高中物理實驗教學的多技術融合應用模式

謝利杰

通過訪談及調查問卷，調查了潮汕地區部分代表性強的高中的物理實驗教學現狀，發現存在以下問題：一是學生動手能力較差;二是實驗器材缺失、設備落后;三是存在以“講實驗”替代“做實驗”的普遍情況，學生參與度不夠;四是沒有體現學生的主體地位，學生一般是按照老師給的步驟進行實驗，缺乏自主探究的機會;五是實驗的可重復性差，課后缺乏進行實驗的條件和機會。以上問題，造成學生的科學探究能力、科學思維能力得不到有效發展。結合高中物理測量類實驗注重提高實驗精度的特點，開展測量類物理實驗教學可以采用多技術融合應用的模式來有效解決以上問題。我以人教版高中物理選擇性必修一2.5節“實驗：用單擺測量重力加速度”的教學為例，探索高中物理實驗教學的多技術融合應用模式。

一、多技術融合應用模式的教學流程設計

在翻轉課堂理論的引領下，嘗試將傳統的“預習—聽講—復習”學習過程進行優化，設計了基于多技術融合應用模式的教學流程（如圖1）。

二、課前：基于多技術融合應用，用翻轉課堂實現信息傳遞，以“學”定“教”提升教學有效性

（一）通過學歷案引導學生自主設計實驗方案，基于數據支持進行學情診斷

以學歷案為載體，提供實驗室現有的器材讓學生挑選，同時明確可靈活選取身邊易獲取的器材。學生自主開展研究，從剖析實驗目的和原理開始，確定實驗思路，選擇合適的器材，設計實驗步驟，最終形成實驗方案。此過程轉變了學生的學習方式，可以極大地提高學生的參與度，有效地激發學生的學習熱情，促進學生進行深度學習，有效培養學生的發散思維。

針對半走讀及手機禁入校園等情況，通過“每周學習任務單+學歷案”的方式在班級微信群發布任務，并在周末利用金山文檔收集學生的困惑點，用希沃知識膠囊呈現學生的學習情況，有效診斷學情，精準剖析學生的學習障礙。如學生在學習2.4節“單擺”后，知道測量擺長時應測量到小球的球心位置，但通過對學歷案中的問題：“若沒有游標卡尺，如何測量小球直徑”進行統計分析時，很多學生無法想出測量小球直徑的方法，這便是實驗操作的一個障礙點。

（二）利用微課開展翻轉課堂教學，落實核心內容并解決學生的學習障礙

通過學情診斷，依據學生反饋的問題，筆者用希沃知識膠囊制作了“實驗：用單擺測量重力加速度”系列微課，包括“原理分析”“實驗步驟”“數據記錄與分析”等三個微課并發布在微信群，讓學生結合學歷案及微課進行自學。此環節是為了幫助學生落實核心內容，并培養學生的自學能力。

（三）將實驗操作前置進行，利用微信群收集實驗視頻并分析各方案的優缺點

課前要求學生通過微課的學習，結合學歷案中的問題，弄懂傳統方案的原理，然后利用身邊的工具設計居家實驗方案，進行實驗操作，然后通過微信群繳交實驗視頻及實驗報告，老師對實驗操作及實驗報告進行評價。

通過對學生的實驗視頻進行分析，發現經歷“學歷案導學—小組合作設計—觀看微課—調整方案—實驗操作—數據記錄與分析”的學習過程，大部分學生能依據單擺周期公式確定實驗思路并設計實驗方案，能正確安裝器材并完成實驗操作，最后得到實驗報告。這表明：通過翻轉課堂，將探索的主動權交到學生手上，老師利用多種信息技術進行分析并有針對性地指導，提高了教學的有效性。

三、課堂：基于多技術融合應用，通過解決問題完成吸收內化，以深度學習促核心素養的提升

（一）用微課展示常見錯誤操作，用NOBOOK驗證猜想，培養學生的科學思維和解決問題的能力

擺長和周期的測量是本節課的教學重點，也是造成實驗誤差的兩個來源，而誤差分析是本節課的難點之一。通過視頻分析，發現學生操作過程中存在以下五個問題：①開始計時時，停表晚按下;②誤將29次全振動記作30次;③在未懸掛好擺球之前先測量擺長;④擺線上端未系牢，擺動過程松動，使擺線長度增加;⑤誤將擺線長度作為擺長進行計算。教學時分三個步驟完成了該環節的教學。首先將典型問題用希沃知識膠囊制成微課并在課堂上播放，引導學生觀察并思考，讓學生結合實驗原理及公式判斷測量值與真實值的關系;其次是分組討論，引導學生將五個問題進行歸類分析，寫出操作中存在的問題，判斷是測量造成的誤差還是實驗條件變化造成誤差，并提出改進意見，由代表分享小組的觀點;最后是借助NOBOOK仿真實驗室，將各個操作造成的誤差通過改變參數的方式直接呈現g值的變化，通過模擬操作，獲取正確結果，驗證猜想。

（二）利用手機投屏演示正確的實驗操作過程，培養學生規范操作的意識

經過第一環節的“示錯”之后，由老師演示規范的操作過程，并通過手機投屏，將實驗過程投屏到希沃白板上，同時利用希沃知識膠囊錄制成微課分享到班級微信群。經過示范，學生分五大組（共15小組）進行操作，各自按照老師給出的擺長范圍（相差約10cm）進行實驗并記錄數據。

通過示范引領及操作體驗，引導學生認識規范操作的重要性。

（三）利用Excel處理實驗數據，直觀對比兩種數據處理方法，培養學生的科學態度觀

實驗數據處理是本節的難點之一。依據統計結果，學生處理數據時存在兩個問題：①利用公式法計算g值平均用時過多，且計算結果與真實值偏差較大，學生無法找出誤差的原因;②用圖像法處理數據時存在描點不夠準確、單位標度選擇不合理等問題。因此，在課堂實驗操作時要求各小組記錄數據，選取其中5個小組的數據錄入提前準備好的Excel表格，利用Excel展示了公式法和圖像法兩種處理方式，引導學生觀察并對比兩種處理數據的方式。通過對比，學生明白多次測量取平均值的意義，了解圖像法處理實驗數據的注意事項，發現了用圖像法能更有效減小實驗誤差，而且通過圖像可以方便找出實驗中誤差較大的數據點，借此回顧并分析實驗操作過程，總結經驗教訓。

四、課后：利用新技術、新工具提高實驗測量精度，提升學生的綜合素養

為提升學生的綜合素養，在課后鞏固環節，特意錄制了相關微課并設計了作業。在微課中，提供了一個減小周期測量誤差的新思路：實驗過程將手機的秒表開啟后放置于單擺旁邊，采用視頻播放軟件（如Potplayer）的逐幀播放功能，可以確定小球通過最低點的時刻，從而更加精確地測出周期。從評價與提升的角度，布置了三個任務：①結合老師和同學的建議，改進實驗方案并完成實驗，通過微信群與同學交流心得;②觀看同學的實驗視頻及老師發布的3個居家實驗視頻，了解更多的方案，分析不同方案中實驗誤差的來源，并提出減小誤差的方法;③了解手機傳感器的應用，嘗試用Phyphox軟件測量重力加速度。

五、多技術融合應用模式在實驗教學中實踐帶來的啟示與反思

通過實踐，發現多種信息技術深度融合應用于高中物理實驗教學有很多優點：一是通過多技術融合應用，有利于解決實驗器材破舊和設備不足的問題，讓學生充分挖掘身邊可用于實驗的物品，以小成本甚至零成本來完成實驗;二是通過學歷案導學，積極開發居家實驗，能轉變教師的觀念，樹立以學生為主體的意識;三是微課等資源的開發利用，可以讓學生隨時對實驗重新學習;四是多技術融合在課堂教學過程中的應用，更加有效地發展學生的核心素養和信息素養;五是通過積極探索新工具、新技術對傳統實驗的改進，拓寬實驗選材范圍和實驗環境，有效培養學生的自主學習和探究能力;六是采用新的評價方式，通過學生間的互評與交流討論，歸納減小實驗誤差的方法，培養學生的科學態度與責任。

當然，探索過程也發現一些問題：一是課堂教學因學校條件的限制，無法實現實時數據反饋;二是將實驗操作前置有諸多限制，如用雙縫干涉測量光的波長因器材限制無法實現居家實驗;三是師生都需要耗費更多的時間和精力，可能會影響到學期的教學計劃。期待以上問題可以隨著硬件的完善、經驗的積累、教學理念的更新得到解決。

責任編輯 徐國堅