基于傳感器技術(shù)的初中物理信息化教學(xué)設(shè)計(jì)初探

法國清 于文明

摘 要：以“熔化和凝固”為例，基于傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，結(jié)合電腦進(jìn)行圖像分析;利用平板實(shí)時(shí)上傳圖像，記錄、保存實(shí)驗(yàn)過程;優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);初中物理;信息化教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）18-0061-03

作者簡介：法國清 （1975-），女，山東膠南人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

于文明（1980-），男，山東淄博人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

1 引言

我國《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：高中物理課程在內(nèi)容上注重與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和科學(xué)思想，同時(shí)關(guān)注物理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用帶來的社會(huì)問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感.該標(biāo)準(zhǔn)還指出：利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)，整體認(rèn)識(shí)自然界，形成科學(xué)的思維習(xí)慣，增強(qiáng)科學(xué)探究能力和解決實(shí)際問題的能力.

傳感器技術(shù)應(yīng)用于初中物理教學(xué)適應(yīng)了教育信息化的要求.

初中階段正是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的關(guān)鍵時(shí)期，在初中階段接觸傳感器，有利于學(xué)生進(jìn)入高中后更順利地完成課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)更好的銜接.

筆者以山東科學(xué)技術(shù)出版社九年級(jí)下冊(cè)“熔化和凝固”一節(jié)為例，淺談傳感器技術(shù)在教學(xué)中的初步實(shí)踐.

2 “熔化和凝固”教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 引入

教師：自然界的物質(zhì)常以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)存在著，那么，物質(zhì)的狀態(tài)是不是一成不變的呢？下面，我們來觀察一個(gè)美不勝收的實(shí)驗(yàn)——“冰爆水母”（如圖1所示）.

學(xué)生：觀察、思考、交流.

教師：由“冰爆水母”的實(shí)驗(yàn)我們可以看出，物質(zhì)的狀態(tài)不是一成不變的，隨著溫度的變化，物質(zhì)會(huì)在固、液、氣三種狀態(tài)之間變化.當(dāng)物體溫度發(fā)生變化時(shí)，物質(zhì)會(huì)從一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài).

通常是固態(tài)的銅、鐵、鋁等金屬，在溫度很高時(shí)也會(huì)變成液態(tài)或氣態(tài).2019年春，張店區(qū)“流星鐵花鬧元宵”的畫面，被甩出的高溫鐵漿達(dá)到了流星如瀑的震撼效果，讓元宵節(jié)更有傳統(tǒng)的味道.

通常是氣態(tài)的氧氣、氮?dú)?、氫氣等，在溫度很低時(shí)也會(huì)變成液態(tài)甚至固態(tài).

我們把物質(zhì)各種狀態(tài)間的變化叫作物態(tài)變化.

設(shè)計(jì)意圖：通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生觀察到美麗、意外的實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生在感受物理之美、驚嘆現(xiàn)象之余，不免引發(fā)關(guān)于現(xiàn)象本質(zhì)的思考.學(xué)生在觀察、思考中主動(dòng)進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，在教師的分析講解中很自然地進(jìn)入情境，明確“物態(tài)變化”這一概念，有利于學(xué)生物理觀念的形成.

2.2 問題

學(xué)生：將蠟燭點(diǎn)燃，將蠟油滴在紙上，觀察這個(gè)過程中的物態(tài)變化.

教師：給出“熔化”和“凝固”的概念，引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀課本，再次明確“熔化”和“凝固”兩個(gè)概念.

學(xué)生：舉例說明生活中的熔化和凝固現(xiàn)象.

教師：不同物質(zhì)熔化和凝固時(shí)有什么規(guī)律？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生動(dòng)手體驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，經(jīng)歷“熔化和凝固”概念的得出過程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明了，利于學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)熔化和凝固的概念;學(xué)生舉例過程實(shí)際上就是學(xué)生留心觀察生活，學(xué)以致用的過程，也體現(xiàn)了物理與生活的密切聯(lián)系.

2.3 探究

提出問題：不同物質(zhì)在由固態(tài)變成液態(tài)或由液態(tài)變成固態(tài)時(shí)，溫度的變化規(guī)律相同嗎？

猜想與假設(shè)：學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)提出猜想——

固體在放出熱量時(shí)溫度會(huì)下降;給物體加熱，會(huì)使物體溫度升高.

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：研究海波和石蠟的熔化和凝固過程.

教師：要想給物體加熱，需要用到哪些實(shí)驗(yàn)器材？強(qiáng)調(diào)酒精燈、溫度傳感器等儀器的正確使用方法.

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)（如圖2所示）.

教師：強(qiáng)調(diào)探究過程的分工要求，4個(gè)組進(jìn)行海波實(shí)驗(yàn)探究，3個(gè)組進(jìn)行石蠟實(shí)驗(yàn)探究.

（1）6人一組，1號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)軟件，溫度顯示+圖像生成，最后形成初步實(shí)驗(yàn)報(bào)告單.

（2）2號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)組織組裝和拆卸實(shí)驗(yàn)儀器，確保溫度傳感器的示數(shù)正確.3號(hào)、4號(hào)同學(xué)協(xié)助.

（3）4號(hào)同學(xué)報(bào)告物質(zhì)狀態(tài)，尤其注意狀態(tài)的關(guān)鍵點(diǎn);3號(hào)同學(xué)按節(jié)點(diǎn)報(bào)時(shí)間和溫度;5號(hào)同學(xué)記錄.3號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)在“探究凝固過程”開始時(shí)加入凝結(jié)核;4號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)涼水，并在凝固后加入干冰.

（4）5號(hào)同學(xué)記錄海波和石蠟在關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同步完成本組物質(zhì)的“熔化和凝固曲線圖”，進(jìn)行人機(jī)圖像對(duì)比.

（5）6號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)溫度圖像變化曲線、熔化和凝固的物態(tài)變化過程、本組同學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程的影像，并進(jìn)行全程觀察.

（6）分工合作，所有同學(xué)全程要緊盯固體的溫度變化和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，先完成小組形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告單并保存到桌面，將錄制的實(shí)驗(yàn)過程保存好，方便與其余小組交流學(xué)習(xí)，然后對(duì)照實(shí)驗(yàn)曲線，按照“描點(diǎn)法”畫出熔化和凝固的圖像.

學(xué)生：按上述分工要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

分析與論證.

學(xué)生：根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖像，分析、歸納，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

教師：歸納、梳理.

設(shè)計(jì)意圖：傳感器是實(shí)現(xiàn)將物理實(shí)驗(yàn)數(shù)字化的核心.本實(shí)驗(yàn)中溫度傳感器代替了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的溫度計(jì)，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間;溫度傳感器與筆記本電腦結(jié)合使用，學(xué)生可以直接從電腦屏幕上準(zhǔn)確、直觀地分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高了實(shí)驗(yàn)效率，很好地培養(yǎng)了學(xué)生分析圖像、得出結(jié)論的歸納能力;利用平板拍照，及時(shí)上傳各組所得的實(shí)驗(yàn)圖像，教師可以更全面、及時(shí)地收集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信息;利用平板記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程（如圖3所示），利于學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流、反思.關(guān)于圖像的人機(jī)對(duì)比過程，既提高了學(xué)生的描點(diǎn)作圖能力，又讓學(xué)生在對(duì)比中真切感受到信息化帶來的快捷;這一過程，學(xué)生分工明確，每個(gè)學(xué)生都積極參與其中，學(xué)生的主體地位得到了很好的體現(xiàn).

坐標(biāo)圖像在數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等學(xué)科的學(xué)習(xí)中都有涉及，物理課上，通過坐標(biāo)圖像分析采集的數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的讀圖、歸納能力，有助于學(xué)生將此能力遷移到其他學(xué)科.“學(xué)生的學(xué)”不再局限于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，而是通過圖形的變化對(duì)數(shù)據(jù)有了宏觀的掌握;用精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神，在分析中學(xué)生真切地感受到信息化在物理教學(xué)中的作用.

2.4 應(yīng)用

學(xué)生完成學(xué)案上的題目.

設(shè)計(jì)意圖：及時(shí)的練習(xí)有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的及時(shí)鞏固，有利于教師反饋?zhàn)约旱慕虒W(xué)效果，因?yàn)椋骸爸v了不等于懂了，懂了不等于會(huì)了，會(huì)了不等于通了”，所以及時(shí)的反饋很重要.

2.5 拓展

課后作業(yè)：查閱傳感器的有關(guān)知識(shí)，了解傳感器在生活中的應(yīng)用.

設(shè)計(jì)意圖：課堂不是學(xué)習(xí)的結(jié)束，課后是學(xué)生學(xué)習(xí)的進(jìn)一步延伸.上網(wǎng)或在書本中查閱相關(guān)知識(shí)，獲取新知，對(duì)于學(xué)生來說也是一種非常重要的主動(dòng)獲取知識(shí)的能力，正所謂“學(xué)無止境”.

3 結(jié)束語

信息化時(shí)代下，課堂信息化是必然的趨勢.基于傳感器技術(shù)的初中物理信息化教學(xué)，充分體現(xiàn)了初中物理深度學(xué)習(xí)活動(dòng)所遵循的 “教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo).因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程的優(yōu)化，加之信息技術(shù)的充分運(yùn)用，教師需要有更多的時(shí)間觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，收集學(xué)生的問題，指導(dǎo)學(xué)生成長.在這個(gè)過程中學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)思維能力得以很好的培養(yǎng)，學(xué)生積極建構(gòu)物理觀念，學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任也得以培養(yǎng).總之，基于傳感器技術(shù)的初中物理信息化教學(xué)，有利于深度學(xué)習(xí)的真實(shí)發(fā)生，有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]劉艷梅，徐曉梅.基于“5E”教學(xué)模式的高中物理“摩擦力”教學(xué)設(shè)計(jì)嘗試[J].物理教學(xué)探討，2020，38（02）：32-36.

[3]何方靜，鄭淵方.應(yīng)用5E教學(xué)模式 實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變——以“物體的浮與沉”為例[J].物理之友，2019，35（02）：30-33.

[4]鄒培敏.淺談傳感器技術(shù)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].考試周刊，2019（35）：176.

[5]盛宏立.合理利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù) 努力提升物理核心素養(yǎng)——初中物理“熔化”實(shí)驗(yàn)引發(fā)的教學(xué)思考[J].考試周刊，2019（28）：164.

[6]詹明勝.運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性[J].名師在線，2018（09）：66-67.

（收稿日期：2021-06-01）