基于信息技術(shù)的“五步循環(huán)”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

劉小毛

“五步循環(huán)”教學(xué)法作為一種創(chuàng)新型的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，要求授課教師圍繞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)等信息技術(shù)手段，采用“猜測聚焦—方案選擇—實(shí)驗(yàn)操作—分析小結(jié)—思考分享”等五個(gè)循環(huán)的教學(xué)步驟，引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)探究的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，層層推進(jìn)，順利而有趣地完成教學(xué)任務(wù)。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫徹了自主探究的教學(xué)理念，運(yùn)用了循環(huán)推進(jìn)的教學(xué)策略，并巧妙實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效融合。下面筆者就以“杠桿的平衡條件”教學(xué)為例進(jìn)行簡要介紹。

一、猜測聚焦

杠桿平衡時(shí)存在著怎樣的數(shù)量關(guān)系呢？學(xué)生首先進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”并暢所欲言，教師事先約定在猜測過程中暫不作評論。于是，學(xué)生把加減乘除各種運(yùn)算法則都用上，相關(guān)的猜測越來越多。此時(shí)，老師利用“父子倆坐蹺蹺板”的動(dòng)畫進(jìn)行分析歸納：左端兒子的重量F1較右端父親的重量F2小，但兒子到支點(diǎn)的距離L1較父親到支點(diǎn)的距離L2長。通過引導(dǎo)，按加減乘除各選一種，歸納出四種可能的數(shù)量關(guān)系：按“小+大=小+大”的思考則可能存在“F1+L1=L2+F2”；按“大-小=大-小”的思考則可能存在“L1-F1=F2-L2”；按“小·大=小·大”的理解則可能存在“F1·L1=L2·F2”；按“小/大=小/大”的比例關(guān)系則可能存在“F1/F2=L2/L1”。

二、方案選擇

通過聯(lián)網(wǎng)百度，在課堂上搜索“杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)”，找到相關(guān)結(jié)果。老師結(jié)合教材，選擇了其中一種并稍加補(bǔ)充，確定實(shí)驗(yàn)方案。

補(bǔ)充后的實(shí)驗(yàn)方案，一是調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)保持水平靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)；二是在杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量的鉤碼，多次改變杠桿兩端的鉤碼數(shù)量并調(diào)節(jié)鉤碼的位置，使杠桿再次平衡，并把每次平衡時(shí)F1、L1、F2、L2的具體數(shù)值記錄在電子表格中；三是利用電子表格自動(dòng)計(jì)算功能，算出“F1+L1”“L2+F2”“L1-F1”“F2-L2”“F1·L1”“L2·F2”“F1/F2”“L2/L1”的數(shù)值，對比分析電子表格中的數(shù)量關(guān)系，來判斷之前的猜測正確與否；最后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算，推導(dǎo)歸納出杠桿的平衡條件。

三、實(shí)驗(yàn)操作

按照實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生分批次來到講臺(tái)，在老師的引導(dǎo)下進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)操作，并記錄數(shù)據(jù)。每次實(shí)驗(yàn)完畢，老師都提醒學(xué)生將儀器整理歸位。為避免結(jié)論的偶然性，老師引導(dǎo)學(xué)生用彈簧測力計(jì)代替杠桿一端的鉤碼，并改變彈簧測力計(jì)拉力的方向傾角，讓學(xué)生觀察彈簧測力計(jì)的讀數(shù)變化，此時(shí)力臂不在水平杠桿上，而且大小也改變了。實(shí)驗(yàn)過程中，老師允許學(xué)生利用智能手機(jī)把實(shí)驗(yàn)過程中的一些細(xì)節(jié)拍攝下來，分享到班級學(xué)習(xí)交流群中，供大家交流、回顧與反思。

四、分析小結(jié)

在多媒體大屏幕上的電子表格中，教師展示了杠桿在每次平衡狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。老師分別輸入“F1+L1”“L2+F2”“L1-F1”“F2-L2”“F1·L1”“L2·F2”“F1/F2”“L2/L1”八組計(jì)算式，并自動(dòng)計(jì)算出數(shù)值。通過觀察分析，只有“F1·L1”與“F2·L2”以及“F1/F2”與“L2/L1”兩組計(jì)算式的數(shù)值分別相等。老師把兩組數(shù)據(jù)用不同的色塊進(jìn)行標(biāo)注，通過簡單換算，證明兩組計(jì)算式其實(shí)相同，就是“F1·L1=F2·L2”，這就是杠桿平衡時(shí)存在的數(shù)量關(guān)系，也就是杠桿的平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。

五、思考分享

在班級學(xué)習(xí)交流群中，學(xué)生自由討論。有學(xué)生提出猜測中的“F1+L1=L2+F2”“L1-F1=F2-L2”兩個(gè)等式中，左右兩邊的計(jì)量單位不同，不可能存在等式關(guān)系，得到了老師的肯定；有學(xué)生提出根據(jù)“小/小=大/大”的比例關(guān)系，猜測還可能存在“F1/L2=F2/L1”的數(shù)量關(guān)系，老師引導(dǎo)學(xué)生按照“蔡芳是粉絲”（與五個(gè)步驟第一個(gè)字“猜方實(shí)分思”諧音）的步驟，很快進(jìn)行了一輪驗(yàn)證，得出猜測的確屬實(shí)；另外有學(xué)生提出，通過數(shù)學(xué)換算，“F1/L2=F2/L1”就是剛剛驗(yàn)證的杠桿的平衡條件等式，不用再去進(jìn)行復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，也得到了老師的肯定……

有學(xué)生感嘆“力臂好難找”，便有學(xué)生回答“力臂就是支點(diǎn)到作用線的垂直距離”“關(guān)鍵是要懂得如何通過支點(diǎn)作一條到作用線的垂線”等。有學(xué)生上傳了剛剛拍攝的實(shí)驗(yàn)照片，取名“尋找彈簧測力計(jì)斜拉時(shí)的力臂”，老師把這張照片下載進(jìn)行截圖，利用截圖下方的“矩形、橢圓、箭頭”等工具，一邊講解，一邊標(biāo)注，合成了一張“變形力臂畫法的講解圖”，并上傳到學(xué)習(xí)交流群的共享文件夾，供學(xué)生隨時(shí)下載使用。

“五步循環(huán)”教學(xué)法是一種循環(huán)推進(jìn)的教學(xué)策略，猶如農(nóng)民使用石頭碾子進(jìn)行糧食加工，通過反復(fù)碾壓，讓教學(xué)中的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都能“破解”到位，不留下任何死角。

當(dāng)學(xué)生提出“力臂好難找”時(shí)，老師通過分析學(xué)生上傳的實(shí)驗(yàn)照片，把學(xué)生又“帶回”到剛剛進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)中去，一邊講解一邊標(biāo)注，讓學(xué)生明白“變形”力臂的畫法。通過如此反思與推敲，讓學(xué)生理清了知識(shí)的來由，構(gòu)建起了新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)有學(xué)生提出按“小/小=大/大”的比例關(guān)系的理解，可能還存在其他的數(shù)量關(guān)系時(shí)，老師引導(dǎo)學(xué)生按照“蔡芳是粉絲”的步驟，很快進(jìn)行了驗(yàn)證。

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)法還可以應(yīng)用到之后的分組實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生在幾種不同類型的實(shí)驗(yàn)中練習(xí)鞏固，使學(xué)生的探究能力不斷提高，并逐漸鞏固內(nèi)化成學(xué)生解決實(shí)際問題的良好思維品質(zhì)。