創客理念在高中物理學生分組實驗教學中的應用

姚珍

摘 要：物理實驗教學要培養的是學生實驗原理分析，實驗設計，實驗操作技能以及實驗誤差的分析和實驗改進等物理實驗科學素養。傳統物理實驗教學，對實驗設計原理操作的規范性，是有優勢的，但是在于促進學生自主思考，發現問題，解決問題的培養是不足的。本文以自由落體實驗為例，闡述從創客教育理念的角度來進行教學：從“開放創新”引導學生思考分析設計實驗；從“探究體驗”增加學生參與和體驗，由此發現問題，解決問題；最后結合“學中做，做中學”的理念，讓物理規律在實際的應用中得到升華，從而為物理實驗教學提供另外的一種思路。

關鍵詞：創客理念；物理學生分組實驗；教學應用

《普通高中物理課程標準（2017）》中明確指出高中學生應：“具有科學探究意識，能發現問題、提出合理猜測；具有設計實驗探究方案和獲取證據的能力，能正確實施實驗探究方案，使用各種科技手 段和方法收集信息；具有分析論證的能力，會使用各種方法和手段分析、處理信息，描述、解釋實驗探究結果和變化趨勢；具有合作與交流的意愿與能力，能準確表述、評估和反思實驗探究過程與結果。”[ 1 ]社會科技的發展，教育科學的發展，對學生實驗能力有著更高的標準和要求，傳統的物理教學方式已經不能完全勝任時代的需求。

創客教育作為一種融合信息技術，秉承“開放創新”，“探究體驗”，“學中做，做中學”的學習方式和以培養創新型人才為目的的新型教學模式[ 2 ]，為尋求改變的高中物理實驗教學提供了方法和策略。

1 “開放創新”在高中物理學生分組實驗教學中的應用

“開放創新”的理解，筆者認為在教學上“開放”是指校內外的資源的共享和互通，是課堂知識和自然、社會生活的交融。“創新”的理解，筆者認為并不意味著一定是前無古人，或者一定要先進高科技才叫創新。教師可以根據學校自身的實驗設備裝置，根據學生的認知情況，引進更多生活中常見的容易獲得的物件，引導學生思考實驗原理，實驗設計，而能由學生自主思考得出，都可以認為是創新[ 3 ]。即使前人已有發現，但對于學生個體來說是思考獲得的，對其而言就是創新了。“創新”理念在實驗教學中，更應該側重與學生創新思維的培養，鼓勵思考和思維習慣的養成。只有學會思考，懂得思考，樂于思考，才能在成長的道路上不斷讓思維成熟，讓知識技術得以積累，才可能在某天有所創新[ 3]。

傳統物理學生實驗，學生按教師指定好的實驗目的，實驗原理，實驗步驟，數據記錄，分析誤差等進行操作完成。學生只是實驗的操作者，沒有真正的參與接觸物理實驗最靈魂的部分——實驗原理和實驗設計。應用創客理念，我們在實驗教學中引導學生進行實驗設計，讓學生成為實驗的總設計師，讓他們按照自己的設計來完成實驗，讓實驗成為他們自己的實驗。

實驗設計的創新。由于學生層次上的差異，教師需要選擇不同的教學方式來引導學生思考設計實驗。以自由落體實驗為例，提出明確的實驗目標——求自由落體運動的加速度值。有的學生可能馬上得出設計大致的做法。但，對于沒有反應出來的學生，可以展示打點計時器，當看到打點計時器，學生可能就會反應過來，可以用打點計時器來測加速度。教師事先提供的多于課本實驗器材的實驗材料，學生在有了大致的原理下，根據提供的器材設計和組裝實驗，開始實驗。組裝的結果和課本處理差異不大，但是學生從教師告訴他們怎么做轉變為他們自己思考怎么做，這本身已經是進步。而這種自己思考得來的，對學生個體而言就是創新了。

另外一種設計是根據頻閃照像機的原理。給學生展示頻閃照像機拍出來的照片，根據之前的學習，學生可以理解從照片上求加速度的原理。再向學生展示一段小視頻：一段連慣的小視頻可以在一些視頻軟件上逐幀播放。兩種信息的結合，學生的思考方向會被帶動到新的實驗設計方向。學生會想到用手機拍下視頻，在視頻編輯器中，逐幀記錄下相等時間間隔的位移，求出加速度。

還有一種設計根據手機或ipad的app 軟件。有許多可以使用的學習軟件，像sparkvue軟件，適用于數據處理功能。教學上，讓學生自己摸索玩這些軟件，讓他們熟悉軟件的功能，再向他們提出是否可以設計求自由落體的加速度。有些學生已經有設計方案了，對于還沒有設計出來的學生，可以進一步向他們展示圖象橫縱軸和斜率所能代表的物理意義，這樣學生在一層一層的引導下，向著新的設計原理思考，得出加速度。

2 “探究體驗”在高中物理學生分組實驗教學的應用

傳統的教學，物理實驗是既定的成功實驗，學生按照教師的設計路線得出唯一正確的結果，但是學生不能真正體會實驗為什么這樣設計，為什么一些細節只能這樣處理實驗才是成功的。“探究體驗”的教學方式，是增加學生自主體驗，通過自己摸索否定不夠精確的實驗設計，找尋精確設計的過程。

在自由落體實驗教學中，教師可以做這樣的設計：提供成分為木材，鉛塊，鋁塊的重錘讓學生自行選擇實驗。那么，就有學生發現有的測出來與9.8m/s2的數據相差甚遠。學生就會思考嚴重誤差產生的原因。可能有一部分學生自己能找出原因，對于沒有找出原因的學生，教師鼓勵學生用其他重錘試一試。學生會發現鉛材質的重錘實驗結果接近9.8m/s2的數據。再引導學生思考引起誤差的原因。如果還有學生沒有想出原因，教師還可以讓學生用兩張相同的紙張，一張展開一張揉成團，觀察兩張紙張相同高度的落地快慢來促進思考。如果學生仍沒有得出結果，教師可以通過學生體驗之后進行講解。

自由落體實驗中，用視頻編輯軟件處理數據，可以得到結果。但是如果加入實驗探究體驗，讓學生來得出結果，學生對自由落體運動會有進一步的理解。在展示頻閃照像機拍出的照片時，學生首先想到的是用手機連拍來拍出照片直接計算。教學中，讓學生試試手機連拍，他們就會發現影像是模糊的，他們就知道自由落體的運動實是太快了，一般的手機是拍不出效果的，同時進一步理解頻閃照相機的拍照頻率有多快了。在這樣的體驗基礎上，介紹視頻編輯軟件逐幀播放功能，學生也能很好的建立兩者之間的聯系，進行實驗。

3 “學中做，做中學”在高中物理學生分組實驗教學中的應用

傳統物理實驗教學，在學生得出實驗結果之后，物理實驗就結束了。物理理論規律在生活中的應用這一環節被忽略了。“學中做，做中學”把物理規律和現實中的應用密切聯系起來，讓物理規律有了現實意義，讓學生在規律應用中體會物理學習的樂趣，動手的樂趣。

在自由落體實驗中，教師用普通的長直刻度尺演示測試學生反應時間的快慢。這時，提問學生如何來判斷某位學生反應時間的快慢？學生很容易根據刻度尺上位移長度來做判斷。教師再引導學生思考，如何可以直觀的測出反應的時間。學生很容易想到，能不能在直尺上寫上時間。那么刻度尺上的時間應該怎么標注呢？這樣，學生的思考就引入位移與時間關系的建立。在探究體驗中，學生體驗到，只有被測重力很大時，阻力才能被忽略。學生后來也對直尺進行了改良，將一個小鉛塊焊接到直尺初始位置，增加其重力，使其加速度接近9.8m/s2 [ 4 ]。

通過這一環節的教學，學生對自由落體公式，實驗中重錘等信息的了解更深刻，而且也促進他們進行更積極的思考，如何讓物理知識服務于生活，養成思考和動手的習慣。為以后學習發展奠定了良好的物理科學素養。

4 總結

“開放創新”，“探究體驗”，“學中做，做中學”應該是一脈相承的關系，宗旨在于促進學生思考，發現問題，解決問題，應用規律于生活。但是因為跨學科教學對教師來說是一種挑戰，學生層次的不同，物理實驗內容性質等原因的局限，并不是所有的物理實驗都能很好完整的按這三個要素去體現，所以有時可能選取其中的某一項來進行教學。

創客理念的教學對教師綜合素質要求很高。但是，相信只要教師們朝著文中三個方面在教學中不斷積累，認真研究分析個案實驗，積極主動研究適合的，科學的教學方法，相信會有所突破。

另一方面，創客理念涉及到的內容可能跨學科，要求個別教師單槍匹馬去完成，是不現實的。所以發揮團體的力量，有的教師可能對器械有研究，有的教師可能對電腦圖形處理有興趣，還有可能有的對文史有感覺，那么集合教師的特長，揚長避短，多交流，多合作，多實踐，會是創客教育走出一片天的必經之路。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]楊現民.創客教育的價值潛能及其爭議[J].現代遠程教育研究，2015（2）：23.

[3]（美）道格.約翰遜.從課堂開始的創客教育[M].北京：中國青年出版社，2016：66-69.

[4] 楊雪.將創客教育融入中學物理課初探[D].昆明：云南師范大學，2017：53-58.