创客理念在高中物理学生分组实验教学中的应用

姚珍

摘 要：物理实验教学要培养的是学生实验原理分析，实验设计，实验操作技能以及实验误差的分析和实验改进等物理实验科学素养。传统物理实验教学，对实验设计原理操作的规范性，是有优势的，但是在于促进学生自主思考，发现问题，解决问题的培养是不足的。本文以自由落体实验为例，阐述从创客教育理念的角度来进行教学：从“开放创新”引导学生思考分析设计实验；从“探究体验”增加学生参与和体验，由此发现问题，解决问题；最后结合“学中做，做中学”的理念，让物理规律在实际的应用中得到升华，从而为物理实验教学提供另外的一种思路。

关键词：创客理念；物理学生分组实验；教学应用

《普通高中物理课程标准（2017）》中明确指出高中学生应：“具有科学探究意识，能发现问题、提出合理猜测；具有设计实验探究方案和获取证据的能力，能正确实施实验探究方案，使用各种科技手 段和方法收集信息；具有分析论证的能力，会使用各种方法和手段分析、处理信息，描述、解释实验探究结果和变化趋势；具有合作与交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思实验探究过程与结果。”[ 1 ]社会科技的发展，教育科学的发展，对学生实验能力有着更高的标准和要求，传统的物理教学方式已经不能完全胜任时代的需求。

创客教育作为一种融合信息技术，秉承“开放创新”，“探究体验”，“学中做，做中学”的学习方式和以培养创新型人才为目的的新型教学模式[ 2 ]，为寻求改变的高中物理实验教学提供了方法和策略。

1 “开放创新”在高中物理学生分组实验教学中的应用

“开放创新”的理解，笔者认为在教学上“开放”是指校内外的资源的共享和互通，是课堂知识和自然、社会生活的交融。“创新”的理解，笔者认为并不意味着一定是前无古人，或者一定要先进高科技才叫创新。教师可以根据学校自身的实验设备装置，根据学生的认知情况，引进更多生活中常见的容易获得的物件，引导学生思考实验原理，实验设计，而能由学生自主思考得出，都可以认为是创新[ 3 ]。即使前人已有发现，但对于学生个体来说是思考获得的，对其而言就是创新了。“创新”理念在实验教学中，更应该侧重与学生创新思维的培养，鼓励思考和思维习惯的养成。只有学会思考，懂得思考，乐于思考，才能在成长的道路上不断让思维成熟，让知识技术得以积累，才可能在某天有所创新[ 3]。

传统物理学生实验，学生按教师指定好的实验目的，实验原理，实验步骤，数据记录，分析误差等进行操作完成。学生只是实验的操作者，没有真正的参与接触物理实验最灵魂的部分——实验原理和实验设计。应用创客理念，我们在实验教学中引导学生进行实验设计，让学生成为实验的总设计师，让他们按照自己的设计来完成实验，让实验成为他们自己的实验。

实验设计的创新。由于学生层次上的差异，教师需要选择不同的教学方式来引导学生思考设计实验。以自由落体实验为例，提出明确的实验目标——求自由落体运动的加速度值。有的学生可能马上得出设计大致的做法。但，对于没有反应出来的学生，可以展示打点计时器，当看到打点计时器，学生可能就会反应过来，可以用打点计时器来测加速度。教师事先提供的多于课本实验器材的实验材料，学生在有了大致的原理下，根据提供的器材设计和组装实验，开始实验。组装的结果和课本处理差异不大，但是学生从教师告诉他们怎么做转变为他们自己思考怎么做，这本身已经是进步。而这种自己思考得来的，对学生个体而言就是创新了。

另外一种设计是根据频闪照像机的原理。给学生展示频闪照像机拍出来的照片，根据之前的学习，学生可以理解从照片上求加速度的原理。再向学生展示一段小视频：一段连惯的小视频可以在一些视频软件上逐帧播放。两种信息的结合，学生的思考方向会被带动到新的实验设计方向。学生会想到用手机拍下视频，在视频编辑器中，逐帧记录下相等时间间隔的位移，求出加速度。

还有一种设计根据手机或ipad的app 软件。有许多可以使用的学习软件，像sparkvue软件，适用于数据处理功能。教学上，让学生自己摸索玩这些软件，让他们熟悉软件的功能，再向他们提出是否可以设计求自由落体的加速度。有些学生已经有设计方案了，对于还没有设计出来的学生，可以进一步向他们展示图象横纵轴和斜率所能代表的物理意义，这样学生在一层一层的引导下，向着新的设计原理思考，得出加速度。

2 “探究体验”在高中物理学生分组实验教学的应用

传统的教学，物理实验是既定的成功实验，学生按照教师的设计路线得出唯一正确的结果，但是学生不能真正体会实验为什么这样设计，为什么一些细节只能这样处理实验才是成功的。“探究体验”的教学方式，是增加学生自主体验，通過自己摸索否定不够精确的实验设计，找寻精确设计的过程。

在自由落体实验教学中，教师可以做这样的设计：提供成分为木材，铅块，铝块的重锤让学生自行选择实验。那么，就有学生发现有的测出来与9.8m/s2的数据相差甚远。学生就会思考严重误差产生的原因。可能有一部分学生自己能找出原因，对于没有找出原因的学生，教师鼓励学生用其他重锤试一试。学生会发现铅材质的重锤实验结果接近9.8m/s2的数据。再引导学生思考引起误差的原因。如果还有学生没有想出原因，教师还可以让学生用两张相同的纸张，一张展开一张揉成团，观察两张纸张相同高度的落地快慢来促进思考。如果学生仍没有得出结果，教师可以通过学生体验之后进行讲解。

自由落体实验中，用视频编辑软件处理数据，可以得到结果。但是如果加入实验探究体验，让学生来得出结果，学生对自由落体运动会有进一步的理解。在展示频闪照像机拍出的照片时，学生首先想到的是用手机连拍来拍出照片直接计算。教学中，让学生试试手机连拍，他们就会发现影像是模糊的，他们就知道自由落体的运动实是太快了，一般的手机是拍不出效果的，同时进一步理解频闪照相机的拍照频率有多快了。在这样的体验基础上，介绍视频编辑软件逐帧播放功能，学生也能很好的建立两者之间的联系，进行实验。

3 “学中做，做中学”在高中物理学生分组实验教学中的应用

传统物理实验教学，在学生得出实验结果之后，物理实验就结束了。物理理论规律在生活中的应用这一环节被忽略了。“学中做，做中学”把物理规律和现实中的应用密切联系起来，让物理规律有了现实意义，让学生在规律应用中体会物理学习的乐趣，动手的乐趣。

在自由落体实验中，教师用普通的长直刻度尺演示测试学生反应时间的快慢。这时，提问学生如何来判断某位学生反应时间的快慢？学生很容易根据刻度尺上位移长度来做判断。教师再引导学生思考，如何可以直观的测出反应的时间。学生很容易想到，能不能在直尺上写上时间。那么刻度尺上的时间应该怎么标注呢？这样，学生的思考就引入位移与时间关系的建立。在探究体验中，学生体验到，只有被测重力很大时，阻力才能被忽略。学生后来也对直尺进行了改良，将一个小铅块焊接到直尺初始位置，增加其重力，使其加速度接近9.8m/s2 [ 4 ]。

通过这一环节的教学，学生对自由落体公式，实验中重锤等信息的了解更深刻，而且也促进他们进行更积极的思考，如何让物理知识服务于生活，养成思考和动手的习惯。为以后学习发展奠定了良好的物理科学素养。

4 总结

“开放创新”，“探究体验”，“学中做，做中学”应该是一脉相承的关系，宗旨在于促进学生思考，发现问题，解决问题，应用规律于生活。但是因为跨学科教学对教师来说是一种挑战，学生层次的不同，物理实验内容性质等原因的局限，并不是所有的物理实验都能很好完整的按这三个要素去体现，所以有时可能选取其中的某一项来进行教学。

创客理念的教学对教师综合素质要求很高。但是，相信只要教师们朝着文中三个方面在教学中不断积累，认真研究分析个案实验，积极主动研究适合的，科学的教学方法，相信会有所突破。

另一方面，创客理念涉及到的内容可能跨学科，要求个别教师单枪匹马去完成，是不现实的。所以发挥团体的力量，有的教师可能对器械有研究，有的教师可能对电脑图形处理有兴趣，还有可能有的对文史有感觉，那么集合教师的特长，扬长避短，多交流，多合作，多实践，会是创客教育走出一片天的必經之路。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]杨现民.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究，2015（2）：23.

[3]（美）道格.约翰逊.从课堂开始的创客教育[M].北京：中国青年出版社，2016：66-69.

[4] 杨雪.将创客教育融入中学物理课初探[D].昆明：云南师范大学，2017：53-58.