新版高中物理教材中整合信息技術(shù)的實驗分析①

康賢明 鄭世燕

(1. 福建省泉州市城東中學,福建 泉州 362000;2. 泉州師范學院物理與信息工程學院,福建 泉州 362000)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》要求：“通過多樣化的教學方式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導學生理解物理學的本質(zhì)，整體認識自然界，形成科學思維習慣，增強科學探究能力和解決實際問題的能力”。筆者對人教版高中物理教材(2019年版)中整合信息技術(shù)的實驗進行了分析、梳理和總結(jié)，供同行參考。

1 研究樣本

筆者選用的研究樣本為人教版高中物理教材(2019年版)，共6本，筆者將教材中整合了信息技術(shù)的實驗和對應的傳統(tǒng)實驗進行了梳理，結(jié)果如表1所示。

表1

2 特征分析

2.1 概況

6本教材中共有16個實驗整合了信息技術(shù)，若按模塊分，統(tǒng)計結(jié)果為：必修一7個，必修二3個，必修三1個，選擇性必修一2個，選擇性必修二2個，選擇性必修三1個。若按物理學分支細分，其中有：學實驗11個，電學實驗3個，光學實驗1個，熱學實驗1個。除“關(guān)于甩手動作的物理原理研究”和“觀察振蕩電路中電壓的波形”的實驗沒有對應的傳統(tǒng)實驗外，其余14個實驗都有一個與之相對應的傳統(tǒng)實驗，且傳統(tǒng)實驗在教材中的欄目大多數(shù)是“實驗”，而整合信息技術(shù)的實驗所在的欄目都是補充性欄目，如“做一做”“拓展學習”“思考與討論”等，這說明教材并沒有拋棄傳統(tǒng)實驗，仍然以傳統(tǒng)實驗為主、整合了信息技術(shù)的實驗為輔。

2.2 信息技術(shù)手段分析

DIS和手機中的傳感器可將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量，進行數(shù)據(jù)處理和實時顯示。教材中有10個實驗利用DIS傳感器采集數(shù)據(jù)，3個實驗利用智能手機中的傳感器采集數(shù)據(jù)。傳感器的使用離不開傳統(tǒng)實驗器材，傳感器要和傳統(tǒng)實驗有機結(jié)合才能發(fā)揮其功能。

智能手機搭載了大量精巧的傳感器，加之智能手機有造價低、普及率高的特點，集數(shù)據(jù)測量、采集于一體，測量快速、準確、便攜，適合戶外實驗，近年出現(xiàn)了大量利用手機做物理實驗的研究。教材也與時俱進，新增加了3個手機實驗，分別是“用手機測自由落體加速度”“用手機的加速度傳感器測量電梯上升中加速度”和“關(guān)于甩手動作的物理原理研究”。

視頻可記錄真實的物理過程，對視頻進行數(shù)據(jù)提取和分析是物理實驗的重要方法。教材有2個實驗利用了視頻技術(shù)，分別是“用數(shù)碼錄像逐幀分析平拋物體的運動”和“用數(shù)碼相機和計算機繪制彈簧振子的x-t圖像”，這兩個實驗都是用視頻記錄運動過程，對視頻進行數(shù)據(jù)提取和分析。頻閃照相是記錄運動過程的傳統(tǒng)方法，教材仍把頻閃照相設置在實驗主欄目中。頻閃照相要在暗室中完成，對環(huán)境條件要求較高，在實際教學中實現(xiàn)的難度較大。隨著智能手機功能的提升，手機攝像技術(shù)越來越先進，且普及程度高，利用視頻記錄技術(shù)進行物理實驗相比傳統(tǒng)的頻閃照相更為便捷，且視頻記錄技術(shù)的原理與頻閃照相的原理類似。筆者認為，教材可以將視頻記錄技術(shù)設置在實驗主欄目中，替代頻閃照相技術(shù)。

2.3 一個值得商榷的實驗設計

“借助傳感器與計算機測速度”這個實驗編在“位置變化快慢的描述——速度”一節(jié)，筆者認為值得商榷。舊版教材中除了這兩個實驗外，還在“科學漫步”欄目介紹了數(shù)字計時器，利用光電門傳感器測時間，進而測量速度，而新教材只在練習與應用中設置了一道關(guān)于光電門計時器的習題，對光電門的原理沒有具體介紹。理解速度的概念，了解平均速度與瞬時速度的區(qū)別與聯(lián)系，在討論平均速度和瞬時速度聯(lián)系的過程中，逐步體會極限的思想方法是本節(jié)的教學重、難點?！敖柚鷤鞲衅髋c計算機測速度”這個實驗不僅不能解決該難點，而且這個實驗的原理復雜，普通層次的學生難以理解，如果采用勢必增加教學負擔。而舊版教材中“用光電門傳感器測速度”的實驗卻是很好的整合方式，借助光電門，可以設計出能幫助學生理解“瞬時速度”和“極限思想”的實驗。

3 教學建議

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我們應清晰地認識到并不是所有的傳統(tǒng)實驗都要與DIS等信息技術(shù)相結(jié)合，關(guān)鍵還在于教學的最優(yōu)設計。如前所述，這16個實驗有14個實驗所在的欄目都是補充欄目，需要教師根據(jù)學情、生情合理選擇。

在教學中要利用教材提供的資源，而不是教教材。教材提供的實驗設計，可以遷移應用。如在研究“平拋運動”“簡諧運動”中所用的視頻技術(shù)，可以用來研究勻變速直線運動、自由落體運動等。再比如，運用傳統(tǒng)的實驗方法“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，由于受到實驗器材的限制和系統(tǒng)誤差的影響，往往需要對實驗做一些近似處理，這樣不易使學生深切感受牛頓第二定律的正確性。可以借鑒文獻[3]中介紹的實驗方法，利用手機傳感器設計實驗，突破該實驗的難點。