创客理念在高中物理学生分组实验教学中的应用

姚珍
摘 要:物理实验教学要培养的是学生实验原理分析,实验设计,实验操作技能以及实验误差的分析和实验改进等物理实验科学素养。传统物理实验教学,对实验设计原理操作的规范性,是有优势的,但是在于促进学生自主思考,发现问题,解决问题的培养是不足的。本文以自由落体实验为例,阐述从创客教育理念的角度来进行教学:从“开放创新”引导学生思考分析设计实验;从“探究体验”增加学生参与和体验,由此发现问题,解决问题;最后结合“学中做,做中学”的理念,让物理规律在实际的应用中得到升华,从而为物理实验教学提供另外的一种思路。
关键词:创客理念;物理学生分组实验;教学应用
《普通高中物理课程标准(2017)》中明确指出高中学生应:“具有科学探究意识,能发现问题、提出合理猜测;具有设计实验探究方案和获取证据的能力,能正确实施实验探究方案,使用各种科技手 段和方法收集信息;具有分析论证的能力,会使用各种方法和手段分析、处理信息,描述、解释实验探究结果和变化趋势;具有合作与交流的意愿与能力,能准确表述、评估和反思实验探究过程与结果。”[ 1 ]社会科技的发展,教育科学的发展,对学生实验能力有着更高的标准和要求,传统的物理教学方式已经不能完全胜任时代的需求。
创客教育作为一种融合信息技术,秉承“开放创新”,“探究体验”,“学中做,做中学”的学习方式和以培养创新型人才为目的的新型教学模式[ 2 ],为寻求改变的高中物理实验教学提供了方法和策略。
1 “开放创新”在高中物理学生分组实验教学中的应用
“开放创新”的理解,笔者认为在教学上“开放”是指校内外的资源的共享和互通,是课堂知识和自然、社会生活的交融。“创新”的理解,笔者认为并不意味着一定是前无古人,或者一定要先进高科技才叫创新。教师可以根据学校自身的实验设备装置,根据学生的认知情况,引进更多生活中常见的容易获得的物件,引导学生思考实验原理,实验设计,而能由学生自主思考得出,都可以认为是创新[ 3 ]。即使前人已有发现,但对于学生个体来说是思考获得的,对其而言就是创新了。“创新”理念在实验教学中,更应该侧重与学生创新思维的培养,鼓励思考和思维习惯的养成。只有学会思考,懂得思考,乐于思考,才能在成长的道路上不断让思维成熟,让知识技术得以积累,才可能在某天有所创新[ 3]。
传统物理学生实验,学生按教师指定好的实验目的,实验原理,实验步骤,数据记录,分析误差等进行操作完成。学生只是实验的操作者,没有真正的参与接触物理实验最灵魂的部分——实验原理和实验设计。应用创客理念,我们在实验教学中引导学生进行实验设计,让学生成为实验的总设计师,让他们按照自己的设计来完成实验,让实验成为他们自己的实验。
实验设计的创新。由于学生层次上的差异,教师需要选择不同的教学方式来引导学生思考设计实验。以自由落体实验为例,提出明确的实验目标——求自由落体运动的加速度值。有的学生可能马上得出设计大致的做法。但,对于没有反应出来的学生,可以展示打点计时器,当看到打点计时器,学生可能就会反应过来,可以用打点计时器来测加速度。教师事先提供的多于课本实验器材的实验材料,学生在有了大致的原理下,根据提供的器材设计和组装实验,开始实验。组装的结果和课本处理差异不大,但是学生从教师告诉他们怎么做转变为他们自己思考怎么做,这本身已经是进步。而这种自己思考得来的,对学生个体而言就是创新了。
另外一种设计是根据频闪照像机的原理。给学生展示频闪照像机拍出来的照片,根据之前的学习,学生可以理解从照片上求加速度的原理。再向学生展示一段小视频:一段连惯的小视频可以在一些视频软件上逐帧播放。两种信息的结合,学生的思考方向会被带动到新的实验设计方向。学生会想到用手机拍下视频,在视频编辑器中,逐帧记录下相等时间间隔的位移,求出加速度。
还有一种设计根据手机或ipad的app 软件。有许多可以使用的学习软件,像sparkvue软件,适用于数据处理功能。教学上,让学生自己摸索玩这些软件,让他们熟悉软件的功能,再向他们提出是否可以设计求自由落体的加速度。有些学生已经有设计方案了,对于还没有设计出来的学生,可以进一步向他们展示图象横纵轴和斜率所能代表的物理意义,这样学生在一层一层的引导下,向着新的设计原理思考,得出加速度。
2 “探究体验”在高中物理学生分组实验教学的应用
传统的教学,物理实验是既定的成功实验,学生按照教师的设计路线得出唯一正确的结果,但是学生不能真正体会实验为什么这样设计,为什么一些细节只能这样处理实验才是成功的。“探究体验”的教学方式,是增加学生自主体验,通過自己摸索否定不够精确的实验设计,找寻精确设计的过程。
在自由落体实验教学中,教师可以做这样的设计:提供成分为木材,铅块,铝块的重锤让学生自行选择实验。那么,就有学生发现有的测出来与9.8m/s2的数据相差甚远。学生就会思考严重误差产生的原因。可能有一部分学生自己能找出原因,对于没有找出原因的学生,教师鼓励学生用其他重锤试一试。学生会发现铅材质的重锤实验结果接近9.8m/s2的数据。再引导学生思考引起误差的原因。如果还有学生没有想出原因,教师还可以让学生用两张相同的纸张,一张展开一张揉成团,观察两张纸张相同高度的落地快慢来促进思考。如果学生仍没有得出结果,教师可以通过学生体验之后进行讲解。
自由落体实验中,用视频编辑软件处理数据,可以得到结果。但是如果加入实验探究体验,让学生来得出结果,学生对自由落体运动会有进一步的理解。在展示频闪照像机拍出的照片时,学生首先想到的是用手机连拍来拍出照片直接计算。教学中,让学生试试手机连拍,他们就会发现影像是模糊的,他们就知道自由落体的运动实是太快了,一般的手机是拍不出效果的,同时进一步理解频闪照相机的拍照频率有多快了。在这样的体验基础上,介绍视频编辑软件逐帧播放功能,学生也能很好的建立两者之间的联系,进行实验。
3 “学中做,做中学”在高中物理学生分组实验教学中的应用
传统物理实验教学,在学生得出实验结果之后,物理实验就结束了。物理理论规律在生活中的应用这一环节被忽略了。“学中做,做中学”把物理规律和现实中的应用密切联系起来,让物理规律有了现实意义,让学生在规律应用中体会物理学习的乐趣,动手的乐趣。
在自由落体实验中,教师用普通的长直刻度尺演示测试学生反应时间的快慢。这时,提问学生如何来判断某位学生反应时间的快慢?学生很容易根据刻度尺上位移长度来做判断。教师再引导学生思考,如何可以直观的测出反应的时间。学生很容易想到,能不能在直尺上写上时间。那么刻度尺上的时间应该怎么标注呢?这样,学生的思考就引入位移与时间关系的建立。在探究体验中,学生体验到,只有被测重力很大时,阻力才能被忽略。学生后来也对直尺进行了改良,将一个小铅块焊接到直尺初始位置,增加其重力,使其加速度接近9.8m/s2 [ 4 ]。
通过这一环节的教学,学生对自由落体公式,实验中重锤等信息的了解更深刻,而且也促进他们进行更积极的思考,如何让物理知识服务于生活,养成思考和动手的习惯。为以后学习发展奠定了良好的物理科学素养。
4 总结
“开放创新”,“探究体验”,“学中做,做中学”应该是一脉相承的关系,宗旨在于促进学生思考,发现问题,解决问题,应用规律于生活。但是因为跨学科教学对教师来说是一种挑战,学生层次的不同,物理实验内容性质等原因的局限,并不是所有的物理实验都能很好完整的按这三个要素去体现,所以有时可能选取其中的某一项来进行教学。
创客理念的教学对教师综合素质要求很高。但是,相信只要教师们朝着文中三个方面在教学中不断积累,认真研究分析个案实验,积极主动研究适合的,科学的教学方法,相信会有所突破。
另一方面,创客理念涉及到的内容可能跨学科,要求个别教师单枪匹马去完成,是不现实的。所以发挥团体的力量,有的教师可能对器械有研究,有的教师可能对电脑图形处理有兴趣,还有可能有的对文史有感觉,那么集合教师的特长,扬长避短,多交流,多合作,多实践,会是创客教育走出一片天的必經之路。
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)[S].北京:人民教育出版社,2018.
[2]杨现民.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究,2015(2):23.
[3](美)道格.约翰逊.从课堂开始的创客教育[M].北京:中国青年出版社,2016:66-69.
[4] 杨雪.将创客教育融入中学物理课初探[D].昆明:云南师范大学,2017:53-58.
相关文章!
  • 改进演示实验,提高演示实验教

    曹雪梅众所周知,化学是以实验为基础的学科.实验是化学的灵魂,也是提高学生学习兴趣的主要因素.教学实践证明,化学实验教学可以让学生

  • 素质教育在中职教育中的重要性

    杨天摘要:进入21世纪之后,素质教育已经成为全社会非常关注的一个重要话题。而在职业教育中,许多学生和家长错误的认为职业教育的本质就

  • 质谱法测定水中溶解氙的含量及

    李军杰+刘汉彬 张佳+韩娟+金贵善+张建锋<br />
    <br />
    <br />
    <br />
    摘要 利用设计的一套水样中提取并分离Xe的装置,与稀有气体质谱