实场景和实验数据的实时采集,将屏幕分享给学生,让学生在线观看实验的现场、实验数据采集和处理,比直接观看实验视频更能激发学生的兴趣.随着人工智能的普及与发展,不久的将来,我们甚至可以搭建真实物理实验的环境,让学生远程操纵实验设备来获得实验数据,并进行数据分析和得出结论.

图2 数字化实验系统

在线上线下融合教学中,教师还可以引导学生开展家庭实验探究和跨学科实践活动,利用身边的物品大胆设计实验,通过实验报告和短视频的方式上传到线上平台,与同学和老师进行分享,教师从中选择一些典型的实验设计和作品,组织学生一起来交流与讨论,帮助学生完善家庭实验和跨学科实践活动,同时展示一些优秀的实验设计与作品,以此激励学生.生活中完成的自主实验和跨学科实践活动,其体验感更强,更能激发学习物理的兴趣,更能提高学生的创新思维能力和实验探究能力.

例如学生学习了物质的物理属性知识后,可以引导学生制作一个医用冷藏盒,以项目小组为单位,首先对不同低温物质对冷藏盒的保温性能有什么样的影响等问题进行探究,然后需要哪些材料、冷藏盒的大小与形状、如何使冷藏盒更密封、能否显示冷藏盒内温度等问题制订创作计划,学生在生活物品中选择合适的保温材料和低温物质自制一个医用冷藏盒,并测量小组制作的冷藏盒在一定时间盒内的温度变化,通过实验检验该容器的保温性能(如图3).在各小组实验探究和冷藏盒制作后安排一次集体展示活动,通过线上线下融合方式分享自己小组的想法、设计方案和研究过程等,对实验探究和冷藏盒制作过程、遇到的困难、解决办法进行说明,并展示冷藏盒的外观、内部机构和保温性能.教师组织各个小组进行自评和互评(图4),让各个小组互相指出最成功之处和提出优化的建议,各小组可以借鉴提出的建议设计合理的改进和优化措施,提高冷藏盒的保温性能(图5).

图3 学生探究活动

图4 项目小组交流与展示

图5 学生制作的医用冷藏盒作品

因此,借助线上线下融合方式可以为学生构建多样化的真实学习环境,让学生多维度深入情境中,去发现问题、分析问题、解决问题,促成深度学习.

3 线上线下融合开发利用教学资源

随着互联网的普及和线上教育的兴起,网上有非常丰富和多样的学习资源,然而对于初中学生在网上去寻找自己合适的学习资源,可能会出现网络迷航现象,这就需要教师的正确引导和帮助.网上物理学习资源花样百出,教师在教学时,对于网络资源不能拿来就用,需要甄选、整合、利用,要提供学生更多的实验活动情境资源,让学生对物理课程更加感兴趣,通过实验活动情境引导学生深度学习.网上也有一些比较好的实验活动情境资源,例如NOBOOK虚拟实验室创设了一个仿真的实验环境,学生在这个环境下可以在线体验许多初中物理实验的操作与实验验证,特别是可以自己创建新的实验,进行实验的探究活动,对于微观粒子和宏观天体运动可以模拟展示,弥补了传统实操实验的局限.

笔者所在学校物理学科发展示范中心结合初中学生学习物理的特点,构建了一个线上线下融合物理实验活动情境教学资源平台.从课堂教学情境创设、课后拓展学习情境创设、物理跨学科实践活动情境创设等不同角度对物理实验活动情境进行深度开发,通过微信公众号定期推送物理实验活动情境设计与指导,以线上和线下融合的方式指导学生进行物理实验活动,引导学生产生情境感知,形成积极的内在学习动机.例如学生在学习物态变化这部分内容时,指导学生利用家里的冰箱做很多有关物态变化的实验活动,有的学生用冰箱研究清水、糖水和盐水凝固点实验,从收集到的数据得出盐水的凝固点要低一些,进而解释了冬天路面结冰为什么要撒盐的道理;有的同学还用冰箱进行自制冰淇淋等实验;为了学生能更好体验实验的乐趣,示范中心利用微信公众号推出了一期“番茄冰环”实验活动(如图6),通过微信公众号指导学生在家里完成这个实验活动,实验过程如下:取几个小番茄洗净擦干,将它放到冰箱冷冻室里(温度约-18 ℃),过一个晚上拿出来,就变成硬邦邦的冰冻番茄坚果了.取出在冰箱冷冻室放置一段时间但尚未结冰的瓶装水,倒入一个小玻璃碗中,水量大约小半碗,再将冷冻室拿出的冰冻小番茄迅速放入碗中,碗中的水就在小番茄底部和边上渐渐凝固,一圈白色的冰环在小番茄周边慢慢形成,番茄表面快速形成一层浅浅的雾霜,如同一层亚光膜,同时碗壁上出现水雾.小番茄表面的白霜和碗壁上的水雾,是冰冻小番茄附近温度较高的水蒸气遇到低温的冰冻小番茄,发生的凝华和液化现象,小番茄周围的水发生了凝固形成了冰环.该活动通过一个小番茄就让学生观察到许多的物态变化现象,激发学生学习物理的兴趣.

图6 微信公众号推送微实验情境

再例如学生学习光现象知识时,布置学生在周末时间探究树荫下的光斑实验,如图7所示,学生在室外太阳光下做实验的过程和完成的实验报告.

学生在学习“二力平衡”知识时,自己就在家里找各种各样的物品来做“有趣的平衡”实验,如图8所示,玩得不亦乐乎.

图8 有趣的平衡

实验活动情境资源丰富了物理课程学习,同时借助线上平台分享活动过程,促进学生学习空间的变化,从课堂延伸到课外,从线下到线上,打开学生的学习视野,并通过开展跨学科实践活动,激发学生的学习兴趣,培养学生的实践能力和创新能力.

物理小制作和物理微课题活动也是开展线上线下融合物理实验教学非常好的方式与资源.物理小制作活动以知识单元为模块布置作品内容,以开放、创新为特色,给学生设计的实践活动量及思维度都很大,制作内容也比较丰富.学生在活动情境下将日常生活中的瓶子、盒子等废旧物品利用起来组合成一个个与物理学习有关的物理小制作(如图9),体会了物理学习的乐趣.物理微课题活动是以所学物理知识为基础,可以结合学习进度设计以课堂学习内容为拓展主题的动手实践课题,也可以设计以学科知识深度拓展和延伸为目标的较为前沿的课题,让学生根据自己的兴趣及小组合作团队的研究能力进行课题选择并开展研究.例如“引力弹弓”这个课题来源于学生对电影“流浪地球”观影活动,学生观看影片后,通过查阅图书、网络搜索等途径查找资料,找到相关的理论依据、实践情况等,并在此基础上提出他们自己的设想,有很强的合作性和开放性,有利于学生的思维进阶,同时培养了学生的物理及数学建模能力,开阔了学生的学习视野.

图9 学生小制作作品

在教学实践中,教师可以利用网络交流平台建立“物理实验活动交流空间”,引导学生通过线上平台以视频、照片、PPT、实验报告等方式展示物理实验活动的过程和成果(如图10),组织学生在平台上相互交流讨论,及时指导学生顺利进行物理实验活动,同时教师筛选一部分典型的活动素材,在线下课堂中进行展示与讨论,丰富物理实验教学的资源.

图10 学生微课题活动研究报告

4 结语

线上线下融合的物理实验教学在重构物理课堂和提高教学水平方面具有深远影响.初中物理教学必须以实验为基础,要为学生创造更多亲身经历的实践体验,同时借助线上平台为学生创设更多的实验活动情境资源和交流空间,通过线上线下融合方式引导学生进行自主、合作、探究学习,有效提升学生自主学习能力和学科核心素养.