梁喆 李金玲

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)，教師應(yīng)靈活運(yùn)用多種教學(xué)方式，充分發(fā)揮不同教學(xué)方式獨(dú)特的育人功能。混合式教學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)“共振”，催生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)新范式。混合式教學(xué)（對學(xué)生而言就是混合式學(xué)習(xí)）由何克抗教授首次引入國內(nèi)^[1]?；旌鲜浇虒W(xué)是將課堂教學(xué)與課外學(xué)習(xí)融為一體的教學(xué)，它需要以數(shù)字化教育資源為保障和基礎(chǔ)^[2]。也有學(xué)者認(rèn)為混合多種教學(xué)理論、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)風(fēng)格、教學(xué)方式、學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)都可稱為混合式教學(xué)^[3]。物理教師依托實(shí)驗(yàn)開展混合式教學(xué)可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。在混合式教學(xué)助力數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)用手機(jī)物理工坊Phyphox自帶的壓強(qiáng)和電梯模塊，指導(dǎo)學(xué)生觀測大氣壓變化，讓他們在真實(shí)問題情境中重構(gòu)對氣壓變化的認(rèn)識，認(rèn)識數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的意義，有利于探索物理實(shí)驗(yàn)的新方式。

一、物理混合式教學(xué)亟待解決的問題

教師開展物理混合式教學(xué)應(yīng)摒棄以往工廠式的集中教育方式，以學(xué)生為中心實(shí)施彈性教育，分級教學(xué)，將在線學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)有機(jī)地結(jié)合，將虛擬空間與實(shí)體體驗(yàn)相結(jié)合，兼顧“因材施教”與“有教無類”，實(shí)現(xiàn)知識框架的優(yōu)化與方法迭代的協(xié)調(diào)統(tǒng)一^[4]。當(dāng)前的課程教學(xué)以班級授課為主，如何將混合式教學(xué)模式融合應(yīng)用于現(xiàn)有的系統(tǒng)中，補(bǔ)齊傳統(tǒng)教學(xué)的短板，需要教師探索。當(dāng)前物理混合式教學(xué)主要存在如下問題。

（一）陷入混合之困，需要有效落實(shí)“雙減”政策

物理混合式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，需要保障學(xué)生有充足的時(shí)間與空間，同時(shí)對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了很高要求。當(dāng)前，高校物理混合式教學(xué)已成常態(tài)，中小學(xué)尚處于嘗試和探索狀態(tài)。初中生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)突出，如人員集中、時(shí)間固定等，但他們自主時(shí)間匱乏，自控能力較弱。信息時(shí)代，社會、學(xué)校、家長都面臨如何讓學(xué)生真實(shí)參與、積極探索、自主學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)等棘手問題。在“雙減”政策的背景下，教師探索混合式教學(xué)，可以讓學(xué)生擁有更多的自主時(shí)間和空間。

（二）難以把控混合之度，需要規(guī)范學(xué)生的手機(jī)使用行為

學(xué)生的混合式學(xué)習(xí)路徑與學(xué)習(xí)體驗(yàn)相關(guān)，教師對于教學(xué)過程中線上、線下的融合比例不易把控。線上教學(xué)是必備的教學(xué)活動(dòng)，教師不能簡單地將其定位為教學(xué)活動(dòng)的輔助或補(bǔ)充。線下教學(xué)應(yīng)是以線上的教學(xué)為基礎(chǔ)開展的深度教學(xué)，而不是復(fù)制傳統(tǒng)教學(xué)。準(zhǔn)確合理把握線上線下混合式教學(xué)中混合的程度很關(guān)鍵。同時(shí)，教師需要規(guī)范學(xué)生使用智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備的行為。教師如何把握混合程度，基于經(jīng)驗(yàn)的感知，或源于學(xué)情的判斷，又或統(tǒng)籌思維的提升，再或考慮教學(xué)的實(shí)踐，都亟須科學(xué)界定。

（三）缺乏精細(xì)化切塊呈現(xiàn)，需要科學(xué)分割視頻優(yōu)化數(shù)據(jù)分析

對于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一些難操作或危險(xiǎn)度高的實(shí)驗(yàn)，如托里拆利實(shí)驗(yàn)，很多教師會借助視頻媒體展示實(shí)驗(yàn)。教師連續(xù)播放物理實(shí)驗(yàn)視頻，由于速度太快，導(dǎo)致學(xué)生很難迅速吸收，難以明晰各個(gè)步驟的因果關(guān)系。學(xué)生缺乏足夠的基礎(chǔ)認(rèn)知加工這一建立因果關(guān)系認(rèn)識的必要步驟，難以生成物理思維的長時(shí)記憶。如托里拆利實(shí)驗(yàn)，師生可以用水、透明抗壓軟管探究大氣壓強(qiáng)的大小，并錄制實(shí)驗(yàn)過程。教師利用10米多長的管道實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生探究熱情，將視頻分割切塊，漸進(jìn)式呈現(xiàn)測量過程中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行深度分析，讓學(xué)生對知識理解更透徹。

（四）不重視專業(yè)的完整性，需要科學(xué)應(yīng)用混合式模式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)

混合式教學(xué)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)，具有靈活性和變動(dòng)性，需要教師開展專業(yè)的完整的物理教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。教師以強(qiáng)化物理學(xué)科知識的視角，建立以實(shí)驗(yàn)探究為主線的教學(xué)模式，利用線上線下融合的方式開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要兼顧線下實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情境性，呈現(xiàn)線上展示的數(shù)據(jù)科學(xué)性和交流互動(dòng)性，留給學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間，允許學(xué)生適當(dāng)張揚(yáng)個(gè)性。教師應(yīng)用混合式教學(xué)模式，設(shè)計(jì)專業(yè)化的物理實(shí)驗(yàn)過程和完整的物理實(shí)驗(yàn)操作步驟，高效互動(dòng)，才能更好地因材施教。

二、物理混合式教學(xué)助力數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的策略

物理混合式教學(xué)如何助力數(shù)字化實(shí)驗(yàn)？筆者基于2016年德國亞琛工業(yè)大學(xué)開發(fā)共享的手機(jī)物理工坊Phyphox（Physical Phone Experiments）探析水氣壓計(jì)的變化（魯科版教材大氣壓強(qiáng)），利用傳感技術(shù)對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證?；旌鲜浇虒W(xué)助力數(shù)字化實(shí)驗(yàn)策略如下。

（一）混合傳統(tǒng)與創(chuàng)新視角下促進(jìn)“對比、分析與思考”

教師將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有機(jī)混合，可以促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)可視化的對比、分析與思考。大氣壓非固定不變，而是隨海拔高度升高而減小的。教師直接呈現(xiàn)結(jié)果，學(xué)生存有疑問。筆者通過交流與調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對上述結(jié)果并不明確——對于海拔高度差在1 km至12 km范圍內(nèi)的壓強(qiáng)變化，學(xué)生很難去測量，也無法真實(shí)體驗(yàn)。在混合式教學(xué)模式下，學(xué)生可利用信息技術(shù)，聯(lián)合伙伴協(xié)同跨越不同海拔地域，測量壓強(qiáng);也可在同區(qū)域小范圍高度如1 m至100 m范圍內(nèi)（相當(dāng)于32層的樓高），探究其升高所引發(fā)的氣壓變化，體驗(yàn)真實(shí)情境。筆者帶領(lǐng)學(xué)生在探究中應(yīng)用水氣壓計(jì)和Phyphox手機(jī)傳感器進(jìn)行研究對比，分析數(shù)據(jù)，探究大氣壓問題的，提升物理科學(xué)思維能力。筆者通過以上對比和補(bǔ)充，讓學(xué)生真實(shí)參與實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，提高他們的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

（二）混合獨(dú)立與協(xié)作視角下提升“參與、體驗(yàn)與獲得”

教師在物理實(shí)驗(yàn)中將個(gè)體研究與協(xié)作探索有機(jī)混合，有助于提高學(xué)生物理素養(yǎng)。魯科版教材的“觀察與實(shí)驗(yàn)”等內(nèi)容介紹水氣壓計(jì)，關(guān)注學(xué)生的真實(shí)情境嘗試，真切探索體驗(yàn)，真正的知識獲得。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生利用玻璃瓶、橡膠塞、細(xì)玻璃管、帶顏色的水等材料，將開口的透明吸管標(biāo)記上刻度（與刻度尺聯(lián)合使用），穿過橡膠塞并插入水中，從管口向瓶內(nèi)吹入少量氣體，使瓶內(nèi)氣壓大于大氣壓，停止吹氣后，水沿吸管上升到瓶口以上。注意：裝置氣密性要好，要避免受熱和擠壓影響瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)。水氣壓計(jì)實(shí)驗(yàn)中儀器從0到92 m高度變化后的玻璃管中液面從3.7 cm到6.5 cm，高度差為2.8 cm，相當(dāng)于280 Pa，而教材寫明海拔3000 m以下，大約每升高10 m，大氣壓減小100 Pa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與教材不同。學(xué)生靜置裝置發(fā)現(xiàn)細(xì)管中液面下降，綜合分析后認(rèn)為是漏氣所致。處理裝置氣密性難度很大。學(xué)生改善后再次實(shí)驗(yàn)，效果好轉(zhuǎn)，但仍有待提升。實(shí)驗(yàn)中，隨著高度增加，瓶內(nèi)氣壓大于瓶外氣壓，使得玻璃管內(nèi)液面上升，效果明顯。

（三）混合線上和線下視角下拓寬“分享、討論與探究”

教師開展混合式教學(xué)要以線上與線下融合配置的視角，選擇合適的時(shí)間、技術(shù)以匹配學(xué)習(xí)環(huán)境、資源和活動(dòng)，讓學(xué)生形成適合自身需要的能力，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)方式的目的。學(xué)校開展混合式教學(xué)需要發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，使用適配教學(xué)方法和教學(xué)手段的技術(shù)手段，拓寬分享渠道，加深討論深度和探究程度，最大限度幫助學(xué)生在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)點(diǎn)上取得顯著的學(xué)習(xí)成果^[5]。在線上線下混合學(xué)習(xí)的模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)更加高效：線下真實(shí)參與物理實(shí)驗(yàn)，感受物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和探究的過程;線上利用Phyphox開源App和網(wǎng)站分享相關(guān)的測量數(shù)據(jù)（如圖1），共享實(shí)驗(yàn)結(jié)果，共同分析歸納實(shí)驗(yàn)規(guī)律?；旌鲜浇虒W(xué)讓學(xué)生在線上線下都可以針對氣壓隨高度的變化進(jìn)行探討研究，構(gòu)建大氣壓知識。

學(xué)生利用Phyphox這個(gè)App和互聯(lián)網(wǎng)，能在電腦上同步共享數(shù)據(jù)。在測量隨高度減小而壓強(qiáng)變化的過程中，筆者選擇本地一座32層高樓，將Phyphox和電腦通過熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接好，點(diǎn)擊開始進(jìn)行測量（如圖2）。隨著高度減?。◤?2樓降至1樓），壓強(qiáng)不斷增大（從992.1855 hPa升至1003.08673 hPa），轉(zhuǎn)而繼續(xù)研究隨高度變大（從1樓升至32樓），壓強(qiáng)不斷減?。◤?003.0343 hPa降至992.09814 hPa）。在高度差約為92 m的變化中，壓強(qiáng)差變化約11 hPa。這些數(shù)據(jù)是基于智能手機(jī)自帶傳感器測量得到的，傳感器精度以及受其他環(huán)境因素的干擾等因素，是造成數(shù)據(jù)偏差的主要原因。未來用戶基于Phyphox可以外接傳感器，選用精度更高的外置壓強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)。

（四）混合生活和應(yīng)用視角下審辨“操作、嘗試與實(shí)踐”

筆者從生活情境切入，讓學(xué)生認(rèn)識水銀氣壓計(jì)、金屬盒氣壓計(jì)等。學(xué)生通過學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)知識后，發(fā)現(xiàn)校園中滅火器上的壓力表。筆者以此切入，讓學(xué)生審辨、思考物理知識與生活的聯(lián)系，感受操作、活動(dòng)與實(shí)踐的樂趣，體會物理學(xué)習(xí)的本真意義。學(xué)生通過閱讀教材和搜集相關(guān)資料，明確測量氣壓的儀器叫氣壓計(jì)（見表1）?；谕欣锊鹄麑?shí)驗(yàn)原理測量大氣壓的儀器被稱為水銀氣壓計(jì)，該儀器測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確但攜帶不便;生活常用的氣壓計(jì)是金屬盒氣壓計(jì)（無液氣壓計(jì)），該儀器攜帶方便但測量數(shù)據(jù)不夠精確。教材提到天氣變化影響大氣壓。一般來說，陰雨天大氣壓會低些，天氣晴朗、干燥時(shí)大氣壓會高些。學(xué)生通過對知識的學(xué)習(xí)，在對比生活化的應(yīng)用中，更能感受物理與生活的緊密聯(lián)系。

三、物理混合式教學(xué)助力數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的思考

教師開展混合式教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，指導(dǎo)學(xué)生掌握知識并進(jìn)行運(yùn)用與創(chuàng)造;提高學(xué)生能力，培養(yǎng)毅力和科學(xué)精神;鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性化自主學(xué)習(xí)，指引學(xué)生成為終身學(xué)習(xí)者^[6]。教師將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入混合式教學(xué)中，能更好地發(fā)揮Phyphox的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。

（一）創(chuàng)新作業(yè)方式開拓新范式

創(chuàng)新作業(yè)方式是符合當(dāng)前“雙減”要求的。在紙筆作業(yè)以外，教師創(chuàng)新數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)物理知識、規(guī)律探究作業(yè)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。學(xué)生真實(shí)參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作，并親歷數(shù)據(jù)的收集與處理，對物理學(xué)科知識、規(guī)律的認(rèn)識會更加明晰。未來物理學(xué)科作業(yè)，應(yīng)當(dāng)依托物理實(shí)驗(yàn)的特色屬性，展現(xiàn)對學(xué)生動(dòng)手操作、參與體驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力^[7]，教師可以這種復(fù)合型、綜合性的新的作業(yè)范式，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（二）引入新視角合理使用手機(jī)

手機(jī)管理是中小學(xué)管理內(nèi)容之一，也是管理上的難點(diǎn)、痛點(diǎn)。智能手機(jī)附帶海量信息網(wǎng)絡(luò)資源，教師需要客觀科學(xué)公正對待。教師利用Phyphox的開源性網(wǎng)站、App中的互動(dòng)功能，以及智能手機(jī)自帶的傳感器，可以帶領(lǐng)學(xué)生及時(shí)收集處理數(shù)據(jù)，不受空間限制地開展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，如測量速度、壓強(qiáng)、磁場等，這極大改變了家長及師生對智能手機(jī)使用的態(tài)度和認(rèn)識。師生和家長要以新視角看待智能手機(jī)使用問題，未來學(xué)生的學(xué)習(xí)探索是不能避開網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)支撐的。

（三）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出新方法

物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集后的分析非常重要，師生都應(yīng)當(dāng)具備從數(shù)據(jù)中總結(jié)物理規(guī)律的能力。Dislab實(shí)驗(yàn)器材比較豐富，但價(jià)格較高。Phyphox的應(yīng)用，解決了實(shí)驗(yàn)器材難配置的問題，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的效果。無論是收集測量結(jié)果，還是生成規(guī)律曲線，Phyphox足以支持師生開展大量有趣有用的物理實(shí)驗(yàn)^[8]。師生應(yīng)用Phyphox進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、處理非常方便。

（四）融合混合模式嘗試新實(shí)踐

混合式學(xué)習(xí)是未來學(xué)習(xí)的主流方式，教師使學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)力、學(xué)習(xí)者等混融共生是混合式教學(xué)的關(guān)鍵嘗試。教師應(yīng)在混合式教學(xué)中針對性因材施教，優(yōu)化班級授課模式，嘗試走班制、選修制，在不改變紙筆考試核心地位的前提下，注重學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展，提高他們的學(xué)習(xí)能力。

混合式教學(xué)是未來學(xué)校的主流教育方式，注重以學(xué)生為中心、個(gè)性化定制、全員育人^[9]?；旌鲜浇虒W(xué)模式下，適應(yīng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的學(xué)生能得到發(fā)展;未能跟上節(jié)奏的學(xué)生也可以通過混合式學(xué)習(xí)來加強(qiáng)知識儲備，如此各展其才，人人成功。物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化趨勢更加貼近生活，這引發(fā)師生對Phyphox等工具大膽嘗試應(yīng)用。混合式教學(xué)的新模式和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的新手段支持學(xué)生在測量磁場、電場、音調(diào)、響度、光強(qiáng)度等方面進(jìn)行深入研究，甚至拓展到生物學(xué)、化學(xué)等學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科探究。

注：本文系山東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度立項(xiàng)課題“初中物理混合式教學(xué)生態(tài)區(qū)塊鏈研究”（課題編號：2020ZC074）的成果。

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（作者梁喆系山東省淄博市淄川第二中學(xué)教師;李金玲系山東省淄博市淄川區(qū)雙楊鎮(zhèn)趙瓦小學(xué)教師）

責(zé)任編輯：祝元志