科學(xué)紀(jì)錄片與創(chuàng)新實驗在物理教學(xué)中的應(yīng)用

翟晶敏

摘 要：2018年4月，教育部頒布《教育信息化2.0行動計劃》，提出了加強教育信息化學(xué)術(shù)共同體和學(xué)科建設(shè)，大力推進(jìn)智能教育的舉措。科學(xué)紀(jì)錄片應(yīng)用于物理教學(xué)，體現(xiàn)了信息化教學(xué)與物理學(xué)科的結(jié)合，打破了傳統(tǒng)課程資源單一的局限。新鮮有趣的創(chuàng)新實驗更容易激發(fā)學(xué)生的興趣，喚起學(xué)生的求知欲。本文將科學(xué)紀(jì)錄片與創(chuàng)新實驗相結(jié)合并應(yīng)用到物理課堂中，體現(xiàn)了信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)的融合。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；科學(xué)紀(jì)錄片；創(chuàng)新實驗；機械效率

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2019）1-0065-4

1 科學(xué)紀(jì)錄片與創(chuàng)新實驗在物理教學(xué)中的作用

物理學(xué)科來源于生活也應(yīng)用于生活，生活中不僅存在大量的物理現(xiàn)象，而且也有很多物理知識應(yīng)用于生活中的事例。因課堂時間有限，課本內(nèi)容僅展示重點的幾個生活案例，不足以將生活中的大量物理現(xiàn)象體現(xiàn)出來。2018年4月，教育部頒布《教育信息化2.0行動計劃》[1]，提出了加強教育信息化學(xué)術(shù)共同體和學(xué)科建設(shè)，大力推進(jìn)智能教育的舉措。

科學(xué)紀(jì)錄片在物理教學(xué)中的應(yīng)用，體現(xiàn)信息化教學(xué)與物理學(xué)科的融合，為物理教學(xué)提供了更多生動有趣的素材，打破了傳統(tǒng)課程資源單一的局限?？茖W(xué)紀(jì)錄片中的素材往往來源于真實情景，是由專業(yè)的設(shè)計團(tuán)隊，應(yīng)用高超的攝影技術(shù)以及精良的后期制作，最終呈現(xiàn)出來的唯美畫面?？茖W(xué)紀(jì)錄片中有豐富的生活現(xiàn)象，具有語言通俗易懂、畫面唯美、內(nèi)容具有科學(xué)性等特點?？梢越鉀Q課堂資源少的問題，同時紀(jì)錄片中呈現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)還可以開闊學(xué)生的視野。

物理學(xué)科的特點是以實驗為基礎(chǔ)，但是很多傳統(tǒng)實驗缺少新意，太過老舊，沒有跟時代接軌。反觀現(xiàn)在的學(xué)生，是在信息化的環(huán)境下成長起來的，接受的信息龐大且全面，傳統(tǒng)老舊的實驗已經(jīng)很難喚起學(xué)生的興趣了。因此，實驗也需要創(chuàng)新。新鮮有趣的創(chuàng)新實驗將會喚起學(xué)生的求知欲望，更容易激發(fā)學(xué)生的興趣。

將科學(xué)紀(jì)錄片與創(chuàng)新實驗結(jié)合應(yīng)用到物理課堂中，是信息技術(shù)與物理實驗學(xué)科相融合的體現(xiàn)，也響應(yīng)了教育部提出的《教育信息化2.0行動計劃》的號召。單純的實驗課和單純的科學(xué)紀(jì)錄片已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，因此，多元化的發(fā)展與多樣化手段的利用才是未來課堂發(fā)展的趨勢。下面以山東科學(xué)技術(shù)出版社八年級下冊第九章第六節(jié)的“機械效率”為例，展現(xiàn)紀(jì)錄片與創(chuàng)新實驗在物理教學(xué)中的深度融合應(yīng)用。

2 教學(xué)過程

首先，課程標(biāo)準(zhǔn)對機械效率的要求是：

（1）知道機械效率，了解提高機械效率的途徑和意義；

（2）了解人類使用機械的歷史發(fā)展過程，了解機械的使用對社會發(fā)展的作用[2]。

結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計思路：機械效率的定義和測量以創(chuàng)新實驗為主；機械的發(fā)展歷史及對社會發(fā)展的作用以科學(xué)紀(jì)錄片的展現(xiàn)為主。

2.1 創(chuàng)新實驗在“機械效率”教學(xué)中的應(yīng)用

課程實驗資源如圖1所示。

學(xué)生：紙杯、沙子、彈簧測力計、木直尺、小鉤碼、大鉤碼、鐵架臺、兩個輕質(zhì)滑輪、細(xì)繩（兩端系扣長度75 cm～100 cm）、彩色貼條。

教師：鐵架臺、演示滑輪2個、細(xì)繩、彈簧測力計、演示木直尺、彩色貼條、挖掘機模型、鉤碼。

教學(xué)片段一：情境導(dǎo)入

“大材小用”——體會效率

師：（教師課前用一大桶裝滿沙子，沙子上面放上一個乒乓球，把桶放在教室門口）現(xiàn)在門口有一個桶，老師想請一位同學(xué)幫老師搬進(jìn)來放在講臺上。

師：謝謝這位同學(xué)，但老師想用的是這個乒乓球，這桶沙子沒用了，請你再幫忙把這桶沙搬出去。

學(xué)生為這位幫忙的同學(xué)白費大量功夫而抱不平。

師：老師辦的這件事情效率高不高？

生：不高！

師：生活中也有很多講究效率的事情，比如工人要提高工作效率，縮短工期。學(xué)習(xí)也要講究學(xué)習(xí)效率，一天10小時的在校時間，8小時的學(xué)習(xí)時間，2小時的玩耍時間，那么學(xué)習(xí)效率怎么計算呢？

生：80%。

師：既然學(xué)習(xí)上有效率，那么機械在使用的時候是不是也有效率呢？

生：是。

師：大家看看這是什么？（教師展示實物玩具模型挖掘機）

生：挖掘機。

師：今天我們來學(xué)習(xí)第九章第六節(jié)——機械效率。（板書機械效率）

設(shè)計意圖：通過學(xué)生的搬沙活動，引起學(xué)生為搬沙的同學(xué)打抱不平，學(xué)生經(jīng)歷親身體驗，體會到在生活中，工作、學(xué)習(xí)都是有效率的。同時實物展現(xiàn)挖掘機模型，引起學(xué)生興趣，引入本節(jié)課的課題。

2.2 科學(xué)紀(jì)錄片在“機械效率”教學(xué)中的應(yīng)用

播放科學(xué)紀(jì)錄片視頻《厲害了我的國》中的片段。視頻中呈現(xiàn)了全球最大的自動化集裝箱碼頭——洋山深水港：擁有全自動化碼頭智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)（TOS系統(tǒng)），7個集裝箱泊位， 26臺條吊，120臺自動堆箱軌道吊，130臺無人自動駕駛導(dǎo)引車（AGV）。

據(jù)統(tǒng)計，全球近四分之一的貿(mào)易額都在中國產(chǎn)生，持續(xù)增長的吞吐量要求中國的港口再提速。全球港口一年吞吐量的十分之一就是由上海洋山港貢獻(xiàn)的，這相當(dāng)于美國全部港口吞吐量的總和。而且整個碼頭和堆場內(nèi)空無一人，直接由自動運行的無人駕駛AGV小車把集裝箱運到堆場，車轍始終如一，地面上6萬多根磁釘引導(dǎo)，實現(xiàn)精密的準(zhǔn)確定位。這里的生產(chǎn)控制一共只需要9個人，監(jiān)控室內(nèi)的碼頭操作員通過電腦即可完成控制，實現(xiàn)碼頭無人化。洋山四期作業(yè)效率會達(dá)到40箱每小時，提高碼頭的作業(yè)效率，減少了70%的人工。

設(shè)計意圖：央視大型紀(jì)錄片《厲害了我的國》的片段播放，一方面展現(xiàn)了我國洋山深水港實現(xiàn)全自動化，碼頭“空無一人”的景象，效率之高震驚世界，切合本節(jié)的主題；另一方面體現(xiàn)了多媒體紀(jì)錄片在物理課堂中的應(yīng)用，增加了信息量，有利于開闊學(xué)生的視野，體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)中的機械發(fā)展及對社會發(fā)展的作用。同時，該片段的觀看還增強了學(xué)生的民族自豪感，加強了學(xué)生的德育教育。

教學(xué)片斷二：有用功、額外功和總功概念的建立

師：小明家裝修房子，需要把沙子運到三樓。你能想到什么辦法把沙子搬到三樓呢？

師：老師這里準(zhǔn)備了一些沙子，桌子上還有一些儀器，同學(xué)們可以用這些實物模擬一下這個過程。請同學(xué)們開動腦筋思考并動手做一做，將沙子舉高10 cm，可以有幾種方案呢？

學(xué)生組內(nèi)合作，積極嘗試將沙子舉高10 cm的方法。教師巡視指導(dǎo)。

教師請學(xué)生上臺展示成果（如圖3）。

1組：我們用紙杯裝著沙，提著紙杯將它們直接舉高。（同時展示利用紙杯舉高沙子的過程）

2組：我們用的是定滑輪，將紙杯和沙子舉高。（同時展示利用定滑輪將紙杯和沙子舉高的過程）

3組：我們用的是動滑輪，將紙杯和沙子舉高。（展示利用動滑輪將紙杯和沙子舉高的過程）

4組：我們用的是由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組，將紙杯和沙子舉高。（同時展示利用滑輪組將紙杯和沙子舉高的過程）

師：大家都做得很好，都成功地利用工具把沙子舉高了。那么請同學(xué)們看一下老師的做法。（直接用手抓一把沙子然后舉高）

師：這個過程我們的目的是把什么舉高？

生：沙子。

師：老師對沙子做功了嗎？

生：做功了。

師：這個過程需要克服什么力做功？

生：克服沙子的重力做功。

（板書：一、有用功、額外功、總功）

師：考考你們，結(jié)合你將沙子舉高的方式，請分析有用功和額外功。

1組：我們用的是紙杯裝著沙子，將紙杯和沙子一起舉高。這個過程中的有用功是克服沙子的重力所做的功，額外功是克服紙杯的重力做功。

2組：我們用的是定滑輪，將紙杯和沙子舉高。這個過程中的有用功是克服沙子的重力做功，額外功包括了克服紙杯的重力做功、克服繩子的重力做功、克服定滑輪和繩子之間的摩擦做功。

3組：我們用的是動滑輪，將紙杯和沙子舉高。這個過程中的有用功是克服沙子的重力做功，額外功包括了克服紙杯的重力做功、克服動滑輪的重力做功、克服繩子的重力做功、克服動滑輪和繩子之間的摩擦做功。

4組：我們用的是滑輪組，將紙杯和沙子舉高。在這個過程中，有用功是克服沙子的重力做功，額外功包括了克服紙杯的重力做功、克服動滑輪的重力做功、克服繩子的重力做功、克服滑輪組和繩子之間的摩擦做功。

師：大家分析得很好！下面我們來看這幅圖片，圖片展示了從井中打水的情況，請問一個人用水桶從井里打水，有用功是對誰做的功？額外功是對誰做的功？

生：拉力對水做的功為有用功，對水桶做的功為額外功。

師：若水桶掉進(jìn)水中， 打撈桶的過程中難免會沾有一部分水，請問有用功是對誰做的功？額外功是對誰做的功？

生：對水桶做的功為有用功，對水做的功為額外功。

設(shè)計意圖：教材的處理方式是觀看課本圖片中搬沙的幾種方式，選擇一種方式并分析。改進(jìn)后的創(chuàng)新實驗是讓學(xué)生親身經(jīng)歷搬沙的過程，并提供幾種工具，學(xué)生自主選擇搬沙的方式。通過切身體驗，真切地感受到利用工具搬沙的過程，體會出效率的不同，深刻地領(lǐng)會到有用功、額外功和總功的定義。同時，結(jié)合小組搬沙的方式分析有用功、額外功和總功，通過分析實物的方式加深概念的理解，分析問題也更全面。

教學(xué)片段三：測量機械效率

師：我們已經(jīng)知道機械效率怎樣計算了，下面我們通過實驗測量滑輪組的機械效率。怎樣測量滑輪組的機械效率？需要測量哪些物理量？用什么測量工具？怎樣計算有用功和總功？

學(xué)生一一回答。

小活動，大家來找茬。

教師演示：斜向上拉動彈簧測力計。

提問：這樣操作行嗎？

生：不行，應(yīng)該豎直方向拉動彈簧測力計。

教師演示：向上猛然拉動彈簧測力計時讀數(shù)。

提問：這樣操作行嗎？

生：不行，應(yīng)該緩慢勻速地拉動彈簧測力計。

教師提問：物體上升的過程，距離好測量嗎？

生：不好測量。

教師演示創(chuàng)新實驗：將滑輪組安裝在豎直的木尺旁邊，拉動前后，分別標(biāo)記開始上升時鉤碼的起點A與終點B，同時標(biāo)記繩子自由端的起點A′與終點B′。讀出對應(yīng)h與s的值。利用彩色紙條標(biāo)記初始位置和終點位置（如圖4所示）。學(xué)生展開分組實驗，結(jié)合創(chuàng)新實驗測量滑輪組的機械效率。

設(shè)計意圖1：強調(diào)此實驗中操作的關(guān)鍵，勻速豎直向上拉動彈簧測力計，通過教師的錯誤示范，讓學(xué)生指出錯誤，來加深學(xué)生的理解。

設(shè)計意圖2：應(yīng)用創(chuàng)新實驗。原實驗的不足在于物體上升高度和繩子移動距離的測量現(xiàn)象不直觀，學(xué)生需要記錄四個數(shù)據(jù)，然后相減得出移動的距離，計算過程復(fù)雜且兩個距離不直觀。改進(jìn)后的創(chuàng)新實驗，用兩種顏色的彩條，分別標(biāo)記物體和繩子的起點與終點，在實驗操作結(jié)束后，距離的變化可以通過相同顏色彩條間的距離來觀看，使得現(xiàn)象更加直觀。同時計算更加方便，只需要將同種顏色紙條對應(yīng)的數(shù)據(jù)相減即可，省去了記錄四個數(shù)據(jù)的過程，簡化了學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄過程。

3 結(jié)束語

通過將科學(xué)紀(jì)錄片與創(chuàng)新實驗深度融合于課堂教學(xué)，通過科學(xué)紀(jì)錄片《厲害了我的國》的播放，學(xué)生不僅了解了中國效率領(lǐng)先世界從而引入本節(jié)課題的學(xué)習(xí)，而且深刻地體會到我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展帶來的高效，加強了學(xué)生的德育教育，使學(xué)生充分認(rèn)識到未來社會的發(fā)展趨勢?？茖W(xué)紀(jì)錄片在物理課堂中的應(yīng)用與圖片展示和教師的文字描述相比，更具有畫面感、立體感、生動感，體現(xiàn)了信息技術(shù)在物理學(xué)科中的應(yīng)用，是教育信息化2.0的應(yīng)用。卞金金等認(rèn)為智慧課堂下的學(xué)習(xí)環(huán)境具有靈活性、交互性、實用性的特點，可以將教學(xué)資源融入學(xué)習(xí)環(huán)境中并記錄學(xué)習(xí)過程[3]。

創(chuàng)新實驗的開展，不僅符合物理學(xué)科以實驗為主的學(xué)科教學(xué)特點，而且有利于開闊學(xué)生的視野，感受創(chuàng)新技術(shù)在物理課堂中的應(yīng)用[4]。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，為以后在學(xué)習(xí)生活中遇到問題開闊思路，從而解決現(xiàn)實生活中存在的問題，體現(xiàn)了現(xiàn)在提倡的項目式學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任友群.走進(jìn)新時代的中國教育信息化——《教育信息化2.0行動計劃》解讀之一[J].電化教育研究，2018（6）：27-28.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[3]卞金金，徐福蔭.基于智慧課堂的學(xué)習(xí)模式設(shè)計與效果研究[J].中國電化教育，2016（2）：64-68.

[4]陳國文，歐劍雄.基于核心素養(yǎng)的物理智慧課堂創(chuàng)建研究[J].物理教學(xué)探討，2018，36（3）：7-9.

（欄目編輯 張正嚴(yán)）