初中物理線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)探析

程建軍

(蘇州市振華中學(xué)校,江蘇 蘇州 215006)

在互聯(lián)網(wǎng)信息化飛速發(fā)展的時(shí)代,線上教學(xué)迅猛發(fā)展,線上線下融合教學(xué)將成為常態(tài)化的教學(xué)模式.在線上線下融合教學(xué)中,義務(wù)教育物理課程實(shí)施也將面臨新的挑戰(zhàn),義務(wù)教育物理課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程,具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性等特點(diǎn),[1]在線上線下融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何有效組織學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究,豐富動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng),提高學(xué)生的科學(xué)探究能力,是一個(gè)值得探討的課題.

1 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)的變革與重構(gòu)

線上線下融合教學(xué)是以學(xué)生為中心,通過技術(shù)手段打通線上和線下、虛擬和現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)場景中各種結(jié)構(gòu)、層次、類型的數(shù)據(jù),形成線上線下融合的場景生態(tài),實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)與服務(wù)的教學(xué)新樣態(tài).[2]這種新型的教學(xué)模式將推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)方式的變革與重構(gòu),使課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變革(如圖1所示).線上線下融合教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,教師則是學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)者,教師與學(xué)生組成了一個(gè)學(xué)習(xí)共同體.線上線下融合教學(xué)打破了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)受空間及時(shí)間的限制,為此初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也可以采用線上線下融合方式,創(chuàng)建多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境,選擇、整合或開發(fā)適合學(xué)生發(fā)展所需求的實(shí)驗(yàn)資源,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,合理選擇和利用實(shí)驗(yàn)資源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、得出結(jié)論,通過線上平臺和線下教學(xué)相結(jié)合方式開展小組合作、交流、評估與反思等活動(dòng).通過開展微實(shí)驗(yàn)、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、家庭實(shí)驗(yàn)、物理小制作、跨學(xué)科實(shí)踐、物理微課題等活動(dòng)豐富初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),同時(shí)借助信息化手段采取主體多元、形式多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià),尤其重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過程性評價(jià),及時(shí)跟蹤學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)過程,幫助教師能更快更準(zhǔn)地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng),發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的育人功能,促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.

圖1 線上線下融合教學(xué)結(jié)構(gòu)圖

2 線上線下融合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

初中物理教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的,在線上線下融合教學(xué)中如何開展有效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),是一線物理教師面臨的新挑戰(zhàn),線上教學(xué)中不能以播放實(shí)驗(yàn)視頻替代線下教學(xué)中的實(shí)驗(yàn),線下教學(xué)中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)正是學(xué)生最感興趣的,實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生的好奇心和未知欲.在2022年版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中,“實(shí)驗(yàn)探究”是一級主題,其中包含了測量類和探究類學(xué)生必做的21個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生只有通過物理實(shí)驗(yàn)才能理解和掌握知識,從而構(gòu)建物理概念,深化對物理規(guī)律認(rèn)識,領(lǐng)悟其內(nèi)涵及相互聯(lián)系,潛移默化中提升核心素養(yǎng).

在線上線下融合教學(xué)中,教師可以利用線上和線下教學(xué)的各自優(yōu)勢,進(jìn)行互補(bǔ)與融合方式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué).對于一些測量類的基本實(shí)驗(yàn),教師可以先通過線上直播或播放視頻形式,讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范和實(shí)驗(yàn)方法,然后再進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練.演示實(shí)驗(yàn)教師可以通過移動(dòng)攝像頭連接線上教學(xué)平臺近距離直播實(shí)驗(yàn)的過程和現(xiàn)象,這樣每位學(xué)生都能觀察清楚,比教室里教師在講臺上演示可視性更好.我們還可以借助于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(如圖2所示),電腦屏幕上同時(shí)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)真實(shí)場景和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,將屏幕分享給學(xué)生,讓學(xué)生在線觀看實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理,比直接觀看實(shí)驗(yàn)視頻更能激發(fā)學(xué)生的興趣.隨著人工智能的普及與發(fā)展,不久的將來,我們甚至可以搭建真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)的環(huán)境,讓學(xué)生遠(yuǎn)程操縱實(shí)驗(yàn)設(shè)備來獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和得出結(jié)論.

圖2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

在線上線下融合教學(xué)中,教師還可以引導(dǎo)學(xué)生開展家庭實(shí)驗(yàn)探究和跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),利用身邊的物品大膽設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告和短視頻的方式上傳到線上平臺,與同學(xué)和老師進(jìn)行分享,教師從中選擇一些典型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和作品,組織學(xué)生一起來交流與討論,幫助學(xué)生完善家庭實(shí)驗(yàn)和跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),同時(shí)展示一些優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與作品,以此激勵(lì)學(xué)生.生活中完成的自主實(shí)驗(yàn)和跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),其體驗(yàn)感更強(qiáng),更能激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣,更能提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力.

例如學(xué)生學(xué)習(xí)了物質(zhì)的物理屬性知識后,可以引導(dǎo)學(xué)生制作一個(gè)醫(yī)用冷藏盒,以項(xiàng)目小組為單位,首先對不同低溫物質(zhì)對冷藏盒的保溫性能有什么樣的影響等問題進(jìn)行探究,然后需要哪些材料、冷藏盒的大小與形狀、如何使冷藏盒更密封、能否顯示冷藏盒內(nèi)溫度等問題制訂創(chuàng)作計(jì)劃,學(xué)生在生活物品中選擇合適的保溫材料和低溫物質(zhì)自制一個(gè)醫(yī)用冷藏盒,并測量小組制作的冷藏盒在一定時(shí)間盒內(nèi)的溫度變化,通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)該容器的保溫性能(如圖3).在各小組實(shí)驗(yàn)探究和冷藏盒制作后安排一次集體展示活動(dòng),通過線上線下融合方式分享自己小組的想法、設(shè)計(jì)方案和研究過程等,對實(shí)驗(yàn)探究和冷藏盒制作過程、遇到的困難、解決辦法進(jìn)行說明,并展示冷藏盒的外觀、內(nèi)部機(jī)構(gòu)和保溫性能.教師組織各個(gè)小組進(jìn)行自評和互評(圖4),讓各個(gè)小組互相指出最成功之處和提出優(yōu)化的建議,各小組可以借鑒提出的建議設(shè)計(jì)合理的改進(jìn)和優(yōu)化措施,提高冷藏盒的保溫性能(圖5).

圖3 學(xué)生探究活動(dòng)

圖4 項(xiàng)目小組交流與展示

圖5 學(xué)生制作的醫(yī)用冷藏盒作品

因此,借助線上線下融合方式可以為學(xué)生構(gòu)建多樣化的真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境,讓學(xué)生多維度深入情境中,去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題,促成深度學(xué)習(xí).

3 線上線下融合開發(fā)利用教學(xué)資源

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和線上教育的興起,網(wǎng)上有非常豐富和多樣的學(xué)習(xí)資源,然而對于初中學(xué)生在網(wǎng)上去尋找自己合適的學(xué)習(xí)資源,可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)迷航現(xiàn)象,這就需要教師的正確引導(dǎo)和幫助.網(wǎng)上物理學(xué)習(xí)資源花樣百出,教師在教學(xué)時(shí),對于網(wǎng)絡(luò)資源不能拿來就用,需要甄選、整合、利用,要提供學(xué)生更多的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境資源,讓學(xué)生對物理課程更加感興趣,通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí).網(wǎng)上也有一些比較好的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境資源,例如NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)設(shè)了一個(gè)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,學(xué)生在這個(gè)環(huán)境下可以在線體驗(yàn)許多初中物理實(shí)驗(yàn)的操作與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,特別是可以自己創(chuàng)建新的實(shí)驗(yàn),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的探究活動(dòng),對于微觀粒子和宏觀天體運(yùn)動(dòng)可以模擬展示,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)操實(shí)驗(yàn)的局限.

筆者所在學(xué)校物理學(xué)科發(fā)展示范中心結(jié)合初中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的特點(diǎn),構(gòu)建了一個(gè)線上線下融合物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境教學(xué)資源平臺.從課堂教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)、課后拓展學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)、物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)情境創(chuàng)設(shè)等不同角度對物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境進(jìn)行深度開發(fā),通過微信公眾號定期推送物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境設(shè)計(jì)與指導(dǎo),以線上和線下融合的方式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生情境感知,形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).例如學(xué)生在學(xué)習(xí)物態(tài)變化這部分內(nèi)容時(shí),指導(dǎo)學(xué)生利用家里的冰箱做很多有關(guān)物態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),有的學(xué)生用冰箱研究清水、糖水和鹽水凝固點(diǎn)實(shí)驗(yàn),從收集到的數(shù)據(jù)得出鹽水的凝固點(diǎn)要低一些,進(jìn)而解釋了冬天路面結(jié)冰為什么要撒鹽的道理;有的同學(xué)還用冰箱進(jìn)行自制冰淇淋等實(shí)驗(yàn);為了學(xué)生能更好體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂趣,示范中心利用微信公眾號推出了一期“番茄冰環(huán)”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)(如圖6),通過微信公眾號指導(dǎo)學(xué)生在家里完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng),實(shí)驗(yàn)過程如下:取幾個(gè)小番茄洗凈擦干,將它放到冰箱冷凍室里(溫度約-18 ℃),過一個(gè)晚上拿出來,就變成硬邦邦的冰凍番茄堅(jiān)果了.取出在冰箱冷凍室放置一段時(shí)間但尚未結(jié)冰的瓶裝水,倒入一個(gè)小玻璃碗中,水量大約小半碗,再將冷凍室拿出的冰凍小番茄迅速放入碗中,碗中的水就在小番茄底部和邊上漸漸凝固,一圈白色的冰環(huán)在小番茄周邊慢慢形成,番茄表面快速形成一層淺淺的霧霜,如同一層亞光膜,同時(shí)碗壁上出現(xiàn)水霧.小番茄表面的白霜和碗壁上的水霧,是冰凍小番茄附近溫度較高的水蒸氣遇到低溫的冰凍小番茄,發(fā)生的凝華和液化現(xiàn)象,小番茄周圍的水發(fā)生了凝固形成了冰環(huán).該活動(dòng)通過一個(gè)小番茄就讓學(xué)生觀察到許多的物態(tài)變化現(xiàn)象,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

圖6 微信公眾號推送微實(shí)驗(yàn)情境

再例如學(xué)生學(xué)習(xí)光現(xiàn)象知識時(shí),布置學(xué)生在周末時(shí)間探究樹蔭下的光斑實(shí)驗(yàn),如圖7所示,學(xué)生在室外太陽光下做實(shí)驗(yàn)的過程和完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

學(xué)生在學(xué)習(xí)“二力平衡”知識時(shí),自己就在家里找各種各樣的物品來做“有趣的平衡”實(shí)驗(yàn),如圖8所示,玩得不亦樂乎.

圖8 有趣的平衡

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境資源豐富了物理課程學(xué)習(xí),同時(shí)借助線上平臺分享活動(dòng)過程,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)空間的變化,從課堂延伸到課外,從線下到線上,打開學(xué)生的學(xué)習(xí)視野,并通過開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力.

物理小制作和物理微課題活動(dòng)也是開展線上線下融合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常好的方式與資源.物理小制作活動(dòng)以知識單元為模塊布置作品內(nèi)容,以開放、創(chuàng)新為特色,給學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)踐活動(dòng)量及思維度都很大,制作內(nèi)容也比較豐富.學(xué)生在活動(dòng)情境下將日常生活中的瓶子、盒子等廢舊物品利用起來組合成一個(gè)個(gè)與物理學(xué)習(xí)有關(guān)的物理小制作(如圖9),體會(huì)了物理學(xué)習(xí)的樂趣.物理微課題活動(dòng)是以所學(xué)物理知識為基礎(chǔ),可以結(jié)合學(xué)習(xí)進(jìn)度設(shè)計(jì)以課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容為拓展主題的動(dòng)手實(shí)踐課題,也可以設(shè)計(jì)以學(xué)科知識深度拓展和延伸為目標(biāo)的較為前沿的課題,讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣及小組合作團(tuán)隊(duì)的研究能力進(jìn)行課題選擇并開展研究.例如“引力彈弓”這個(gè)課題來源于學(xué)生對電影“流浪地球”觀影活動(dòng),學(xué)生觀看影片后,通過查閱圖書、網(wǎng)絡(luò)搜索等途徑查找資料,找到相關(guān)的理論依據(jù)、實(shí)踐情況等,并在此基礎(chǔ)上提出他們自己的設(shè)想,有很強(qiáng)的合作性和開放性,有利于學(xué)生的思維進(jìn)階,同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的物理及數(shù)學(xué)建模能力,開闊了學(xué)生的學(xué)習(xí)視野.

圖9 學(xué)生小制作作品

在教學(xué)實(shí)踐中,教師可以利用網(wǎng)絡(luò)交流平臺建立“物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)交流空間”,引導(dǎo)學(xué)生通過線上平臺以視頻、照片、PPT、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方式展示物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過程和成果(如圖10),組織學(xué)生在平臺上相互交流討論,及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生順利進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng),同時(shí)教師篩選一部分典型的活動(dòng)素材,在線下課堂中進(jìn)行展示與討論,豐富物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源.

圖10 學(xué)生微課題活動(dòng)研究報(bào)告

4 結(jié)語

線上線下融合的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在重構(gòu)物理課堂和提高教學(xué)水平方面具有深遠(yuǎn)影響.初中物理教學(xué)必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),要為學(xué)生創(chuàng)造更多親身經(jīng)歷的實(shí)踐體驗(yàn),同時(shí)借助線上平臺為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)情境資源和交流空間,通過線上線下融合方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主、合作、探究學(xué)習(xí),有效提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)科核心素養(yǎng).