鄭琪　任一凡　王璐

摘? ?要：線(xiàn)上教學(xué)是當(dāng)下教育發(fā)展的新形式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。文章在線(xiàn)上教學(xué)的背景下，探討了在中學(xué)物理教學(xué)中構(gòu)建“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的實(shí)踐意義與教學(xué)流程，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)“測(cè)量物質(zhì)折射率”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，擴(kuò)充教學(xué)思路。

關(guān)鍵詞：線(xiàn)上教學(xué);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);家庭實(shí)驗(yàn);測(cè)量折射率

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2022）6-0056-3

1? ? 引? 言

中學(xué)物理學(xué)科具有較強(qiáng)的邏輯性和抽象性，對(duì)學(xué)生的思維能力也有較高的要求，因此使用實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式將物理問(wèn)題具體化是中學(xué)物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。近年，因疫情防控需要，線(xiàn)上教學(xué)廣泛開(kāi)展，使得師生時(shí)空分隔，學(xué)生無(wú)法進(jìn)入學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)無(wú)法正常開(kāi)展。在這一現(xiàn)狀下，構(gòu)建“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”并和線(xiàn)上教學(xué)有機(jī)結(jié)合具有重要意義，不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和探索能力。

2? ? 構(gòu)建“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的原則與意義

目前，線(xiàn)上物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多以播放實(shí)驗(yàn)視頻的形式開(kāi)展，缺乏學(xué)生動(dòng)手的過(guò)程。開(kāi)展“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”旨在彌補(bǔ)這方面的缺失，深化學(xué)習(xí)中的探索過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解，提高學(xué)習(xí)效率，在當(dāng)前有限的環(huán)境下切實(shí)體現(xiàn)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》[1]中“解決實(shí)際問(wèn)題、具有科學(xué)探究意識(shí)、實(shí)事求是”的教學(xué)目標(biāo)。

2.1? ? 構(gòu)建“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的原則

2.1.1? ? 可行性原則

在開(kāi)展家庭物理實(shí)驗(yàn)課前，教師應(yīng)在選題上確保實(shí)驗(yàn)的可行性，包括實(shí)驗(yàn)器材是否能選用普通家庭中常有的物品以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程是否安全。同時(shí)，教師需要及時(shí)進(jìn)行線(xiàn)上指導(dǎo)，包括實(shí)驗(yàn)思路引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論分析，保障實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行нM(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生用生活中常見(jiàn)的物品代替實(shí)驗(yàn)器材，培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的能力。

2.1.2? ? 趣味性原則

線(xiàn)上教學(xué)中，如何提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性一直是教育工作者探討的熱點(diǎn)問(wèn)題，教師在“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的設(shè)計(jì)上應(yīng)該體現(xiàn)出比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)更顯著的趣味性。校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到課時(shí)、器材、場(chǎng)地等多方的影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和器材一般是固定的?！凹彝ノ锢韺?shí)驗(yàn)室”能夠不受上述條件限制，學(xué)生可以選取多樣化的器材，自主探索實(shí)驗(yàn)過(guò)程。同時(shí)，家庭物理實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中常見(jiàn)物品的妙用，并揭示其中蘊(yùn)含的物理規(guī)律，使得實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加生動(dòng)有趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與熱情，激發(fā)學(xué)生的探索欲望，對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。

2.2? ? 構(gòu)建“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的意義

2.2.1? ? 有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

線(xiàn)上課程在師生互動(dòng)、學(xué)生間互動(dòng)方面的效果遠(yuǎn)不及線(xiàn)下教學(xué)，物理學(xué)又是強(qiáng)調(diào)邏輯性和理論性的學(xué)科，部分學(xué)生難免在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到枯燥無(wú)味?！凹彝ノ锢韺?shí)驗(yàn)室”的教學(xué)方式能夠有效增強(qiáng)互動(dòng)性。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師可以提倡讓學(xué)生之間分享實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)過(guò)程，加強(qiáng)學(xué)生間的互動(dòng)與合作交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.2.2? ? 有助于加強(qiáng)學(xué)生的物理認(rèn)知

物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，學(xué)生在動(dòng)手和觀察的過(guò)程中，可以切身感知到事物的具體變化情況，再通過(guò)分析思考和教師的教學(xué)引導(dǎo)，及時(shí)將知識(shí)內(nèi)化，形成自己的知識(shí)體系。在新課改的背景下，教師不應(yīng)該固守以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)于物理知識(shí)的灌輸[2]，而是要注重培養(yǎng)學(xué)生的自主思維和自主探索能力，通過(guò)實(shí)踐探索事物發(fā)展的本質(zhì)規(guī)律，并輔以理論知識(shí)的支撐，深化學(xué)生物理知識(shí)體系的構(gòu)建?！凹彝ノ锢韺?shí)驗(yàn)室”的優(yōu)勢(shì)就是有極強(qiáng)的靈活性，學(xué)生可以在一定的選題中自主選擇實(shí)驗(yàn)器材，構(gòu)思新的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，靈活應(yīng)用知識(shí)，加強(qiáng)物理學(xué)科的理論認(rèn)識(shí)。

2.2.3? ? 有助于學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式中，物理實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一且固定，實(shí)驗(yàn)過(guò)程一般圍繞著教師的思路，學(xué)生缺乏自主性。結(jié)合新課改的理念，中學(xué)物理的教學(xué)更應(yīng)該貫徹以生為本的教育理念，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。家庭物理實(shí)驗(yàn)室對(duì)器材不作限制，真正做到以學(xué)生為主體，在張弛有度的實(shí)驗(yàn)器材選取過(guò)程中更好地培養(yǎng)學(xué)生自主思考和理論探究的能力[3]，發(fā)揮學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，并增強(qiáng)思維活躍性，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展。

3? ? “家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的教學(xué)流程

“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的教學(xué)需要真正貫徹學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教育理念，使學(xué)生在理論基礎(chǔ)完備的情況下切實(shí)體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)過(guò)程并加以思考，是開(kāi)展該教學(xué)形式的重要目標(biāo)，教學(xué)流程可分為兩個(gè)階段（圖1）。

3.1? ? 理論教學(xué)與自主探索階段

“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)學(xué)生需要經(jīng)歷學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、尋找合適的實(shí)驗(yàn)器材、完成實(shí)驗(yàn)三個(gè)過(guò)程。首先，進(jìn)行“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”教學(xué)活動(dòng)前，教師應(yīng)進(jìn)行理論教學(xué)，夯實(shí)理論基礎(chǔ)。接著，提出實(shí)驗(yàn)課題，即實(shí)驗(yàn)所需要探究的具體問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直播或錄制的方式，展示一個(gè)設(shè)計(jì)完整的演示實(shí)驗(yàn)，供學(xué)生參考借鑒。最后，鼓勵(lì)學(xué)生挖掘身邊的可用資源、探索實(shí)驗(yàn)過(guò)程，思考實(shí)驗(yàn)裝置能否創(chuàng)新或改進(jìn)，真正發(fā)揮學(xué)生的主體地位[4]。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生錄制實(shí)驗(yàn)視頻并上傳到班級(jí)公共網(wǎng)絡(luò)空間，促進(jìn)學(xué)生之間的思想碰撞、思維擴(kuò)散，加強(qiáng)學(xué)生間的交流。

3.2? ? 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與結(jié)果分析階段

“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的教學(xué)環(huán)節(jié)可以分為實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)、結(jié)果分析、完善拓展三個(gè)階段。首先，教師展示課前學(xué)生上傳的自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)視頻，鼓勵(lì)班級(jí)學(xué)生相互評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新點(diǎn)和探究性，并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。接著，教師應(yīng)及時(shí)點(diǎn)評(píng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，表?yè)P(yáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思維、實(shí)驗(yàn)器材選取的多樣化、理論概念的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性等，旨在激發(fā)學(xué)生自主思考和探索的興趣[5]。同時(shí)，及時(shí)指出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的不規(guī)范之處，并共同探討實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)源。最后，綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，旨在揭示實(shí)驗(yàn)結(jié)果蘊(yùn)含的物理規(guī)律，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)在課后進(jìn)一步完善自己的實(shí)驗(yàn)裝置。

4? ? “家庭物理實(shí)驗(yàn)室”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例——“測(cè)量物質(zhì)折射率”

中學(xué)物理中很多實(shí)驗(yàn)可以采用“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”和線(xiàn)上教學(xué)有機(jī)結(jié)合的形式進(jìn)行，但部分實(shí)驗(yàn)需要教師設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)思路或器材以適應(yīng)居家學(xué)習(xí)的教學(xué)背景。以高中物理“測(cè)量物質(zhì)折射率”實(shí)驗(yàn)為例，在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，“測(cè)量物質(zhì)折射率”最常用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案為插針?lè)y(cè)玻璃折射率，需要使用激光筆、玻璃磚等實(shí)驗(yàn)器材，無(wú)法滿(mǎn)足“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”的可行性原則。因此，本文基于光的折射和反射原理，提出一種適用于“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

4.1? ? 實(shí)驗(yàn)原理

將直尺與鏡面相互垂直擺放，根據(jù)光的反射原理，觀察者可以在鏡子另一側(cè)觀察到直尺上的刻度。直尺表面的光經(jīng)過(guò)液體時(shí)會(huì)發(fā)生折射，相同位置上的刻度將發(fā)生改變，整個(gè)過(guò)程的光路圖如圖2所示。我們可以通過(guò)測(cè)量指定位置的長(zhǎng)度，利用幾何關(guān)系及折射率公式計(jì)算出液體的折射率。對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們對(duì)折射和反射的概念熟悉程度高，本實(shí)驗(yàn)原理清晰，光路簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)踐。

4.2? ? 實(shí)驗(yàn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模哼\(yùn)用光的折射原理和光的反射原理，測(cè)定水的折射率。

（2）實(shí)驗(yàn)器材及裝置：鏡子、記號(hào)筆、直尺兩把（分別用于測(cè)量和觀測(cè)）、塑料碗（或能夠盛水的容器）、手機(jī)（或其他攝像設(shè)備）及用于固定實(shí)驗(yàn)器材的裝置等，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

（3）實(shí)驗(yàn)步驟：

①將鏡子緊貼盆底，刻度尺豎直擺放并固定，用記號(hào)筆在鏡面畫(huà)出標(biāo)記線(xiàn)，測(cè)量刻度尺到標(biāo)記線(xiàn)的距離，記為d。

②在另一側(cè)使用手機(jī)對(duì)著鏡面拍攝，此時(shí)標(biāo)記線(xiàn)與直尺上某一刻度重合，刻度讀數(shù)記為d，利用手機(jī)支架固定拍攝視場(chǎng)。

③往盆內(nèi)注水至一定高度，此時(shí)拍攝視場(chǎng)內(nèi)與標(biāo)記線(xiàn)重合的刻度發(fā)生改變，待水面穩(wěn)定后讀數(shù)：刻度讀數(shù)記為d3、水位高度記為d4。

（4）注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意鏡子、直尺、攝像設(shè)備嚴(yán)格固定，避免產(chǎn)生系統(tǒng)誤差;注意用于觀測(cè)的刻度尺底部是否存在無(wú)刻度的部分，避免產(chǎn)生讀數(shù)誤差。實(shí)驗(yàn)時(shí)直尺可以反面擺放，使拍攝的鏡面內(nèi)刻度為正向，便于讀數(shù);標(biāo)記線(xiàn)畫(huà)得盡可能細(xì)，讀數(shù)更準(zhǔn)確;注水的水位應(yīng)盡可能高，現(xiàn)象更為明顯，結(jié)果更準(zhǔn)確。

5? ? 總? 結(jié)

線(xiàn)上物理教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)仍不可忽視，打造“家庭物理實(shí)驗(yàn)室”和線(xiàn)上教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生利用生活物品開(kāi)展實(shí)踐，切身體驗(yàn)物理的規(guī)律，有助于加強(qiáng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，并有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)自主思考、自主探究的能力。

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