高中物理实验教学的多技术融合应用模式

谢利杰

通过访谈及调查问卷，调查了潮汕地区部分代表性强的高中的物理实验教学现状，发现存在以下问题：一是学生动手能力较差;二是实验器材缺失、设备落后;三是存在以“讲实验”替代“做实验”的普遍情况，学生参与度不够;四是没有体现学生的主体地位，学生一般是按照老师给的步骤进行实验，缺乏自主探究的机会;五是实验的可重复性差，课后缺乏进行实验的条件和机会。以上问题，造成学生的科学探究能力、科学思维能力得不到有效发展。结合高中物理测量类实验注重提高实验精度的特点，开展测量类物理实验教学可以采用多技术融合应用的模式来有效解决以上问题。我以人教版高中物理选择性必修一2.5节“实验：用单摆测量重力加速度”的教学为例，探索高中物理实验教学的多技术融合应用模式。

一、多技术融合应用模式的教学流程设计

在翻转课堂理论的引领下，尝试将传统的“预习—听讲—复习”学习过程进行优化，设计了基于多技术融合应用模式的教学流程（如图1）。

二、课前：基于多技术融合应用，用翻转课堂实现信息传递，以“学”定“教”提升教学有效性

（一）通过学历案引导学生自主设计实验方案，基于数据支持进行学情诊断

以学历案为载体，提供实验室现有的器材让学生挑选，同时明确可灵活选取身边易获取的器材。学生自主开展研究，从剖析实验目的和原理开始，确定实验思路，选择合适的器材，设计实验步骤，最终形成实验方案。此过程转变了学生的学习方式，可以极大地提高学生的参与度，有效地激发学生的学习热情，促进学生进行深度学习，有效培养学生的发散思维。

针对半走读及手机禁入校园等情况，通过“每周学习任务单+学历案”的方式在班级微信群发布任务，并在周末利用金山文档收集学生的困惑点，用希沃知识胶囊呈现学生的学习情况，有效诊断学情，精准剖析学生的学习障碍。如学生在学习2.4节“单摆”后，知道测量摆长时应测量到小球的球心位置，但通过对学历案中的问题：“若没有游标卡尺，如何测量小球直径”进行统计分析时，很多学生无法想出测量小球直径的方法，这便是实验操作的一个障碍点。

（二）利用微课开展翻转课堂教学，落实核心内容并解决学生的学习障碍

通过学情诊断，依据学生反馈的问题，笔者用希沃知识胶囊制作了“实验：用单摆测量重力加速度”系列微课，包括“原理分析”“实验步骤”“数据记录与分析”等三个微课并发布在微信群，让学生结合学历案及微课进行自学。此环节是为了帮助学生落实核心内容，并培养学生的自学能力。

（三）将实验操作前置进行，利用微信群收集实验视频并分析各方案的优缺点

课前要求学生通过微课的学习，结合学历案中的问题，弄懂传统方案的原理，然后利用身边的工具设计居家实验方案，进行实验操作，然后通过微信群缴交实验视频及实验报告，老师对实验操作及实验报告进行评价。

通过对学生的实验视频进行分析，发现经历“学历案导学—小组合作设计—观看微课—调整方案—实验操作—数据记录与分析”的学习过程，大部分学生能依据单摆周期公式确定实验思路并设计实验方案，能正确安装器材并完成实验操作，最后得到实验报告。这表明：通过翻转课堂，将探索的主动权交到学生手上，老师利用多种信息技术进行分析并有针对性地指导，提高了教学的有效性。

三、课堂：基于多技术融合应用，通过解决问题完成吸收内化，以深度学习促核心素养的提升

（一）用微课展示常见错误操作，用NOBOOK验证猜想，培养学生的科学思维和解决问题的能力

摆长和周期的测量是本节课的教学重点，也是造成实验误差的两个来源，而误差分析是本节课的难点之一。通过视频分析，发现学生操作过程中存在以下五个问题：①开始计时时，停表晚按下;②误将29次全振动记作30次;③在未悬挂好摆球之前先测量摆长;④摆线上端未系牢，摆动过程松动，使摆线长度增加;⑤误将摆线长度作为摆长进行计算。教学时分三个步骤完成了该环节的教学。首先将典型问题用希沃知识胶囊制成微课并在课堂上播放，引导学生观察并思考，让学生结合实验原理及公式判断测量值与真实值的关系;其次是分组讨论，引导学生将五个问题进行归类分析，写出操作中存在的问题，判断是测量造成的误差还是实验条件变化造成误差，并提出改进意见，由代表分享小组的观点;最后是借助NOBOOK仿真实验室，将各个操作造成的误差通过改变参数的方式直接呈现g值的变化，通过模拟操作，获取正确结果，验证猜想。

（二）利用手机投屏演示正确的实验操作过程，培养学生规范操作的意识

经过第一环节的“示错”之后，由老师演示规范的操作过程，并通过手机投屏，将实验过程投屏到希沃白板上，同时利用希沃知识胶囊录制成微课分享到班级微信群。经过示范，学生分五大组（共15小组）进行操作，各自按照老师给出的摆长范围（相差约10cm）进行实验并记录数据。

通过示范引领及操作体验，引导学生认识规范操作的重要性。

（三）利用Excel处理实验数据，直观对比两种数据处理方法，培养学生的科学态度观

实验数据处理是本节的难点之一。依据统计结果，学生处理数据时存在两个问题：①利用公式法计算g值平均用时过多，且计算结果与真实值偏差较大，学生无法找出误差的原因;②用图像法处理数据时存在描点不够准确、单位标度选择不合理等问题。因此，在课堂实验操作时要求各小组记录数据，选取其中5个小组的数据录入提前准备好的Excel表格，利用Excel展示了公式法和图像法两种处理方式，引导学生观察并对比两种处理数据的方式。通过对比，学生明白多次测量取平均值的意义，了解图像法处理实验数据的注意事项，发现了用图像法能更有效减小实验误差，而且通过图像可以方便找出实验中误差较大的数据点，借此回顾并分析实验操作过程，总结经验教训。

四、课后：利用新技术、新工具提高实验测量精度，提升学生的综合素养

为提升学生的综合素养，在课后巩固环节，特意录制了相关微课并设计了作业。在微课中，提供了一个减小周期测量误差的新思路：实验过程将手机的秒表开启后放置于单摆旁边，采用视频播放软件（如Potplayer）的逐帧播放功能，可以确定小球通过最低点的时刻，从而更加精确地测出周期。从评价与提升的角度，布置了三个任务：①结合老师和同学的建议，改进实验方案并完成实验，通过微信群与同学交流心得;②观看同学的实验视频及老师发布的3个居家实验视频，了解更多的方案，分析不同方案中实验误差的来源，并提出减小误差的方法;③了解手机传感器的应用，尝试用Phyphox软件测量重力加速度。

五、多技术融合应用模式在实验教学中实践带来的启示与反思

通过实践，发现多种信息技术深度融合应用于高中物理实验教学有很多优点：一是通过多技术融合应用，有利于解决实验器材破旧和设备不足的问题，让学生充分挖掘身边可用于实验的物品，以小成本甚至零成本来完成实验;二是通过学历案导学，积极开发居家实验，能转变教师的观念，树立以学生为主体的意识;三是微课等资源的开发利用，可以让学生随时对实验重新学习;四是多技术融合在课堂教学过程中的应用，更加有效地发展学生的核心素养和信息素养;五是通过积极探索新工具、新技术对传统实验的改进，拓宽实验选材范围和实验环境，有效培养学生的自主学习和探究能力;六是采用新的评价方式，通过学生间的互评与交流讨论，归纳减小实验误差的方法，培养学生的科学态度与责任。

当然，探索过程也发现一些问题：一是课堂教学因学校条件的限制，无法实现实时数据反馈;二是将实验操作前置有诸多限制，如用双缝干涉测量光的波长因器材限制无法实现居家实验;三是师生都需要耗费更多的时间和精力，可能会影响到学期的教学计划。期待以上问题可以随着硬件的完善、经验的积累、教学理念的更新得到解决。

责任编辑 徐国坚