陈胜平 黄志高 陈宗荣

摘   要：本文基于疫情带来的对教学模式的变革，就线上教学中物理实验教学模式未来的变革提出方案设想，以期改变传统线下教学的弊端，让学生不管在设计实验还是操作实验方面都能拥有更大的自主性，获得更完善的认知体验。

关键词：线上教学;实验教学;自主实验

突如其来的新型冠状疫情深刻地改变了当代教育模式，在“新冠”背景下的课程多依赖线上教学，学生的学习效果在这种背景下不仅受到课程教学的影响，更取决于其自学能力。疫情终将结束，但这种新的教育模式带来的思考有助于引导对中学教学改革的探索。

对于物理学科而言，相较于其他内容，在疫情中物理实验探究部分往往会受到“线上教学”+“自学”模式的影响，或导致无法直接观察到教师对实验的演示，或无法亲身参与实验过程，而无法产生良好的学习效果。在这次疫情中，学生离开学校实验室提供的完备实验条件与教师的引导示范，往往就无法完成相关实验要求，暴露出来的是传统物理实验教学对学生自主实验操作以及实验设计能力培养的不足。在传统的学校教育中，学生往往只能根据教科书已有的实验按部就班地进行实验，缺乏自主设计实验的能力，同时，进行实验的时候往往由教师在旁边“保驾护航”，缺乏自主进行实验并去犯错之后克服困难的机会。本文结合中学物理实验特点与目前中外高校已有的改革成果，借鉴于高校“慕课资源+仿真实验+设计研究+趣味演示”的居家实验方案[ 1 ]，以疫情下的线上物理教学变革趋势为根据，对疫情之后中学物理线上实验教学改革方向进行探索。

1  中外高校对疫情下物理实验教学的改革

美国高校在疫情中采取的物理实验课程教学主要有以下五个方面[ 2 ]：（1） 观看实验教学视频+数据处理;（2） 让学生做仿真模拟;（3） 基于智能手機的实验;（4） 让学生在家做探索课题;（5） 利用已有的远程实验。可以看出来，这种新的实验教学模式充分利用了线上教学的优势，但也需要学生拥有较高的自主学习能力才可以保证较好的教学效果。

结合国内教学特点，不少高校都借助这次疫情的机会，对物理教学改革作出了探索[ 3 ]，如东南大学将在线课程+在线直播+宅家实验+虚拟仿真的形式相结合。东北大学强调将物理实验带进生活，同时融入思政元素。这些探索取得的积极成果值得中学物理实验教学改革时借鉴。但是，中学物理实验教学有其特点，如中学实验往往更贴近生活，中学生也更依赖于直接经验去探索实验。所以，中学物理实验可以借鉴于高校物理实验，但必须要结合自身的特点。

2  方案的制作背景

2.1  疫情下线上教学为主的教学模式的优势及其限制

这次疫情中，线上教学模式获得了广泛的重视，在线下教学无法顺利展开的情况下，大多数学校与教师选择了线上开展教学工作。线上教学绝不是线下教学单纯的替代品。就物理实验教学而言，借助于线上资源，学生可以对物理实验有更多的理论了解，借助仿真实验平台，学生可以体验到一些在实验室中所不能完成的实验。因此，有理由相信，在这次疫情结束之后会有更多的教育者在实验教学的过程中进行线上资源利用的探索。

疫情下的物理实验教学模式也有其不足，例如，无法演示实验，无法让学生动手操作实验，这无疑极大地阻碍了中学生对实验直接经验的获取，而且线上教学也极为强调学生的自主能力，对教师的引导方式提出了更高的要求。

2.2  近几年线上教育资源的快速发展提供了客观条件

得益于互联网的高速发展，虽然目前并没有如高校慕课般完整的中学共享课程平台建设，但学生在教师的引导下足以通过网络来获取所需物理实验的理论知识。同时，在教师的教导下学习仿真平台的实验，通过对仿真平台的使用，达到对实验操作的一定认识。

2.3  传统物理实验教学存在着不足

一直以来，传统教学模式下物理实验教学的不足与漏洞就广为教育者所探讨，在这次疫情考验下，传统物理实验教学的不足更是暴露无遗：学生缺乏亲身动手做实验的充足经验，在疫情环境下，如果要让学生居家自主进行一个实验，往往会遇到各种困难;缺乏实验设计能力，学生大多只能完成教科书中给定的实验，而因为家中实验条件不足，学生难以完成很多书中的实验，这时就考验到了学生实验设计能力与教师启发学生设计实验的教学引导能力。

本方案着重利用线上教学的优势，启发引导学生进行实验设计，居家进行实验操作，获得实验的直接体验，以期能对物理实验教学改革带来新的思考。

3  线上物理实验教学方案

第一阶段：利用线上资源及在线教学，自学实验理论。

进行实验探索的基础是具有一定的实验理论。在这一阶段里，学生课前通过教师推荐的慕课资源可以全面地了解到各方面的相关实验理论，上课过程中可以更快地理解教师对实验理论的讲解，提高教学效率。

在这一阶段中，需要注意的是，教师要有选择地推荐给学生合适的课程资源，既要能够满足教学需要，也不能超出学生的认知层次，同时还要注意慕课资源要适量，不能给学生增加负担。

此外，因为线上教学互动性的缺乏，教师在课上对实验理论的讲解要能够深入浅出，课后要及时与学生沟通，了解学情，以便下一步的教学安排。

第二阶段：演示实验阶段

学生对实验的直接观察是其探索物理实验的有效途径。因为线上教学的限制，在这一阶段教师往往需要借助慕课让学生直观了解实验步骤，上课过程中可以借助仿真工具对实验进行再次讲解。

不过，中学生因为认知限制，往往无法通过仿真实验获得较好的学习体验与感受，所以一些简单实验，特别是初中的简单实验，教师应尽量地尝试借助各种条件完成实物实验演示以让学生获得对实验的完整认知，同时提高其对物理探索的兴趣。

第三阶段 启发物理实验设计阶段

因为条件的限制，很多教材中的实验学生无法在家中自己动手进行，但这也同时是启发学生对实验进行自主设计的机遇。线下教学时，在实验条件充分的情况下，教师往往忽视对学生自主实验设计能力的培养，而这次新冠疫情让很多教师意识到了教材特别是高中教材中的实验偏离生活的问题，同时认识到了启发学生自主设计实验的必要性。

中学生因为能力不足等原因，往往无法完全自主设计出一个可行性实验，需要教师进行必要的引导。这里以“验证力的平行四边形法则实验为例”，在教材中，这个实验需要用到弹簧测力计测出拉力的大小，那么在家中是不是无法进行这个实验呢。其实09年的山东高考卷就提供了一个思路：

实验器材：三条相同的橡皮筋和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子

实验操作：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物.不断改变重物质量，但不能过大，测量出橡皮筋的原长以及悬挂重物后橡皮筋的长度，记录悬挂重物后结点O的位置。

利用胡克定律测出各力的大小和方向，做出各力的图示，在误差可允许范围内探究力的平行四边形法则。

进行这个实验之前，学生已经学习过胡克定律，具备进行实验设计的理论基础。进行这个实验时要注意橡皮筋要处在弹性误差之内。不可避免的是，这个实验相比于教科书中的实验误差将会更大，但是它不但能启发学生对物理实验设计的思路，其应用的转换法思想更是能打开学生探索实验的新思路。

相较于高中物理实验，初中的很多实验不需要专门的实验器材也可以在家中进行，如探究动能的影响因素实验，探究压强影响因素实验，但还是有部分实验是需要弹簧测力计、压强计等专门实验器材。这里以探究液体压强的因素实验为例，在教科书中的实验需要压强计来测定液体的压强，而学生在家不具备使用压强计的实验条件，这时候就需要启发学生自主去设计实验，如引导学生思考用一个水瓶以及铁钉如何进行这个实验：可以在瓶中装满水之后再用铁钉在瓶的不同高度处打出小孔，观察水柱的射程，以此来探究液体压强与液体深度的关系。

其实设计能在生活中探索书上的物理知识的实验并不难，很多创新实验题都会提出一些思路方法，但是教师在讲授这些题目时，往往只是传授解题方法而忽略了让学生自己去亲身进行这些实验，打开思路。这次疫情想必会让教学者更多地思考传统教学方法的不足。

第四阶段：学生动手做实验。

获得直接经验是中学生实验探索的最有效途径。

在学生进行实验设计后，教师对实验操作中的难点以及注意点进行必要的讲解，可以布置非强制性的作业，让学生进行实验并拍摄视频，每次留给学生进行实验作业的时间宜长不宜短，让学生有充足的时间去犯错与尝试，在学生进行实验的过程中，教师要鼓励学生提问并对其困难进行引导解决。

在学校中，学生能够在教师的引导下不犯过多错误地将实验顺利地进行。如上述的液体压强的实验，如果先扎孔再装满水是观测不到明显现象的，同时，该实验如果拿来探究液体压强与密度的关系，现象也是较为不明显的。在学校中，因为课程时间的原因，教师或者在演示实验时只会讲大体的实验操作步骤，又或者在学生进行操作之前就将易错点告诉学生，因此，在传统的学校教育中，学生是很少有犯错的机会的。但是，居家进行实验，教师在讲解实验步骤后，剩下的实验过程完全交由学生自主进行探索。在这个过程中，学生不可避免地会犯大量错误，遇到大量挫折。毫无疑问的是，经历过这些错误与挫折之后，学生才能感受到真正物理实验的魅力所在，物理实验从来不是一帆风顺，让学生居家自主地进行动手实验，学生将能够得到真正的成长。

第五阶段：师生分享交流。

居家实验极大地强调了学生学习的自主性，然而学生的自主探索不可避免地会遇到各种阻碍与困惑，如果不得以解决，将会影响到学生学习的积极性与下一阶段的学习效果。所以，教師需要利用课后时间了解学生在实验中遇到的困难并予以解决。

在学生提交完作业之后，教师可组织分享会，让学生充分展示其实验成果，满足学生成就感，激发学生进一步探索动机的同时，鼓励学生间相互学习;教师也可以鼓励学生分享其实验操作中遇到的困难或者其失败的实验经历，师生共同探讨失败的原因与解决方法，在此过程中，可以培养学生在科学探索中克服困难的精神与不断进步的信心。

4  此方案实施过程中应注意的一些问题

（1）虽然居家实验大部分的实验探索过程由学生自主进行，但教师的必要引导必不可少。教师要注意实验的难点，并在学生进行实验之前讲解。

（2）居家实验要基于学生已有物理知识基础。而且因为以学生自主探索为主，所以不能对学生提出过高要求，甚至往往要放低要求，给与学生容错空间。

（3）实验任务要适量，要结合教学进程，做到将物理知识与居家实验二者的有机融合。

5  启发与思考

新冠疫情下的物理实验教学受到非常大的挑战，但是也不失为改良物理实验教学的机会。我们应该培养的是学生的综合实验能力，包括对学生实验设计，实验操作，科学精神的培养，而不应将其看做教学任务。疫情终会过去，但是其带来的对教学改革的思考与实践仍有着极大价值。

参考文献：

[1]唐艳妮.李雪琴，赵云芳，等.疫情中的大学物理实验线上教学探索[J].物理实验，2020，40（5）：31-35.

[2]乐永康.新冠肺炎疫情下美国物理实验教学及中美情况对比[J].物理与工程，2020（4）.

[3]教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会，教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会，教育部高等学校天文学类专业教学指导委员会等.关于新冠肺炎疫情防控期间物理类课程线上教学的调查报告[J].物理与工程，2020（2）.