线上实验教学思维可视化突破策略

山东省淄博市张店区第七中学(255000) 徐永芝

山东省淄博市张店区第八中学(255000) 李传迎

线上教学不同于一般的传统教学，如何引领学生进行可视化的思考，突破线上学习的思维障碍，这是一个重要的研究问题。实验教学能提高学生学习的兴趣，突破学生的思维障碍点，在使学生思维可视化方面具有独特的魅力，但是由于线上教学空间和时间的限制，实验教学变得异常艰难。线下教学中本人一直秉承这样的理念，能分组的实验，教师不演示，能演示的实验，学生不看视频。然而在线上教学中，这似乎变得不可能，如何突破线上实验教学弊端，使学生的思维可视化，从而提高学生的参与度，提高学生的实验探究能力，成了一个迫在眉睫的问题。通过实践探索，笔者归纳了四种实现线上实验教学思维可视化的策略，在教学中收到了很好的效果。

1 利用虚拟实验，思维可视化

虚拟实验，就是利用当今各种信息技术手段来模拟再现现实生活当中的各种真实实验仪器、实验过程和实验现象。常见的虚拟实验软件有：初中物理虚拟实验室和NOBOOK物理实验(简称NB物理实验)等。无论在线上还是线下教学，虚拟实验有利于学生思维的可视化，提升学生的实验探究能力和动手操作能力。

1.1 分组实验家庭化

在电脑上安装初中物理虚拟实验软件后，学生在家就能完成课程标准中规定的20个必做分组实验,收到了很好的实验效果。例如在复习“电学实验专题”时，学生在家利用软件自主动手连接电路，完成重要的电学实验“探究电流与电压、电阻的关系”“测量电阻”和“测量小灯泡的电功率”。学生通过仿真实验再现了实验过程，进一步领会了滑动变阻器的作用。

1.2 演示实验分组化

传统教学中由于实验器材所限或学生做实验不易成功等，一些实验只能由教师来演示，但由于实验现象的可视性问题，演示效果并不理想。利用虚拟实验能有效解决传统教学中的弊端，为线上教学提供了很大方便。学生利用初中物理虚拟实验室和NB物理实验室有效完成了下列实验：“探究阻力对物体运动的影响”“探究影响压强的因素”“探究影响动能大小的因素”“探究电热与哪些因素有关”和“比较水和煤油的吸热能力”等，收到了很好的实验效果。以“比较水和煤油的吸热能力”实验为例，如图1所示，打开NB物理实验室，找到这个实验，在两个烧杯上盖上纸盖，先点燃火柴，再点燃酒精灯，按下秒表开始计时，观察温度计的示数变化，记录在设计的表格中，通过一系列的实验操作，学生真实经历了整个实验过程，有利于引入比热容的概念。

图1 比较水和食用油的吸热能力

1.3 完成不易完成的实验

在传统教学中，由于实验器材的限制性、实验现象的不易观察性、实验的危险性等，有些实验不易在课堂上或课外完成，利用虚拟实验室能有效完成这类实验。例如利用初中物理虚拟实验室能够让学生模拟不同乐器的波形图，如图2所示，利用NB物理实验室能模拟不易观察的桌面微小形变实验，也能演示家庭电路短路、漏电保护器功能等危险性实验。

图2 模拟不同乐器的波形

2 摄像头下演示实验，思维可视化

实验是突破学生思维障碍点，使思维可视化的较好方式。在实验复习中，有些拓展性的实验难点只靠讲解点拨很难突破，如果教师能通过简单的器材演示实验，使实验过程可视化，很容易突破学生的思维障碍点。例如在复习“探究光的反射规律实验”中，如果实验中硬纸板放得没有与平面镜垂直，稍有倾斜，则当入射光贴着硬纸板射向镜面上的O点后，在硬纸板上_____(选填“能”或“不能”)看到反射光线。学生只靠想象能力，很难解答。直播课堂上笔者利用摄像头和平台有效演示了这一实验，一边介绍做法，一遍演示。把桌子当做平面镜，物理课本当做硬纸板，课本斜放在桌子上，其中一支笔当做入射光线，用胶纸粘在课本上，在入射点上竖立法线(能“站立”的笔)，根据反射角和入射角的关系，利用另一支笔确定出反射光线，如图3所示。通过演示实验的方式，学生跟随入射光线射到平面镜上进行了反射，“追踪”了反射光线的踪迹，使思维可视化，理解了实验实质。

图3 纸板倾斜反射实验

3 整体建构实验命题模型，思维可视化

思维导图是一种可视化的思维工具，通过它构建的知识体系层次分明，脉络清晰，一目了然，比一般的知识梳理更能帮助学生建构知识或方法之间的联系。常用的软件有Mindmanager，Mindmapper，FreeMind，Inspiration和Xmind等。

实验探究是物理四大核心素养之一，但从平时学习和中考来看，学生在实验探究综合题方面存在较大思维障碍。经过探索，笔者以Xmind思维导图为工具，从提出问题、猜想与假设、设计实验与制定计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估和交流与合作科学探究七个要素整体建构了物理实验命题模型框架，如图4所示。

图4 实验命题模型

教师可以在此基础上从整体建构的角度进一步细化实验，建立起一个实验内部的联系，或者几个实验之间的联系，使实验中的考点思维可视化。例如教师以“探究影响滑动摩擦力大小的因素”为例，充分利用思维导图里的各种功能(联系、超链接等)，建构了知识和方法之间的联系。在学生存在思维障碍的重要考点处，把近5年考查摩擦力的省、市中考题中的典型实验整合进来，拓展学生的思维，进一步提高了学生的实验探究能力和综合分析能力。在课堂上可以直接利用Xmind软件将思维导图进行放大或缩小教学，利用超链接功能，直接链接到对应性的题目上，进行课堂练习。

4 课后探究，上传平台，思维可视化

有些实验需要较苛刻的环境才能有明显的实验现象，或者学生利用简单的器材就可以完成的实验等，这些实验可以放在学生家中完成，在动手实践的过程中突破思维障碍点，使思维可视化。例如在学习“镜面反射和漫反射”时，一提到镜面反射，学生往往认为是比较耀眼的，漫反射是不耀眼的。为了纠正学生的这种不全面的认识，首先给学生布置一个家庭小实验。在桌面上铺一张白纸，把一小块镜子平放在纸上，让手电筒的光正对镜子照射。如果从侧面去看，白纸和小镜子哪个是亮的，哪个是暗的？原因是什么？学生在家完成实验后，拍照上传到钉钉平台相互分享、学习。学生通过实验，真实体验了镜子也可以看起来是暗的，白纸看起来是亮的，如图5所示。上课时，教师让学生解释发生这种现象的原因：光正对镜子入射后，发生镜面反射，反射光垂直返回，从侧面看，进入眼中的光线少；光照射到白纸上发生漫反射，反射光线射向四面八方，进入眼中的光线多，所以从侧面看，白纸更亮，小镜子更暗。教师进一步点拨，一个物体看起来亮还是暗，取决于进入眼睛中光的多少。

图5 正面照射，侧面观察