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[摘要]教育信息化2.0时代的到来，引发了教育形式和学习方式的重大变革。本文针对目前高中物理实验教学过程中的一些问题，探讨了在“336”教学模式下将虚拟实验应用到高中物理实验教学中的优势，探索了在该模式下如何将虚拟实验应用在课前、课中、课后三个环节及演示实验、高三实验复习课等各种课型中。切实解决高中物理实验教学中遇到的困难，弥补和优化传统高中物理实验教学方式，提升高中物理实验教学的质量和效率。
[关键词]“336”教学模式,高中物理实验教学,虚拟实验
物理是一门以实验为基础的自然科学，不管是概念的建立，还是规律的获得过程都需要借助实验进行探索和总结。除此之外，实验也是提升学生学习兴趣，激发学生求知欲，发展学生学科能力和技能的手段。物理实验过程可以让学生初步了解物理学的研究方法，培养学生实事求是的科学态度，树立辩证的观点，也能培养学生之间的合作精神。因此，实验教学是高中物理教学中一个非常关键的内容。物理实验如此重要，但是在高中物理实验教学过程中存在着诸多问题和困难。
一、高中物理实验教学中存在的问题和困难
(一)教师与学生在教与学观念上的问题
在当前应试的大环境下，有的教师在思想上不够重视实验教学，往往会忽视实验教学而更加注重理论的分析，尤其是一些高三物理教师，由于高三复习时间紧、任务重、升学压力大，在教学过程中几乎不会再次进入实验室，因为他们认为学生在这个阶段只要能够解题应付物理考试就可以了。
学生也没有认识到实验是物理的基石，只认为实验是其中的一个考点，只需要通过大量的练习就能掌握实验，对传统实验没有兴趣，进入实验室也只是走过场，甚至最后连实验器材都不认识。
(二)实验时间无法保证
在分组实验课上，通常是花半节课的时间进行实验目的、实验原理、实验器材、实验设计、实验步骤、数据处理和实验误差分析的讲解，然后在所剩不多的时间里让学生进行分组实验，但往往器材还没安装完毕，或者实验数据还没得到就下课了。
然而，前期的实验讲解也十分重要，不能忽视，在课时紧张的情况下，教师很难再花一个课时让学生完成实验，这不利于学生的逻辑思维能力与动手操作能力的培养。在实验复习课上，教师通常的做法也是进行理论的讲解，局限于纸面上的复习，然后通过大量的题目进行训练。演示实验也因为器材、调试时间、成功率等，能省则省。
(三)实验条件的缺失
主要体现在以下几方面。一是学校实验器材经过不断的重复使用，已经开始老化、有损坏了，这会严重影响实验质量。二是有些实验现象不明显、可视化程度较低或者是因为实验条件的严苛，如需要真空环境，造成的误差大，影响实验结果。三是微观的、抽象的、高速的或者具有危险性的实验，没有办法在课堂上用实验仪器直接实验。四是实验课时间紧张，没有办法让每个学生都进行实验，往往是一个人或者某几个人做，其他人看，课后又无法弥补。
鉴于此，我结合本校情况，进行了“336”教学模式下虚拟实验在高中物理实验教学中的应用研究。
二、“336”教学模式及优势
“336”教学模式是福建省福州市教育技术应用名师工作室领衔名师周灵在20余年的信息化教学实践中，构建并逐步完善的信息技术环境下的“学教并重”的新型教学模式。第一个“3”指教师、智慧教室、学生三个维度，第二个“3”指课前、课中、课后三个教学阶段，“6”指自主学习、检测反馈、释疑拓展、检测反馈、归纳总结、云端补救六个环节。
该模式借力“智慧教室”等现代信息技术，以学定教、教学相长，实现了信息技术与学科教学的深度融合，实现了教学方式的根本变革。该模式具体操作框架为借助智慧教室等信息化环境，对学生进行课前的前测，以学定教，在课中进行实时反馈释疑拓展，在课后进行云端补救，在教学过程中精细化准备、根据学情生情及时调整教学内容，做到更有针对性、个性化的教学。
“336”教学模式的主要优势体现在：坚持“以生为本”的教育理念，遵循先“学”后“教”的原则，把课堂还给学生，教师的责任不在于教，而在于教会学生学，“授之以渔”，而非“授之以鱼”。借力现代信息技术构建高效课堂，将课堂延伸到课前、课后，使得课堂更具趣味性、交互性、及时性和有效性，使学习成了一个自主、延续、内化的过程，拓展了教学的宽度和广度。
前期，我在此教学模式的基础上，结合物理的学科特点进行了融合创新研究，并应用于物理课堂之上，取得了不错的成效。该教学模式充分地应用信息技术手段辅助实验教学，是对当前高中物理实验教学观念和手段的一种革新。
三、虚拟实验的优势
虚拟实验就是利用各种信息技术手段模拟和再现现实生活中的各种真实的实验仪器、实验过程和实验现象。它可以高度模拟、仿真实验室的仪器，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目。在中学物理实验教学过程中适时适当地运用虚拟实验，可以更好地提高实验教学的效果。
(一)打破时空的限制
虚拟实验在实验教学中的应用可以大大改善实验“一遍过”的情况，让实验教学不仅在时间上延伸到课前、课中、课后，也可以在空间上延伸到家里、图书馆。学生对课上没有理解或者完成的实验，可以在下课后在家里完成，以熟悉实验步骤，理解实验原理，学会处理数据，找到误差原因。
(二)进行个性化的实验
虚拟实验室中提供了很多的实验器材，如NOBOOK虚拟实验室，学生可以自由选择器材对其设置相关参数，完成自己感兴趣的实验。这对培养和提高高中生的创造能力和实验能力，拓展学生的视野以及锻炼学生的物理思维等方面是很有好处的。不仅可以让学生对知识的理解和掌握更加深刻，还真正地实现了学有所用。
(三)安全、高效、趣味、更具可视化
一些微观的、抽象的、高速的或者具有危险性的实验，可以通过模拟的方式进行，将抽象的实验简单、具体化，捕捉瞬间即逝的反应现象，也使其更具趣味性。同时可以在特定的场合避免烦琐的实验调试、数据采集，降低实验的时间成本。
四、“336”教学模式下虚拟实验的应用
(一)“336”教学模式下虚拟实验在高中物理演示实验课中的应用
物理演示实验是教师根据学生的认知特点和教学需要，在课堂上通过演示操作，引导学生观察现象、发现问题、探究问题、分析总结规律的一种教学手段，是物理课堂教学的重要组成部分。
演示实验在高中物理教学活动中有着举足轻重的地位，主要体现在以下几方面。一是可以活跃课堂，调动学生学习的积极性和主动性，启发思维、激发兴趣。物理课堂的一个有趣点就是演示实验，在沉闷的课堂中由教师带来一个演示实验无异于扔下一枚重磅炸弹，能有效、快速激活课堂氛围，调动学生的积极性，让学生乐于思考。二是物理学习需要经历从实际事物的观察中建立起相关的物理概念，从而理解物理规律的过程，这是一个渐变过程，其中演示实验将起到基石的作用，培养学生一切以实验为基础的思想方法和科学态度。三是“百闻不如一见”，讲得再多都不如学生亲眼所见来得深刻，通过演示实验可以解决很多教学中的难点问题。
实际教学过程中却存在着许多不同问题。一是教师在演示实验中占据了主导地位，实验都是由教师动手完成的，造成学生参与度偏低，一般座位靠后的学生在观察实验过程时，会受限于视野，甚至逐渐游离于课堂之外。二是一些实验的可视化程度较差，甚至个别实验根本没有条件开展，学生不一定能够及时准确地发现物理现象，从而使学生对物理概念、规律及教师的思维逻辑持怀疑态度。三是部分实验调试完成的时间长，成功率比较低，这对教学是十分不利的。
例如，在高中物理鲁科版教材选修3-4第五章第一节“光的干涉”中，有一个利用光的干涉检查工件平整程度的实验，尽管通过理论推导可以得到相关结论和规律，但学生对此实验的原理理解并不深刻。要想加深学生的印象，却苦于没有此类器材进行现场演示，而NOBOOK虚拟实验室(图1)则可以解决这个难题。在模拟环境下，学生可以非常清楚直观地看到工件不平整时，出现的干涉条纹将呈现何种形状。教师还可以更改参数，如减少或者增加纸张的数量，引导学生观察干涉的条纹将如何变化；又如改用绿光或者紫光做这个实验，引导学生观察干涉的条纹将如何变化。
图1利用光的干涉检查工件的平整程度
(虚拟实验室)
通过虚拟实验的演示，克服了实验无法完成的问题，大大激发了学生的学习热情和兴趣，同时也加深了学生对这个问题的理解，能帮助学生将知识真正内化成自己的东西。
我采用了本校的两个班级分别作为实验班和对照班研究。在学生并不知情的情况下，对照班仍然按照原来的方式教学，实验班采取虚拟实验辅助教学，在接下来的现场反馈环节中，实验班的答题准确率比对照班高了32.6％。教师在教学过程中变得非常轻松，“336”教学模式的释疑环节不需要再像过去那样专注于分析、作图、演算，只需要“用事实说话”，这大大地节约了课堂时间。
此外，虚拟实验室还可以将实验延伸到课后，学生可以在课后进行个性化的学习。
(二)“336”教学模式下虚拟实验在高三物理实验复习课中的应用
高三的物理实验复习课一直以来都处于困境中，主要体现在高三复习时间紧、任务重、升学压力大，没有办法让学生再次进入实验室完成相关实验。以往在复习时基本上都采用“纯纸面化”的方式，也就是“在黑板上种豆子”，教师从目的讲到原理，从数据处理讲到误差分析等，这对一些原本在新课学习中都掌握得不是很好的学生而言，明显有些囫囵吞枣的意思，会导致他们消化不良。由此造成了高三物理实验复习的低效甚至无效，其根本原因就在于复习没有针对性、学生的体验感严重不足。
尽管是高三物理实验复习课，也需要重视实验操作过程、探究活动环节，从实际体验中加深学生对知识的理解、方法的掌握，从而更好地提升学生的学科核心素养。虚拟实验作为新兴的实验手段，将为我们在高三实验复习教学中提供新的思路和选择。“336”教学模式可以使物理实验复习更具针对性，提高复习效率，提升复习质量。接下来，将以我执教的电学实验的“测电源电动势和内阻”为例，说明如何在“336”教学模式下使用虚拟实验室辅助高三物理实验复习。
1.课前
课前布置任务，让学生先行进入NOBOOK虚拟物理实验室，对本次实验“测电源电动势和内阻”(如图2)的原理——闭合电路欧姆定律E=U+Ir、电路图、实验操作步骤、实验数据记录及数据处理、误差分析等进行自主复习。教师则提前在智学网平台发布精心挑选的有针对性的前测卷。
例题：由于实验中(图3甲)使用的电表不是理想电表，会对实验结果造成一定的影响，关于该同学实验测量值误差分析正确的一项是()
A.由于电压表的分流作用，内阻的测量值大于真实值
B.由于电压表的分流作用，内阻的测量值小于真实值
C.由于电流表的分压作用，内阻的测量值大于真实值
D.由于电流表的分压作用，内阻的测量值小于真实值
学生自主学习并完成相关练习后，教师可以在智学网平台对学生提交的前测卷进行批改，并利用平台的数据分析功能，得到该题的正确率，获知学生对知识的掌握情况，明确学生的缺漏和不足，为备课提供学情和生情分析，以学定教，这是“336”教学模式非常重要的一环。
图2测电源电动势和内阻(虚拟实验室)
2.课中
在课堂上，随机从预先分好的学习小组中抽取一个学习小组在NOBOOK虚拟实验平台上分享复习所得。虚拟实验平台在此发挥了巨大的功效，在此平台上，学生可以直接模拟电路的实物连线、实验步骤和数据收集，并利用U-I图像进行数据处理，大大节约了复习课上宝贵的时间。其他小组在听取分享的时候可以思考总结并对其进行补充。教师则在听取了大家的交流之后，结合课前的前测结果进行点评，释疑解惑。
本节课主要针对两点：一是在利用图像处理数据时，如果横纵坐标不是从0开始，是否会影响测量结果；二是着重分析两种不同的电路连接带来的实验误差。
接下来进入检测反馈环节，借助智慧教室白板展示如下例题：
一同学在测量某干电池的电动势和内阻的实验中，要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图3中的(选填“甲”或“乙”)。
(2)在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，得到如图所示图像，根据图中所给数据，则该干电池的电动势为_____V，内电阻为_____Ω。
(3)若不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比较，电动势E____(选填“偏大”或“相等”或“偏小”)，内电阻r_____(选填“偏大”或“相等”或“偏小”)。
学生通过智慧教室IRS实时反馈系统对(1)(3)两小问作答：第(1)小问选择甲按键1，选择乙按键2；第(3)小问中选择偏大按键1，选择相等按键2，选择偏小按键3。系统根据学生的回答情况会统计出每一个选项的百分比，教师可以非常清楚地看到答题情况，及时精准地检测，以达到检验教学效果，提高教学效率的目的。
在学生基本掌握了相关知识的情况下，再次进入NOBOOK虚拟实验室中，对该实验做拓展：“若实验器材只有待测电源、开关、一个电压表和一个电阻箱，能否实现测电动势和内阻？如果能够，请画出实验电路图并实物连线。学习小组内根据所学知识讨论电路如何设计、电路有何系统误差、数据如何处理等。”
学生在此环节对知识进行内化和迁移：电压表仍然可以实现测端压的作用，若将电阻箱作为外电路，则可以实现间接测量干路电流，同时电阻箱可调，还承担了保护电路及完成之前实验设计中滑动变阻器得到多组数据的任务，类比得到因系统误差造成电动势和内阻的测量值均小于真实值。在处理数据上，可以做U-U/R的图像，同样，如果横坐标从0开始，那么图像与纵轴截距为电源电动势，斜率的绝对值为内阻。在此基础上可以再次抛出问题：“能否做更直接的U-R图像求得电动势和内阻呢？”层层递进，逐层剖析，最终实现让学生明白如何应用图像进行实验数据的处理。
3.课后
课后既是巩固所学的阶段，也是能力提升的阶段。教师将会把课堂环节及小组讨论的正确结论等整理上传到云端，在智学网平台分层次地布置练习。本次课设计将布置几个典型问题，其一为：“若实验器材只有待测电源、开关、一个电流表和一个电阻箱能否实现测电动势和内阻？如果能够，请画出实验电路图并实物连线。并根据所学知识讨论电路如何设计、电路有何系统误差、数据如何处理等。”学生根据自己的实际情况进行选择，掌握得相对不熟悉的学生可以根据教师整理的课堂内容补救性温习；已经对知识方法消化吸收较好的学生可以完成练习，提升能力，实现个性化学习。
运用信息技术手段可以将教学延伸到课外，帮助师生突破时空的限制，在双方的相互交流、沟通、启发和补充的过程中，实现师与生的教学相长。
在漫长的、有些枯燥的高三物理复习中，借助“336”教学模式和虚拟实验平台可以极大激发学生的学习兴趣，提高学习的积极性和主动性，学生物理核心素养的提升、教育教学质量的提升也就在情理之中了。
“336”教学模式下，虚拟实验在课前、课中、课后不同环节以及高中物理实验教学中不同课型，如高三物理实验复习课、实验演示课中的应用，有效地解决了高中物理实验教学中遇到的困难和问题，提高了学生在高中物理实验课中的参与程度，弥补和优化了传统的高中物理实验教学方式，促进培养了学生对物理知识的体系建构和核心素养，提升了高中物理实验教学的质量和效率。同时，通过发掘、总结优秀教学案例和经验，进一步丰富了信息化环境下高中物理实验课的课程资源和经验，形成了稳定的、常态化的、提高教学实效性的多元化途径体系，提升了教师在信息化环境下的教学能力。
参考文献：
[1]周灵.“336”教学模式——信息技术与学科教学深度融合的设计与实施[M].福州：福建教育出版社，2021.
[2]蒋智恒.“336”教学模式在中学物理体验式教学中的融合创新研究[J].中学理科园地,2021(03):29-31.
[3]赵京波.浅谈虚拟实验在中学物理教学中的应用[J].教育实践与研究(B),2021(Z1):98-100.
[4]张宇析.初中物理演示实验改进策略[J].理科爱好者(教育教学),2021(01):162-163.
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