线上教学新探构建“家庭物理实验室”

2022-07-18郑琪任一凡王璐

物理教学探讨 2022年6期

关键词：实验设计线上教学

郑琪　任一凡　王璐

摘要：线上教学是当下教育发展的新形式，实验教学是中学物理教学的重要环节。文章在线上教学的背景下，探讨了在中学物理教学中构建“家庭物理实验室”的实践意义与教学流程，并以此为基础，对“测量物质折射率”的实验进行创新设计，扩充教学思路。

关键词：线上教学;实验设计;家庭实验;测量折射率

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2022）6-0056-3

1 引言

中学物理学科具有较强的逻辑性和抽象性，对学生的思维能力也有较高的要求，因此使用实验的教学方式将物理问题具体化是中学物理教学的重要环节。近年，因疫情防控需要，线上教学广泛开展，使得师生时空分隔，学生无法进入学校实验室，实验教学环节无法正常开展。在这一现状下，构建“家庭物理实验室”并和线上教学有机结合具有重要意义，不仅能够调动学生学习物理的热情，还能培养学生的动手能力和探索能力。

2 构建“家庭物理实验室”的原则与意义

目前，线上物理实验教学大多以播放实验视频的形式开展，缺乏学生动手的过程。开展“家庭物理实验室”旨在弥补这方面的缺失，深化学习中的探索过程，加深学生对物理规律的理解，提高学习效率，在当前有限的环境下切实体现《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》[1]中“解决实际问题、具有科学探究意识、实事求是”的教学目标。

2.1 构建“家庭物理实验室”的原则

2.1.1 可行性原则

在开展家庭物理实验课前，教师应在选题上确保实验的可行性，包括实验器材是否能选用普通家庭中常有的物品以及实验过程是否安全。同时，教师需要及时进行线上指导，包括实验思路引导，实验结果的理论分析，保障实验能够有效进行，引导学生用生活中常见的物品代替实验器材，培养学生将理论知识和实践相结合的能力。

2.1.2 趣味性原則

线上教学中，如何提升学生的学习热情和积极性一直是教育工作者探讨的热点问题，教师在“家庭物理实验室”的设计上应该体现出比传统实验室教学更显著的趣味性。校内实验教学受到课时、器材、场地等多方的影响，实验过程和器材一般是固定的。“家庭物理实验室”能够不受上述条件限制，学生可以选取多样化的器材，自主探索实验过程。同时，家庭物理实验课开展过程中，教师可以引导学生发现生活中常见物品的妙用，并揭示其中蕴含的物理规律，使得实验过程更加生动有趣，充分调动学生的参与热情，激发学生的探索欲望，对物理知识的学习产生兴趣。

2.2 构建“家庭物理实验室”的意义

2.2.1 有助于提高学生的学习热情

线上课程在师生互动、学生间互动方面的效果远不及线下教学，物理学又是强调逻辑性和理论性的学科，部分学生难免在学习过程中感到枯燥无味。“家庭物理实验室”的教学方式能够有效增强互动性。同时，在实验过程中教师可以提倡让学生之间分享实验思路、实验过程，加强学生间的互动与合作交流，提高学生的学习热情。

2.2.2 有助于加强学生的物理认知

物理实验是物理教学中的重要内容，学生在动手和观察的过程中，可以切身感知到事物的具体变化情况，再通过分析思考和教师的教学引导，及时将知识内化，形成自己的知识体系。在新课改的背景下，教师不应该固守以往实验教学中对于物理知识的灌输[2]，而是要注重培养学生的自主思维和自主探索能力，通过实践探索事物发展的本质规律，并辅以理论知识的支撑，深化学生物理知识体系的构建。“家庭物理实验室”的优势就是有极强的灵活性，学生可以在一定的选题中自主选择实验器材，构思新的实验过程，灵活应用知识，加强物理学科的理论认识。

2.2.3 有助于学生综合素质的发展

在传统的实验室教学模式中，物理实验统一且固定，实验过程一般围绕着教师的思路，学生缺乏自主性。结合新课改的理念，中学物理的教学更应该贯彻以生为本的教育理念，充分发挥学生的主体作用。家庭物理实验室对器材不作限制，真正做到以学生为主体，在张弛有度的实验器材选取过程中更好地培养学生自主思考和理论探究的能力[3]，发挥学生的想象力、创造力，并增强思维活跃性，有利于学生综合素质的发展。

3 “家庭物理实验室”的教学流程

“家庭物理实验室”的教学需要真正贯彻学生主体、教师主导的教育理念，使学生在理论基础完备的情况下切实体验到实验过程并加以思考，是开展该教学形式的重要目标，教学流程可分为两个阶段（图1）。

3.1 理论教学与自主探索阶段

“家庭物理实验室”的实验环节学生需要经历学习实验原理、寻找合适的实验器材、完成实验三个过程。首先，进行“家庭物理实验室”教学活动前，教师应进行理论教学，夯实理论基础。接着，提出实验课题，即实验所需要探究的具体问题，同时通过网络直播或录制的方式，展示一个设计完整的演示实验，供学生参考借鉴。最后，鼓励学生挖掘身边的可用资源、探索实验过程，思考实验装置能否创新或改进，真正发挥学生的主体地位[4]。教师可以鼓励学生录制实验视频并上传到班级公共网络空间，促进学生之间的思想碰撞、思维扩散，加强学生间的交流。

3.2 实验评价与结果分析阶段

“家庭物理实验室”的教学环节可以分为实验评价、结果分析、完善拓展三个阶段。首先，教师展示课前学生上传的自主设计的实验视频，鼓励班级学生相互评价，发现实验中的创新点和探究性，并引导学生总结实验结果。接着，教师应及时点评学生的实验设计，表扬实验设计的创新思维、实验器材选取的多样化、理论概念的准确性、实验结果的准确性等，旨在激发学生自主思考和探索的兴趣[5]。同时，及时指出学生在实验过程中存在的不规范之处，并共同探讨实验的误差来源。最后，综合分析实验结果，旨在揭示实验结果蕴含的物理规律，鼓励学生结合理论知识在课后进一步完善自己的实验装置。

4 “家庭物理实验室”实验设计实例——“测量物质折射率”

中学物理中很多实验可以采用“家庭物理实验室”和线上教学有机结合的形式进行，但部分实验需要教师设计新的实验思路或器材以适应居家学习的教学背景。以高中物理“测量物质折射率”实验为例，在校内实验室教学中，“测量物质折射率”最常用的实验教学方案为插针法测玻璃折射率，需要使用激光笔、玻璃砖等实验器材，无法满足“家庭物理实验室”的可行性原则。因此，本文基于光的折射和反射原理，提出一种适用于“家庭物理实验室”教学环境的创新实验设计。

4.1 实验原理

将直尺与镜面相互垂直摆放，根据光的反射原理，观察者可以在镜子另一侧观察到直尺上的刻度。直尺表面的光经过液体时会发生折射，相同位置上的刻度将发生改变，整个过程的光路图如图2所示。我们可以通过测量指定位置的长度，利用几何关系及折射率公式计算出液体的折射率。对于中学生来说，他们对折射和反射的概念熟悉程度高，本实验原理清晰，光路简单，易于理解和实践。

4.2 实验方法

（1）实验目的：运用光的折射原理和光的反射原理，测定水的折射率。

（2）實验器材及装置：镜子、记号笔、直尺两把（分别用于测量和观测）、塑料碗（或能够盛水的容器）、手机（或其他摄像设备）及用于固定实验器材的装置等，实验装置如图3所示。

（3）实验步骤：

①将镜子紧贴盆底，刻度尺竖直摆放并固定，用记号笔在镜面画出标记线，测量刻度尺到标记线的距离，记为d。

②在另一侧使用手机对着镜面拍摄，此时标记线与直尺上某一刻度重合，刻度读数记为d，利用手机支架固定拍摄视场。

③往盆内注水至一定高度，此时拍摄视场内与标记线重合的刻度发生改变，待水面稳定后读数：刻度读数记为d3、水位高度记为d4。

（4）注意事项：实验时需要注意镜子、直尺、摄像设备严格固定，避免产生系统误差;注意用于观测的刻度尺底部是否存在无刻度的部分，避免产生读数误差。实验时直尺可以反面摆放，使拍摄的镜面内刻度为正向，便于读数;标记线画得尽可能细，读数更准确;注水的水位应尽可能高，现象更为明显，结果更准确。

5 总结

线上物理教学中，物理实验教学环节仍不可忽视，打造“家庭物理实验室”和线上教学有机结合的教学模式，引导学生利用生活物品开展实践，切身体验物理的规律，有助于加强学生的物理学科素养，并有效调动学生的学习热情，培养自主思考、自主探究的能力。

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2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.