学生自主创新实验激活线上物理课堂

2020-09-14 12:23:19 中学理科园地 2020年4期

钱永昌

摘   要:提高学生物理学习的主动性、积极性是线上物理教学有效性的重要保证。通过任务驱动、视频展示;预先准备、随堂操作;模拟尝试,课后体验;自主创新,交流分享等方法不仅可以让学生积极参与线上物理课堂的学习,而且可以让学生在线上教学过程中吸取更丰富的物理实验营养。因此有必要在线上教学中凸显学生自主创新实验的优点:观察更具体,现象更明显,体验更真实,思维更深刻,从而更有效地培育学生学科核心素养。

关键词:创新实验;线上物理课堂;自主创新

面对2020年的新冠疫情,在“停课不停学”号召下,我们迎来史无前例的线上教学。由于离开实验室,无法正常开展演示实验和学生实验,物理教学比一般学科面临更加严峻的挑战。学生觉得物理更难懂,更抽象。表现在一些学生上课积极性不高,每次上课总是迟到,需要老师反复在群里喊,学生才陆续上线。这仅仅是学生学习物理积极性不高一个表现而已,其实还有很多学生是出工不出力,挂在线上,忽悠老师。面对这个困境,激发学生学习物理的内在动力,提升物理学习的魅力刻不容缓。

笔者尝试了很多办法如适时播放实验视频、动画课件,精讲精练、讲练结合,限时抢答、实时互动等,但是收效不如预期。

线上教学学生主体性如何发挥,如何让学生身临其境的感受物理现象,激发学生学习物理的兴趣和对物理学习有深度思考呢?为什么不可以让学生利用家里的器材自己动手做实验呢?于是笔者开始尝试在线上教学中开展学生自主创新实验,效果不错,下面做简要介绍。

1  任务驱动,视频展示

线下教学,遇到教学难点老师往往自己准备演示实验。而与线下教学相比,线上教学学生自由度更大,与其教师辛辛苦苦准备生活实验,学生未必领情,不如发动并指导学生参与自主实验。让学生有更多地动手和表现的机会。

案例一:浮力——浮力的产生原因的探究

课前引导学生完成如图1所示的实验,观察乒乓球是否浮起来,并思考原因。如果用手稍微堵一下瓶口,当瓶口充满水后乒乓球是否又浮起来了呢?为什么?学生通过反复实验和现象对比就很容易发现乒乓球是否浮起与乒乓球底部是否与水有充分接触有关。也就是说乒乓球底部如果与水有充分接触,乒乓球就会向上浮起。可见,此时乒乓球受到水对它的作用力合力是向上的,这才是浮力产生的关键。

案例二:浮力——浮力的方向

浮力的方向如何?引导学生完成图2的实验,通过观察发现无论容器水平还是倾斜,浮力的方向总是竖直向上。教学中除了完成实验,观察现象外,教师还要引导学生画受力示意图进行推理分析。由于乒乓球受到三个力平衡,其中绳子拉力可以从乒乓球静止时绳子的朝向判定为竖直方向,重力也一定沿竖直方向,因此第三个浮力不可能偏离竖直方向。

这样,把随堂演示的小实验转化成学生课前体验的生活实验优点在于每个学生都亲自操作,观察更具体,现象更明显,体验更真实,能有效突破难点,促进深度理解。笔者还鼓励同学们将自己的实验的过程用手机拍成视频,在班级群交流共享。这样不仅激发了学生们参与的积极性,也对相关物理现象有了更深刻的体会。

2  预先准备,随堂操作

有些实验需要保留一些神秘感,可以边上课边体验。有些实验用到比较容易准备的生活用品,可以在课前5分钟通知学生准备好放在电脑边备用。学生看到现象后可以在讨论区发言也可以拍照片或视频发在群里。由于实验是现场做,体验更加新鲜,讨论起来更加积极。有些疑难问题在实验中迎刃而解。

案例一:折射——观察与分析光的折射

问题1:筷子放在水中,斜着看往哪个方向翘,为什么?(实验如图3甲)

问题2:筷子竖直插在装有水的圆柱形玻璃杯的圆心处,侧面看去会观察到什么现象?,如果筷子向两侧移动呢?(实验如图3乙、丙、丁)

这一系列实验学生操作起来很简单,现象很明显。但是要一一说清楚其中奥秘就不仅仅对光的折射规律要有深刻的理解更要有一定的空间想象能力和分析推理能力。没有实验或者仅仅给个图片远远达不到亲自动手体验的效果。

案例二:液体压强——体验液体压强的大小与方向

让学生准备小半桶水和一个保鲜袋。

实验时让学生将保鲜袋套住左手,右手用力挤压保鲜袋想办法将保鲜袋贴到手上,是否可以实现呢?怎样才能让保鲜袋紧贴着手呢?

引导学生把套住保鲜袋的手放入水中。体验手的感觉,观察保鲜袋是否紧贴在手上了,为什么?建议学生将手伸到水中不同的深度,感受水的压力变化。

随堂生活实验的特点是操作简单,体验真切,学生通过对比,能有效分析出其中的物理原理。这样使物理的线上教学更加生动、有趣,更有生活气息。

前面介绍的实验离不开老师的引导,然而老师不可以总是手把手的引导,应该有个逐步放手,让学生走向自主实验的过程。所以我开始尝试不限主题,让学生从模仿走向创新。

3  模拟尝试,课后体验

学生看到其他同学的作品,也都跃跃欲试,开始在课后跟着模仿尝试,体验见证奇迹的时刻。做远远比看收获更大。学生不仅可以从成功的实验中收获知识,还能够在失败的经历中反思总结经验教训。不仅如此,他们还可以在实验中接受安全教育,感受物理的魅力,真切体验到一些有用的大发明,很多时候不是从坐在实验室里,用着精准的仪器和高级的药品得来的灵感,而是来源于生活实践。

案例一:“凸透镜聚光”原理为基础的实验(选自学生实验报告)

材料是一张有黑色区域的纸(便于吸热有更好的实验效果)、一个矿泉水瓶、一個用来支撑矿泉水瓶用的的魔方和一支小小的温度计。我把装置(如图4)放在了房间窗边的书桌上。我要做的事情,就是记录实验刚开始时黑色区域中心点的温度和半小时后的温度,比较温度差。

实验开始之前一直挺忐忑的,虽说厦门的冬天没有那么冷,但阳光毕竟没有夏天那么强烈,很有可能观察不到温度变化导致实验失败。

开始前温度计示数是19℃。放置了半小时后再次读数,温度竟只上升了1℃。雖然有了温度差,看似实验成功了,但不排除其他因素。可能半小时之间到了中午时分,周围环境温度升高,室温上升。而温差小的原因,除了是冬天以外也有其他原因,像是水瓶摆放位置不到位,实验地点不正确等等。

其实这个小实验想要告诉我们的不只是凸透镜会聚光,生活中更要注意这些容易酿成大祸的小细节。电视上曾经报道一个在车里随意放置一个装满水的矿泉水瓶,竟会使皮革烧坏。烧坏皮革可能还是小事,要是此时底下垫着的是易燃物品,后果真的不堪设想。

案例二:电吹风吹乒乓球实验(选自学生实验报告)

在实验中,我利用吹风机竖直向上吹风,而乒乓球可以放置在风道位置,如果风力足够大,可以放置2-3个乒乓球,而且可以看到球会互换位置。缓慢移动电吹风,乒乓球也会跟着移动。此外,当吹风机倾斜一定角度时(如图5),乒乓球也不会掉落。这是什么原因呢?对此,画出受力分析图(如图6)(易知F气垂直于F风)可知当倾斜角度越大(θ越小)时,F风越小,F气越大。当F风的大小不足以使得F气足够大时,乒乓球会掉落。

思考分析始于现象,源于问题。实验创设了许许多多新的情景,激发各种各样、层出不穷的新的问题,学生们就是在不断的观察现象,不断地激发好奇心,不断的提出新问题并形成问题矩阵,然后在分析和解决问题中提升科学素养的。

4  自主创新,交流分享

中学生的创新往往始于点滴的改进。今天的小制作成就每天的大发明。教师就是要善于点燃学生创新的火苗,不断鼓励学生走向发明创新之路。

案例一:自制桌面倾角测量仪(如图7)

一个重锤线加上一个量角器就是一个可以测量桌面倾角的水平仪。学生通过项目制作,不仅对重力的方向有更深刻的认识,而且对“加一加”的发明原理有了更直接的体验。

教师接下来要做的就是大力表扬,全班推广。

案例二:神奇的表面张力

创新实验不只是创新项目的制作。科学探究获取新知识对学生本人来说也是创新。黄宗翰同学设计实验探究了溶液的表面张力及影响因素。取一个装免洗洗手液的瓶子,容积约30mL,瓶口直径约1.2cm,瓶中装水后倒置时,水会从瓶中流出;换装盐水后倒置时则盐水溶液不会从瓶中流出。这是由于盐水与水的表面张力不同的缘故。通过实验进一步认识到溶液的表面张力是物质的特性,其大小与表面积大小,以及形成表面物质的种类和组成有关。一般来说,无机盐溶液的表面张力比水大。

学生自主实验首先起始于模仿。通过观察别人的实验自己想办法实现,达到或超过前人的实验效果,这已经十分不简单了,因为这不仅仅是操作的模仿,还要拿捏实验操作的技巧,调节实验效果。其次是基于问题开展实验探究,通过控制变量开展简单的实验研究。经历猜想假设、设计实验、收集证据,总结结论,交流评估等过程。最高的层次就是迁移创新。这里的创新既可以是研究方式、方法的创新,研究问题的创新,也可以是应用的创新即把探究出的实验结论首先应用于解决生活中某类问题。

总之,利用生活用品开展自主创新实验提高线上教学实效是一个新的方向,后续还需要不断深入开展实践探索。