教育信息化2.0時(shí)代提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的策略*
——以蘇科版八年級(jí)物理“凸透鏡成像的規(guī)律”教學(xué)為例

鄭智偉

(常州市第二十四中學(xué)天寧分校 江蘇 常州 213017)

朱超穎

(常州市第二十四中學(xué) 江蘇 常州 213000)

1 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

初中物理課程是一門(mén)注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程[1]，并且實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分.

首先，物理實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).在物理概念、物理規(guī)律的教學(xué)中由于部分學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象，加上課程本身具有較強(qiáng)的思維性、邏輯性、復(fù)雜性，導(dǎo)致初中物理教學(xué)必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ).在教學(xué)過(guò)程中需要將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，避免“紙上談兵”式的教學(xué)，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生鍛煉觀察能力、發(fā)展實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高科學(xué)素養(yǎng)[2].

其次，物理實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的重要方法.物理實(shí)驗(yàn)將復(fù)雜的條件簡(jiǎn)化，借助實(shí)驗(yàn)設(shè)備，突出了研究對(duì)象的主要因素，排除了次要的非本質(zhì)因素，幫助學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)環(huán)境，以發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證知識(shí).在此基礎(chǔ)上，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)，將需要認(rèn)識(shí)的某種性質(zhì)或關(guān)系以比較純粹的形態(tài)表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形成自己的概念，以便學(xué)生理解物理概念、掌握物理規(guī)律.

最后，物理實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的重要抓手.基于物理實(shí)驗(yàn)直觀具體、生動(dòng)形象的顯著特點(diǎn)，在教學(xué)中通過(guò)合理運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的求知欲望，讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與到教學(xué)過(guò)程中，進(jìn)而將物理知識(shí)與自然現(xiàn)象、生活實(shí)際相聯(lián)系.

2 傳統(tǒng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境分析

隨著教育信息化2.0時(shí)代的來(lái)臨，傳統(tǒng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的困境逐步顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在教學(xué)觀念存在誤區(qū)、組織方式較為單一、教學(xué)技術(shù)應(yīng)用較淺等方面.

首先，傳統(tǒng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)觀念存在誤區(qū).部分教師對(duì)于初中物理教學(xué)的定義仍然停留在傳授知識(shí)上，沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的重要意義[3].片面追求學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，忽略了對(duì)學(xué)生觀察能力、動(dòng)手能力、科學(xué)態(tài)度、合作精神等方面的訓(xùn)練和培育.加之部分教師認(rèn)為有的物理實(shí)驗(yàn)條件難以控制，如水的沸騰實(shí)驗(yàn)難以控制水沸騰的時(shí)間，故有的教師為了按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)甚至選擇不在課堂上呈現(xiàn)，僅僅將課堂作為教書(shū)的講堂，形成了重“知識(shí)學(xué)習(xí)”輕“過(guò)程探究”的現(xiàn)狀，不利于師生的發(fā)展.

其次，傳統(tǒng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織方式較為單一.傳統(tǒng)課堂教學(xué)組織方式主要為班級(jí)授課制，在這種組織方式下教學(xué)中更多地強(qiáng)調(diào)學(xué)生的均衡，容易忽視學(xué)生的個(gè)體差異.并且在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，部分教師在課堂上會(huì)把一些需要測(cè)量的數(shù)據(jù)告訴給學(xué)生，學(xué)生只能按照老師講的步驟，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)、結(jié)論，匆匆了事.部分學(xué)生沒(méi)有通過(guò)思考而進(jìn)行的被動(dòng)操作，限制了學(xué)生的思維，大多數(shù)的學(xué)生并沒(méi)有達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的，對(duì)于激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的思維能力并沒(méi)有起到很好的作用，達(dá)不到新課程提出的目標(biāo)要求.

最后，傳統(tǒng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)技術(shù)應(yīng)用較淺.在初中物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是激發(fā)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的有效渠道之一，但從當(dāng)前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，教學(xué)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)存在技術(shù)與學(xué)習(xí)脫離的困境.一方面，部分教師自身信息素養(yǎng)不足，在課堂上并未能夠靈活運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，進(jìn)而難以為所教學(xué)的內(nèi)容提供有效服務(wù)；另一方面，教學(xué)技術(shù)僅僅成為教學(xué)資源再現(xiàn)的簡(jiǎn)單工具，并且可能由于學(xué)生突然生成的問(wèn)題導(dǎo)致利用教學(xué)技術(shù)“精心設(shè)計(jì)”的環(huán)節(jié)被打亂，不利于教學(xué)活動(dòng)的有效開(kāi)展.

3 教育信息化2.0時(shí)代提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的策略

由于初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中具有重要地位，加之隨著時(shí)代的進(jìn)步，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定的困境，故在教育信息化2.0時(shí)代如何提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性是關(guān)鍵.接下來(lái)本文將以蘇科版八年級(jí)第四章第3節(jié)“凸透鏡成像的規(guī)律”為例，嘗試從教學(xué)觀念、教學(xué)組織、教學(xué)技術(shù)3個(gè)層面提出相關(guān)策略，以期提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性.

首先，在教學(xué)觀念上需以培養(yǎng)核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力為目標(biāo)定位.在“凸透鏡成像的規(guī)律”教學(xué)中，為了保證科學(xué)探究的真實(shí)性和有效性，預(yù)防學(xué)生的盲目探究和教師的越位引導(dǎo)，將“探究凸透鏡成像的規(guī)律”學(xué)生實(shí)驗(yàn)分解為3個(gè)探究環(huán)節(jié)，分別為初探凸透鏡成像的規(guī)律(準(zhǔn)確找到一個(gè)倒立、縮小的實(shí)像并能準(zhǔn)確記錄物距和像距)，再探凸透鏡成像的規(guī)律(在光屏上尋找不同性質(zhì)的實(shí)像并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))以及終探凸透鏡成像的規(guī)律(能夠找到正立、放大的虛像)，通過(guò)螺旋式上升的認(rèn)知過(guò)程指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí).如在初探凸透鏡成像規(guī)律的環(huán)節(jié)中，根據(jù)所進(jìn)行的猜想與假設(shè)，即“物距影響凸透鏡成像的性質(zhì)”，讓學(xué)生嘗試選擇所需要的實(shí)驗(yàn)器材.由于在此前已學(xué)習(xí)過(guò)小孔成像、平面鏡成像，學(xué)生易得出需要物體(或光源)、凸透鏡、光屏3種實(shí)驗(yàn)器材，再通過(guò)引導(dǎo)結(jié)合所需探究的影響因素為物距，易知需要刻度尺，教師此時(shí)順勢(shì)引出光具座并進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹.在此基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生進(jìn)一步明確物距和像距，以及實(shí)驗(yàn)操作時(shí)需注意的要點(diǎn).

教學(xué)片段：

師：既然要探究的是凸透鏡成像規(guī)律，那么肯定要讓物體反射的光線或光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)凸透鏡后成像.如果老師將凸透鏡固定在光具座50 cm刻度處，移動(dòng)物體的位置到18 cm刻度處，此時(shí)在凸透鏡的右側(cè)左右移動(dòng)光屏的位置，直到光屏上呈現(xiàn)出最清晰的像，記錄光屏的位置為68 cm刻度處，并記錄物距和像距，之前有同學(xué)在實(shí)驗(yàn)紙上記錄物距為18 cm，像距為68 cm，請(qǐng)問(wèn)是否正確？若不正確如何改正？

生：不正確，物距和像距記錄錯(cuò)了.物距是物體到透鏡的距離，應(yīng)為32 cm，像距是像到透鏡的距離，應(yīng)為18 cm.

師：很好，看來(lái)同學(xué)們已經(jīng)知道如何準(zhǔn)確記錄物距和像距了.如果給定焦距為10 cm的凸透鏡，請(qǐng)同學(xué)們兩人一小組在光屏上找到倒立、縮小的實(shí)像.先將實(shí)驗(yàn)器材依次安裝在光具座上，然后開(kāi)始實(shí)驗(yàn).并將相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)記錄紙上.

生：學(xué)生動(dòng)手依次安裝實(shí)驗(yàn)器材，并嘗試在光屏上尋找清晰的倒立、縮小實(shí)像.但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在遇到無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏都無(wú)法在光屏上找到像、所成的像較為模糊時(shí)就記錄物距和像距、當(dāng)物和像大小相近時(shí)難以準(zhǔn)確判斷成像性質(zhì)等問(wèn)題.(教師巡視，并將學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)遇到的問(wèn)題進(jìn)行拍攝.)

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)展示學(xué)生記錄錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再讓學(xué)生對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，在這樣評(píng)價(jià)他人的過(guò)程中有助于學(xué)生進(jìn)行自我反思.

由于在凸透鏡成像中倒立縮小實(shí)像最易找到，故讓學(xué)生尋找倒立縮小實(shí)像，隨后教師運(yùn)用信息化手段，將拍攝到的錯(cuò)誤操作或問(wèn)題實(shí)時(shí)發(fā)送到學(xué)生的平板上或投屏到公屏，進(jìn)行一一地呈現(xiàn)，再讓其他學(xué)生指出其錯(cuò)誤所在并進(jìn)行改正，通過(guò)即時(shí)評(píng)價(jià)從而總結(jié)出如何尋找實(shí)像.這樣的教學(xué)觀念相較于直接告訴學(xué)生如何操作而言，更加注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而有助于讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)用已知，自己解決這一類“跳一跳就夠得到”的問(wèn)題.既讓學(xué)生加深了印象，又培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

其次，在教學(xué)組織上需強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)機(jī)與興趣、注重差異化及個(gè)性化教學(xué).如學(xué)生在進(jìn)行再探凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于學(xué)生間存在差異性，導(dǎo)致部分學(xué)生完成較快，能夠快速準(zhǔn)確地收集到凸透鏡成不同性質(zhì)實(shí)像時(shí)的物距及像距，為避免這部分學(xué)生荒度課堂時(shí)間，當(dāng)這部分學(xué)生完成再探實(shí)驗(yàn)后，利用平板或公屏推送選做實(shí)驗(yàn)：“實(shí)驗(yàn)中，若將凸透鏡用不透明物體遮去一半，光屏上所成的像還完整嗎？像的亮度有無(wú)變化？”“實(shí)驗(yàn)中，降低(或升高)物體(F光源)的高度，則光屏上像的位置如何變化？”通過(guò)正視學(xué)生間的差異，加強(qiáng)教師與不同學(xué)生間的互動(dòng)，讓學(xué)生的自主學(xué)習(xí)高效化.

最后，在教學(xué)技術(shù)上需將技術(shù)有機(jī)地運(yùn)用到初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程，強(qiáng)化信息技術(shù)與初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合.如再探凸透鏡成像規(guī)律中，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)普遍性，將各小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均輸入到Excel表格中，以期通過(guò)大數(shù)據(jù)的方式找尋凸透鏡成像的規(guī)律[4].但發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為雜亂無(wú)章，不便于總結(jié)凸透鏡成像的規(guī)律，故利用信息化的便捷性，將所有小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以物距為主線進(jìn)行降序排列，如圖1所示，可以清晰地發(fā)現(xiàn)成像性質(zhì).為提高教學(xué)的有效性，進(jìn)而對(duì)倒立縮小實(shí)像、倒立等大實(shí)像以及倒立放大實(shí)像分別篩選，通過(guò)對(duì)不同性質(zhì)像的物距逐一分析，最終得到物距大于一倍焦距部分的凸透鏡成像規(guī)律.

圖1 Excel表格中部分?jǐn)?shù)據(jù)

在再探凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)分析與總結(jié)發(fā)現(xiàn)物距小于一倍焦距時(shí)，不能在光屏上找到清晰的像，但是此時(shí)光源是否能夠通過(guò)凸透鏡成像？若可以此時(shí)的像在何處？像的性質(zhì)又是什么？以此引發(fā)學(xué)生的進(jìn)一步思考，進(jìn)行終探凸透鏡成像規(guī)律.學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)際操作后，能夠找到與物同側(cè)的正立、放大虛像，進(jìn)而將凸透鏡成像的規(guī)律補(bǔ)充完整.在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于物距小于一倍焦距時(shí)成正立放大虛像的理解，借助信息化技術(shù)，為學(xué)生展示隨著物距減小，像的正倒、大小、虛實(shí)的變化情況，如圖2所示.通過(guò)這樣連續(xù)、動(dòng)態(tài)的過(guò)程，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解、記憶并從整體上把握凸透鏡成像的規(guī)律，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性.

圖2 凸透鏡成像的規(guī)律的動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)