科学实验教学平台(科学小实验教学)

 

实验对于初中物理教学至关重要，同样在线教学也是如此。在线教学中，老师可以利用瓶瓶罐罐做实验进行移动直播；师生可以利用仿真软件做符合实际的虚拟实验；老师可以将网络实验资源以问题+二维码的形式推送给学生；学生可以完成家庭实验并拍摄上传提交作业。

问题提出

2019年底、2020年初新型冠状病毒（2019-nCoV）肆虐武汉,席卷全国。全国上下包括学校停止了一切集体活动，教育部及时提出停课不停教，停课不停学。此背景下，教师必须转型，由原来擅长于面对面教学变成网络在线教学。在线教学或称在线学习、远程教育，就是老师利用网络进行教学，学生利用电脑、移动智能终端进行学习的过程。

老师短时间由擅长面对面授课变成擅长在线授课，技术就是一道壁垒。所以大众化、容易学习的在线教学平台就是老师最好的选择，如腾讯的腾讯课堂腾讯会议，阿里巴巴钉钉的班级直播授课视频会议授课。它们直播时都支持学生连麦互动和讨论区互动，钉钉的直播结束支持直播回放功能。它们都支持作业的在线提交在线批阅。笔者运用的是钉钉平台，使用时先建立班级群，然后让学生家长加入，和学生约定在线上课时间，上课纪律。这样老师就有精力集中在上课内容上，进行精心的在线教学设计。

但物理教学有其特殊性，尤其是初中物理，学习过程基本是建立在实验基础上。实验不仅是物理教学的重要手段，也是物理教学的重要内容。在线教学由于时空限制，传统实验就无法实施，那么初中物理在线教学如何突破这个难题，笔者结合自身多年来的翻转课堂教学和实施在线教学的经验谈几点做法。

在线教学环境下物理实验教学的做法

1.利用瓶瓶罐罐做实验移动直播教学

苏州大学老前辈朱正元教授早就提出瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验。老师没有学校的实验器材，那就需要利用瓶瓶罐罐充当仪器进行实验，通过用手机进行移动直播教学。直播内容来自生活，相比文字、图片、音频等，生活中的视频能带来更多的感官感受与冲击。老师用学生熟悉的物品做实验移动直播教学，更能激起学生浓烈的兴趣，利用移动平台提供的交互作用，能带给学生强烈的真实感、现场感。所以笔者用手机中的钉钉进行移动直播，学生用连麦和弹幕的形式参与直播教学。下面是一个直播片段：

笔者在讲授《物质的密度》时，利用家中的电子秤、玻璃碗、注射器、油、水，在家里进行直播。先介绍实验器材有食用油、水、玻璃碗、电子秤、注射器。介绍电子秤的去皮功能，将玻璃碗放在电子秤上看到示数，按下去皮键，示数变为零。然后一边提出问题一边实验，提出的系列问题是：用注射器取10毫升水装进碗里，电子秤会显示多少克?再装10毫升又显示多少克?重复实验，发现水质量和体积均变大，但什么不变？再用食用油实验，发现有什么相同点和不同点？通过注射器刻度可以累计碗里水的体积，利用电子秤的去皮功能直接读出水的质量。学生很快得到碗里水质量越大，体积越大，且两者成正比的结论。再用食用油对比得出：水和油的质量与体积的比值不同，以此说明这个比值可能和物质种类有关，最终引入密度概念。利用直播的形式给学生呈现，学生积极性很高，有的学生在老师直播时留言说，有点像美国的‘野外求生’节目，有的说，网红老师等。笔者直播器材如图1所示：

图1

2．用仿真软件完成老师演示实验和学生实验

仿真实验是利用程序的运算来模拟真实的实验过程，其运算时要运用很多参数，根据物理规律运算出结果，然后直观呈现出来。一般的物理实验仿真程序为了减小计算机的运算量，采用的是分模块进行。基本都有力学、光学、热学、电学等模块，实验时只要选好对应模块就可以进入实验室自主实验。

笔者选用的是NOBOOK虚拟实验室（简称NB）在线软件。打开软件选择某一模块，如初中力学模块进入，窗口右侧工具栏中列出所有初中力学全部器材，感觉就像进入学校实验室。然后点击窗口右侧的器材，窗口中央的实验桌上就会出现相应的器材。在实验桌上要合理布局器材，摆放时尽量轻拿轻放，否则器材会被撞飞，非常符合真实场景。NB支持实验表格的设计，鼠标拖拉建立表格，只要在表头选项框中选择适当内容就填好表头，其选项框里已包括各种物理量及单位。同时NB支持从表格快速画出函数图像，不仅有真实感，而且方便、智能。

如笔者在线讲授测量石块密度，与学生一起理清实验目的、实验器材、实验原理后，笔者在实验桌上依次摆放了：小石块、装有30毫升水的量筒、天平、砝码盒、细绳。然后再与学生讨论实验步骤、数据记录等问题，再用天平测出石块质量，然后用细绳系住石块，放入量筒测出体积。整个过程包括天平游码归零、调节平衡螺母、增减砝码、移动游码、器材整理等细节问题。整个演示实验学生高度参与，然后笔者暂停直播10分钟，让每个学生亲自体验用NB测量石块密度，实验结束后截图提交作业发给老师。这样学生通过类似打游戏的方式完成学生实验，学生积极性非常高，完成快的同学把虚拟实验室里的金属球密度也测量了，很有成就感，发现这些处于信息时代的学生虚拟操作实验比老师都快多了。学生实验界面如图2所示：

图2

3．将网络实验资源以问题+二维码的形式推送给学生

网络上实验资源包括介绍实验的文字、图片、动画、视频等，这些资源各有优势，老师要进行精心的寻找和筛选，将优秀的必要的实验资源，及时推送给学生。但笔者认为一般不要直接推送，因为这些资源包含的知识学生不一定完全看懂、理解透彻。老师要站在学生角度看这些资源，给学生提供学习支架，让学生带着问题去学习。

网络实验资源主要是实验视频，非常丰富，但鱼目混珠。如优酷、腾讯视频上的资源很丰富，但有广告和其它链接，不太适合给学生。笔者选择的是中国微课网上的资源，上面有许多实验视频，这个非常适合学生观看。但实验视频的缺点是缺少交互，如果把实验视频直接给学生看，学生缺少对实验预先思考，没有充分调起学生已有前概念，看完视频后也就没有形成强烈的认知冲突。往往是看完实验后处于知其然，不知其所以然的状态，对实验过程与结果没有深刻的认识，本质是学生看实验视频之前，缺少实验设计思考过程。

所以笔者采用的是任务单+二维码 的形式发给学生，任务单上列出看视频要思考的系列问题，让学生带着问题去看实验视频，为了能看到视频，就要用扫描二维码，二维码是由该视频的网址文本通过二维码生成器生成的。以下是笔者应用的一个案例如图3所示：

冰箱制冷能力是指在24小时内，该冰箱能将多少公斤的食物从25摄氏度冷冻到－18摄氏度。制冷能力一般12kg/24h以上才比较合适。

图3

4．布置学生家庭实验并拍摄上传作业

学校教学中的学生实验是在老师提供的固定实验器材下进行，部分学困生是模仿别人实验，部分优秀生又没有发挥的空间。而学生在家中在线学习，比学校学习有更加灵活的空间和时间支配。在实验方面，家中的所有物品包括玩具、餐具等都可以作为实验器材，尤其是力学方面，但电学、光学实验方面相对要少一些，可以建议学生网购一些现成的电学实验盒、光学实验盒，这样学生在家都可以打造专属自己的物理实验室。

对于学生已经在线学习的探究实验，如老师直播的或者用虚拟仿真软件完成的探究实验，可以让学生下线后，选择家中的器材验证一下，发图片、实验报告、视频等给老师，若在实验时发现有悖于所学知识的怪现象，也可以作为第二天大家一起在线深度学习的资源。

对于测量型的实验，学生往往家中缺少相应的专业测量工具，那就要让学生运用转化的思想，根据待测物理量所产生的一些容易观察的现象来间接测量。以下是笔者让学生学完密度的测量，让学生在家选择器材测量密度。如图4所示是测量食用油的密度，使用了体重秤和等体积的水。如图5所示是测量有机玻璃的密度，使用了电子秤测量质量，注射器和水测量体积。

图4

图5

总结

实验教学的效果直接决定了物理教学的成败，因为学生物理知识的建构过程需要不断运用实验来纠正错误的前概念建立正确的概念，同样在线物理教学也是如此。所以老师在线教学前，要进行充分的教学设计，尤其是实验的设计。不能在线教学只是播放PPT，实验也是纸上谈兵式的讲实验，要给学生远程参与实验的机会，搭建网络虚拟仿真实验的平台，推送搭有支架的网络实验资源，布置有挑战性的实验任务。具体是老师能在家中做的实验可以通过移动直播的方式和学生边互动边实验，不能做的实验可以借助于在线仿真软件完成虚拟仿真实验，也要将网络实验资源以问题+二维码的形式推送给学生，最后一定要利用好学生在家的广阔舞台给学生布置实验任务。

执笔：唐建华（苏州市高新区阳山中学）、李刚（苏州市教育科学研究院）

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