智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境下農(nóng)村初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

湖北省松滋市南海鎮(zhèn)南海初級中學(xué)(434201) 董清華 王世靜

初中物理、化學(xué)、生物都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)可以創(chuàng)造和預(yù)設(shè)教學(xué)情境，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識，有助于培養(yǎng)學(xué)生的能力，從而全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在概念的引入、概念的定義、規(guī)律的探究和歸納、物理量的測量和計算中發(fā)揮了不可替代的作用。隨著科技日新月異發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)都發(fā)生了很大變化，大數(shù)據(jù)、虛擬技術(shù)、AI智能等的引入也讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)如虎添翼。

我校是一所農(nóng)村初中，2020年4月被選入教育部重點(diǎn)課題“中小學(xué)智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用實(shí)踐研究”子課題“智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境初中理化生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效方法研究”實(shí)驗(yàn)學(xué)校。在課題研究中，我們根據(jù)課題組的要求，對我校及其他農(nóng)村初中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，摸清了實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)教師、實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際情況，初步探索智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境下適合農(nóng)村初中實(shí)情的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

1 農(nóng)村初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

(1)實(shí)驗(yàn)基本能正常開展。隨著全市薄改項(xiàng)目落地實(shí)施，所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)初中實(shí)驗(yàn)器材配備到位，理化生實(shí)驗(yàn)器材基本滿足教學(xué)需要，演示實(shí)驗(yàn)開出率達(dá)到90%，學(xué)生實(shí)驗(yàn)開出率可以達(dá)到100%。

(2)特殊實(shí)驗(yàn)藥品仍存在短缺現(xiàn)象。部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品由于申報手續(xù)繁復(fù)、采購受阻，不能及時供給，無法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

(3)實(shí)驗(yàn)器材老化，不適應(yīng)教學(xué)需要。部分理化實(shí)驗(yàn)器材已經(jīng)不適應(yīng)教學(xué)需要，比如電學(xué)器材基本為學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材，不能進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，或者實(shí)驗(yàn)可視性不強(qiáng)。

(4)實(shí)驗(yàn)器材的精度不高，實(shí)驗(yàn)誤差較大?，F(xiàn)有器材特別是測量器材，精度過低，實(shí)驗(yàn)誤差較大，導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)定實(shí)驗(yàn)效果。

(5)部分實(shí)驗(yàn)由于安全性等因素?zé)o法開展。比如托里拆利實(shí)驗(yàn)，由于水銀蒸汽有毒，現(xiàn)行教材要求不再進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

(6)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致各校實(shí)驗(yàn)開出情況不同，實(shí)驗(yàn)對教學(xué)的貢獻(xiàn)率不統(tǒng)一。

2 基于智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境下教學(xué)模式的探索

2.1 基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時接入技術(shù)在教學(xué)情境中應(yīng)用的探索

互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時接入，可以做到實(shí)時、實(shí)地、實(shí)景與教學(xué)需要的結(jié)合。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提前瀏覽相關(guān)信息或者視頻，以滿足教學(xué)的需要。比如托里拆利實(shí)驗(yàn)，教材要求播放視頻，讓學(xué)生觀看。在實(shí)際教學(xué)時，可以借助互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時接入，讓學(xué)生觀看多個視頻，了解：①實(shí)驗(yàn)中傾斜玻璃管時水銀柱高度變化情況；②用水做測大氣壓實(shí)驗(yàn)；③非標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下水銀柱的高度等情況。學(xué)生通過觀看這些視頻，既掌握了托里拆利實(shí)驗(yàn)基本原理，也了解了相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)。再比如重力概念教學(xué)，可以播放神舟十號飛行員王亞平在“天宮一號”中做的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀看到物體在失重狀態(tài)下的狀況。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的探索

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計算機(jī)上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們在實(shí)際教學(xué)中使用的是借助動畫軟件制作出來的虛擬實(shí)驗(yàn)裝置或者器材來模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)，從而補(bǔ)齊部分演示實(shí)驗(yàn)可視性不強(qiáng)的短板。

在托盤天平使用的演示中，由于天平本身較小，可視性不夠好。借助Flash制作的天平使用的虛擬實(shí)驗(yàn)裝置，教師可以完整演示從天平使用前的調(diào)節(jié)到使用后器材整理的全過程，直接生動，學(xué)生印象深刻。

再如串并聯(lián)電路教學(xué)中，我們通常的做法是分發(fā)磁吸式電路元件讓學(xué)生在黑板上動手連接。但是由于電路連接方法很多，學(xué)生無法及時掌握。我們可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)裝置，對同一個實(shí)驗(yàn)反復(fù)拆除和連接，學(xué)生可以直觀判斷出正確連接方法，掌握多種連接方法。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理應(yīng)用中的探索

我校建立了一套實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)，包括教師端、實(shí)驗(yàn)員端、后勤保障端和教務(wù)端。教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度申報演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時間、人數(shù)和器材要求。實(shí)驗(yàn)員根據(jù)全校24個班課表和實(shí)驗(yàn)保障情況做出實(shí)驗(yàn)安排表，并根據(jù)要求開放實(shí)驗(yàn)室。后勤保障人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際消耗補(bǔ)齊實(shí)驗(yàn)藥品和器材，對實(shí)驗(yàn)員申報的器材藥品和消耗情況做好登記。教務(wù)主管做好實(shí)驗(yàn)開出情況和完成情況統(tǒng)計，及時協(xié)調(diào)各端口，處理相關(guān)問題。在實(shí)際運(yùn)行過程中，取得了一定的效果。但是還存在無法監(jiān)控實(shí)驗(yàn)實(shí)時情況，無法對學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行客觀評價等實(shí)際問題。

2.4 智能實(shí)驗(yàn)器材在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的探索

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材是根據(jù)現(xiàn)行教材實(shí)驗(yàn)要求配備的。但是一些實(shí)驗(yàn)器材還是跟不上學(xué)生的學(xué)習(xí)需要或者跟不上時代的步伐。我們可以對實(shí)驗(yàn)器材加以改進(jìn)，引入一些智能實(shí)驗(yàn)器材，補(bǔ)充和豐富現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材。

物理熱學(xué)中比熱容的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)器材是使用熱得快對水和煤油加熱，實(shí)驗(yàn)時還要提前測出兩種液體的質(zhì)量和初溫，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要同時記錄時間和溫度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，我們將計時器、電子秤和電子溫度計整合在一起，學(xué)生可以直觀看到加熱前、加熱中液體的質(zhì)量、溫度變化，對比性很強(qiáng)，效果明顯。

測家用電器的電功率實(shí)驗(yàn)，如果借助電能表和計時器，測量時學(xué)生不僅需要邊計時邊數(shù)電能表表盤轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，而且計算較為復(fù)雜。如果借助網(wǎng)購的電功率儀，直接將用電器接入電功率儀，再將電功率儀接入電路，打開用電器開關(guān)，實(shí)時電功率就可以直接在表盤上顯示出來。

當(dāng)然，智能環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是用虛擬實(shí)驗(yàn)、智能實(shí)驗(yàn)器材等全面取代學(xué)生的動手實(shí)驗(yàn)，而是現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種補(bǔ)充和完善。比如伏安法測電功率實(shí)驗(yàn)是初中物理一個重要的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，也是每年中考考核的重點(diǎn)。實(shí)際實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生要完成電路連接、觀察燈泡亮度、數(shù)據(jù)記載、計算電功率等操作，考察學(xué)生電路設(shè)計、動手、觀察、故障判斷、計算等能力。如果用智能的電功率儀去測小燈泡的功率反而讓學(xué)生失去了學(xué)習(xí)、實(shí)踐機(jī)會，也不能培養(yǎng)學(xué)生能力和思維。