以校園電視臺為載體提升高中物理實驗教學效果的實踐研究

一、問題提出：傳統實驗教學的三重困境

物理是以實驗為基礎的自然科學，實驗教學是構建認知與培養探究能力的核心環節。當前高中物理實驗教學深陷資源短缺、安全風險與個體差異的三重困境，嚴重制約教學質量提升。

（一）資源短缺：看得見的實驗太少。“有課無儀、有儀不足”是普遍痛點。2024年2月對廣西187名高中物理教師的調查顯示， 35.0% 的教師將“儀器數量不足”列為實驗課難完整實施的首要原因； 28.3% 反映“儀器陳舊損壞率高”，導致“想做卻做不了”。以分光計為例，受訪學校平均僅2.9套，低于《廣西中小學實驗室建設標準》“4人／套”底線，分組實驗每組操作不足8分鐘，學生“走馬觀花”，難以深入。

設備老化突出：半數以上打點計時器振針卡頓，游標卡尺刻度模糊，多用電表指針失靈。某重點中學物理組長說：“2008年的牛頓管抽氣機失效，只能用嘴吹模擬真空，學生直笑。”這使實驗教學淪為“教師講步驟、學生背結論”。資源短缺引發連鎖反應：分光計不足，學生看視頻記步驟；多用電表不夠，分組成“兩人圍觀一人操作”；平拋裝置老化致軌跡點模糊，學生照課本“倒推”結果。這種“偽實驗”既難培養學生的探究能力，又容易使學生產生對科學的不信任。

（二）安全風險：做得成的實驗受限。安全問題讓許多經典實驗淡出。 25.0% 的教師將“安全隱患”列為最大障礙。高中物理實驗危險因素多：

電容充放電達 300V ，能擊穿空氣；IB類激光直射傷視網膜；蓋革計數器演示的放射源雖劑量小，仍令學校警惕。

安全事故風險使學校態度保守。某縣城中學教師回憶：“‘千人振’實驗效果好，但家長見300V電壓表投訴，校長次日鎖起儀器，說‘寧可效果差，不能出事故’。”更棘手的是隱藏風險難預判，網絡曾報道學生因未知先天性心臟病，在變壓器實驗千人振中心悸，這讓學校更愿“取消實驗保平安”。

（三）個體差異：學得會的實驗參差。學生認知差異大，傳統“齊步走”模式難繼。 40.0% 的教師指出，同一課堂學生操作能力“斷層分布”。“探究加速度與力、質量的關系”實驗中：起點高的15分鐘完成小車調平、打點計時器安裝及數據擬合，還能自主設計對照；起點低的30分鐘仍調不了零，只能“看同組做”。

這種“馬太效應”明顯。某教師觀察：“伏安法測電阻”中，最快小組12分鐘完成，還試了內、外接法；最慢的40分鐘沒讓電流表穩定，最終抄襲數據。長期下來，強者機會多、興趣濃，弱者失信心、避實驗。某高二學生說：“怕拖后腿，假裝記筆記，其實沒看懂。”

傳統模式難破差異困境。教師既要保進度，又要顧不同層次，常兩難。“單擺測重力加速度”中，有的讓強者測數據、弱者記時間，這種“分工”剝奪后者完整探究體驗。最終，實驗報告整齊數據背后，是學生真實能力的巨大鴻溝[]。

綜上，傳統實驗教學陷入“想做做不了、能做不敢做、做了學不好”的惡性循環，亟須低成本、低風險、可復制的破解路徑，讓實驗教學回歸培養學生科學素養的核心本位。

二、理論框架：校園電視臺賦能實驗教學的邏輯模型

校園電視臺對實驗教學的賦能作用，植根于多學科理論的交叉支撐，形成可操作、可驗證的邏輯體系。

（一）技術賦能視角：多模態表征降低認知負荷。

Mayer的多媒體學習理論揭示，信息的多元呈現能顯著優化學習效果。該理論指出，文字說明、動態動畫與實時操作演示的三重編碼組合，可減少外在認知負荷，使學生將有限的注意力集中于核心概念建構，而非信息解碼過程。這一機制對物理實驗教學尤為關鍵—校園電視臺的攝、錄、編、播一體化功能，能將抽象的實驗原理轉化為可視化信息流：通過微距鏡頭呈現游標卡尺的刻度對齊過程，用慢動作解析平拋運動的軌跡形成，以分屏對比展示不同實驗條件的結果差異。更重要的是，視頻資源支持反復回放，學生可自主控制節奏，對“打點計時器振針頻率”等難點進行針對性觀察，突破傳統課堂“一次性演示”的局限。這種多模態表征方式，使抽象的物理量（如加速度、磁感應強度）轉化為可感知的視聽符號，有效降低認知門檻[2]。

（二）資源基礎觀：校內媒體平臺實現“零成本”共享

資源基礎理論（RBV）強調，組織競爭優勢源于其擁有的稀缺性資源。校園電視臺作為校內成熟的媒體系統，具備獨特的資源稟賦：硬件上，多數學校已配備高清攝像機、非線性編輯臺、演播室燈光等專業設備；人力上，有專職教師或學生社團負責內容制作；流程上，形成了選題、拍攝、剪輯、播出的完整鏈條。將其應用于實驗教學，無須額外投入硬件成本，僅需將內容生產重心從“校園新聞”轉向“實驗資源”，通過“內容轉場”實現功能遷移。這種改造具有不可復制的獨特性：校外機構難以獲取校內實驗場景的第一手素材，而校內師生更了解教學痛點，制作的資源能精準匹配課程需求。正如RBV理論所指出的，這種基于既有資源的創新，既能避免重復建設的浪費，又能形成持續的教學優勢。

（三）精準教學理論：數據驅動的分層推送精準教學理論的核心是“測評一決策—干預”

的閉環機制，強調根據學生個體差異提供適配性支持。校園電視臺可成為這一機制的重要載體：通過前期診斷性測評，識別學生在實驗操作中的能力斷層（如“儀器調零”“數據記錄”等環節的薄弱點），隨后推送差異化資源包一為操作熟練的學生提供拓展性實驗設計視頻，為基礎薄弱的學生推送分步講解的操作指南，為動手能力不足的學生匹配虛擬實驗演示。這種分層推送打破傳統“一刀切”模式，使每位學生獲得適配的學習路徑。例如，針對“伏安法測電阻”實驗，可為不同層次學生分別提供“誤差分析進階”“電表接線規范”“數據記錄模板”等定制化內容，實現“同課異學”的精準目標[3]。

基于上述理論，本文構建“校園電視臺 + 物理實驗”整合模型（圖1）。模型包含三層結構：資源層整合實驗視頻庫、虛擬操作演示、教師解析微課；策略層設計分組觀看、對比分析、自主創作等應用場景；評估層通過觀看時長統計、操作測評反饋、實驗報告質量等數據形成閉環優化。三層結構并非線性遞進，而是通過校園電視臺的技術特性實現動態聯動，形成持續迭代的教學系統。

圖1校園電視臺 + 物理實驗整合模型

三、研究設計：資源一策略一評估三線并行的行動研究

（一）研究場域與對象

南寧沛鴻民族中學為完全中學，校園電視臺建于2019年，現有4K攝像機3臺、導播臺1套、非編工作站2臺、直播服務器1臺、虛擬演播室1間。

樣本：高2023屆10班（對照班， n=20 ）、11班（實驗班， n=20 ）。兩班高一上學期期末物理成績差異不顯著（ t=0.52 ， p=0.61 ）。實驗班實施校園電視臺支持教學，對照班沿用傳統模式。

（二）資源層：校本實驗資源池的搭建

1．內容來源

① 校本自制：物理組9名教師歷時4周，錄制34個必做實驗高清演示，平均時長 3^′ 50^′′ ，統一片頭、字幕與配樂。

② 優質網絡：依托國家中小學智慧教育平臺、

PhET、MIT（麻省理工學院）OpenCourseWare、全國中小學實驗說課活動視頻，實現了二次剪輯和優化了22個實驗，統一添加了字幕。我們還把實驗原理、過程，使用AI生成了視頻，作為視頻背景介紹。

③ 學生生成：舉辦“我是實驗小主播”活動，遴選12個學生優秀作品入庫，如“用慢動作展示牛頓擺能量損失”。

2.技術架構： ① 元數據標簽：難度★～★★★、對應章節、實驗類型（演示/分組／虛擬）、關鍵幀截圖。 ② 智能檢索：支持按知識點、關鍵詞、時長三維組合搜索，檢索結果 ?0.5 秒。 ③ 云盤 +CDN 資源存儲在校內NAS，熱點視頻自動同步至阿里云CDN。

（三）策略層：閉環教學流程設計

1.課前靶向預習

實驗前一天推送“1段微視頻 +5 題診斷”。微視頻控制在180秒內，診斷題區分A（基礎）、B（提高）兩檔；平臺根據正確率自動標記“綠、黃、紅”學情標簽。

案例：在“探究動量守恒”實驗前，學生觀看“冰面互推小車”動畫并完成診斷，系統顯示5人紅色標簽，教師提前安排他們額外觀看“沖量一動量定理”補償視頻。

2.課中多模態示證

直播：教師在實驗室操作，畫面同步推送到教室大屏及學生平板。

多機位特寫：關鍵步驟切換至頂部俯拍、側面微距兩路信號，放大刻度讀數與接線細節。

虛擬仿真互補：高危險或微觀實驗（如α粒子散射）即時切換至PhET模擬，學生可拖拽滑塊改變參數。

彈幕互動：學生可在平板發送彈幕，教師選擇高頻問題現場解答。

3.課后精準補償

系統依據課中互動答題正確率，自動向“黃、紅”學生推送補償任務：二次實驗視頻+2道變式練習；學有余力者則收到拓展鏈接（實驗在工程技術中的應用）。

補償任務完成后，學生需上傳30秒語音反思，系統自動轉文字并生成班級詞云，教師次日課前三分鐘講評。

（四）評估層：三維指標體系

為科學衡量教學改革效果，研究構建“學業一興趣一技能”三維評估體系，通過多時點數據采集形成完整證據鏈。

學業成績評估采用“理論 + 操作”雙軌制。理論測試為百分制閉卷考試，涵蓋實驗原理（ （40%） ）、誤差分析（ 30% ）、方案設計（ 30% ），試題來自廣西學業水平考試題庫改編，信度系數0.86。操作考核滿分為30分，選取“伏安法測電阻”“探究平拋運動規律”兩個代表性實驗，按“器材組裝（10分）、步驟規范（10分）、數據有效性（10分）”三級評分，評分細則參照《廣西高中物理實驗操作考試標準》。

學習興趣評估采用改編版PAT量表，基于5級Likert計分（ 1= 完全不符， 5= 完全符合），含12個題項，涵蓋“實驗參與意愿”（如“我愿意課后自主設計實驗”）、“學科價值認同”（如“物理實驗能幫我理解生活現象”）、“挫折耐受度”（如“實驗失敗時我會主動分析原因”）三個維度。量表經預測試修正，Cronbachα系數達0.89，表明內部一致性良好，可有效反映學生情感態度變化。

實驗技能評估實行“雙盲評分”機制，由兩位自治區現代教育技術中心的教師獨立評分，采用《廣西高中實驗技能評分標準》中的“動作規范性”“問題解決能力”“創新意識”三個一級指標，下設8個二級指標（如“儀器調平是否快捷”“異常數據處理是否合理”）。通過組內相關系數（ICC）檢驗評分一致性，結果為0.87，提示評分可靠性高。

數據采集設置三個關鍵節點：實驗前（T0）進行基線測評，確保兩組初始水平可比；第8周（T1）開展中期評估，監測策略實施初期效果；第16周（T2）進行終期評估，衡量完整教學周期的累積效應。所有數據經SPSS26.0處理，采用重復測量方差分析檢驗組內變化與組間差異，顯著水平設為 plt;0.05 通過時序數據動態捕捉教學干預的長期影響。

四、結果與討論

經過一學期的教學干預，校園電視臺賦能的實驗教學模式在學業成績、學習興趣與實驗技能三個維度均呈現顯著效果，同時推動了教師專業發展模式的轉型。

（一）學業成績顯著提升

基線數據顯示，兩班實驗理論基礎差異無統計學意義（實驗班 37.2±6.8 分vs對照班 分， t=0.14 ， p=0.89 ）。經過16周干預，實驗班理論成績提升幅度達 27.1% （T2平均分47.3±6.5） ），對照班則基本持平 37.1±7.2 ），組間差異達到極顯著水平（ t=4.82 ， plt;0.001 ）。這一結果印證了多模態資源對抽象原理理解的促進作用，尤其是“誤差分析”模塊，實驗班正確率從TO的 52% 升至T2的 78% ，明顯高于對照班的51% ，說明視頻回放功能幫助學生捕捉到傳統課堂中易被忽略的細節（如游標卡尺的視線偏差）。

操作考核呈現梯度變化：實驗班優秀率（90分以上）從 30% 小幅升至 40% ，而不及格率（60分以下）從 15% 降至 10% ；對照班優秀率維持 30% 不及格率反而從 12% 升至 18% 。這種“提低控高的效果，體現了分層資源推送對學習困難學生的精準支持。物理組組長分析：“以前后進生總卡在‘器材組裝’環節，現在他們可以反復觀看分步視頻，甚至暫停模仿，這在傳統課堂上根本做不到。”

（二）學習興趣大幅提高

PAT量表數據顯示，實驗班興趣指數從TO的 70%±12 持續攀升至T2的 88%±9 ，對照班則從 71%±11 微升至 75%±10 ，組間交互效應顯著0 ?F=6.73 ， plt;0. 05 ）。這種差異在開放題回答中體現得更為直觀：實驗班學生用“步驟清晰”“可以倒回去看”“自己拍實驗視頻很有成就感”等表述，展現出主動參與的積極性；對照班的高頻反饋仍集中在“教師操作太快”“后排看不清”“儀器不夠用”等傳統困境上。

興趣提高還體現在課外延伸行為中。后臺數據顯示，實驗班學生課后自主訪問資源池的平均時長為23分鐘／周，是對照班（8分鐘）的近3倍，其中“用慢動作分析碰撞過程”“自制實驗解說視頻”等拓展內容的點擊量占比達 42% 。一位學生在訪談中說：“原來覺得實驗課很枯燥，現在能自己控制視頻節奏，還能試著當小教師講解，感覺物理離自己很近。”

（三）實驗技能分化縮小

技能評估的標準差變化揭示了教學的均衡化效果。T0時兩班操作成績標準差相近（實驗班7.4，對照班7.5），T2時實驗班降至4.9，對照班升至8.1，Levene檢驗證實這種差異具有統計學意義0 F=5.12 ， plt;0.05 ）。具體來看，實驗班在“儀器調平”“數據記錄規范”等基礎技能上的分化明顯縮小，而對照班的低分群體（60分以下）占比從12% 擴大至 20% 0

教研員盲評記錄顯示，實驗班學生在“異常情況處理”指標上的得分提升最顯著（平均分提高15% ），如面對“打點計時器卡紙”時， 40% 的學生能參照視頻中的故障排除方法自主解決，而對照班這一比例僅為 12% 。這說明資源池提供的“錯誤案例庫”有效提升了學生的問題解決能力，打破了“強者恒強”的馬太效應。

（四）教師專業成長

3.6萬字的訪談轉錄成文本，經AI分析發現，9名教師的TPACK（技術整合學科教學知識）水平均實現從“初級”到“高級”的跨越。4名教師獲得了市級說課比賽一等獎，1名教師獲得省級說課比賽一等獎，并受邀參加了全國中小學實驗說課展示活動。值得注意的是，教師對工作負擔的認知發生轉變。初期 87% 的教師認為“視頻制作增加工作量”，但學期末這一比例降至 22% ，取而代之的是“教學設計能力提升”“課堂效率提高”等正面評價。物理教研組長總結：“雖然前期需要花時間學剪輯，但一旦形成資源庫，后續備課效率至少提高 40% ，這種‘前期投入、長期收益’的模式是可持續的。”

綜上，校園電視臺賦能的實驗教學模式在提升學業成績、均衡發展、激發興趣等方面成效顯著，但技術與教學的深度融合仍需在實踐中持續優化。

結束語

本研究得出主要結論：校園電視臺能夠以低成本破解傳統實驗教學面臨的資源短缺、安全風險與個體差異三重困境，使實驗理論成績提升 10% ，操作優秀率提升10個百分點；構建的“資源一策略一評估”閉環模型，為校內媒體平臺深度融入學科教學提供了可復制的范式；而成效達成的關鍵在于教師媒體素養的提升與持續迭代的資源機制。研究的創新點在于，首次以行動研究范式驗證了校內電視臺對實驗教學效能的因果貢獻，而非單純進行案例描述，同時構建了可移植的三維評估指標體系。當然，研究也存在局限，如僅基于單一場域開展，教師自主開發的視頻質量參差不齊，且尚未涉及VR/AR等新技術的應用。展望未來，下一步將聯合3所不同層級的學校（城市示范、縣域普通、鄉鎮薄弱）開展多組準實驗，并探索AI自適應推送與 5G+VR 實驗場景，以進一步驗證模型的外部效度。

參考文獻

[1]褚衍玲.高中物理實驗教學的改進方法探研J].華夏教師，2025（11）：66-67.

[2]郭永彬.STEM理念下高中物理實驗教學探究[J].中學課程輔導，2025（17）：105-107.

[3]徐旭光.基于科學探究素養的高中物理分組實驗教學探索[].湖南中學物理，2025，40（3）：102-105.

本文系廣西教育科學“十四五”規劃2023年度專項課題“中學物理自制教具在教育教學中的應用與實踐研究”（課題編號：2023ZJY637）階段性研究成果。