樸華順
關(guān)鍵詞:信息技術(shù);跨學(xué)科融合;模擬磁懸浮列車(chē);互動(dòng)式實(shí)驗(yàn)裝置
落實(shí)“雙減”政策,讓學(xué)生回歸學(xué)校教學(xué)主陣地,對(duì)于深化教育改革是一個(gè)契機(jī)。根據(jù)社會(huì)對(duì)未來(lái)人才的需求與當(dāng)下教育發(fā)展的需求,教師要更加關(guān)注學(xué)生完整人格的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提升,讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)真正意義上的人生價(jià)值。而實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科領(lǐng)域的突破性學(xué)習(xí), 是讓學(xué)生擁有完整人格的重要途徑,也是落實(shí)“雙減”政策的重要路徑之一。
一、以跨學(xué)科融合教學(xué)活動(dòng),為“雙減”和核心素養(yǎng)賦能
1.跨學(xué)科融合課程要立足現(xiàn)實(shí)
在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,實(shí)際生產(chǎn)生活所面臨的問(wèn)題呈現(xiàn)綜合性,沒(méi)有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的情境是按學(xué)生課本中的單一學(xué)科獨(dú)自存在的,所以單一學(xué)科是無(wú)法解決現(xiàn)實(shí)情境問(wèn)題的。如:圓周率π 是一個(gè)在數(shù)學(xué)及物理學(xué)中常用的數(shù)學(xué)常數(shù)。小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù),從古代的第7 位,到近代人工算出的百位,再到現(xiàn)代用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言算出的10 萬(wàn)億位的精確位數(shù)還在不斷被刷新。
2.跨學(xué)科融合帶動(dòng)教師的全面發(fā)展
面對(duì)學(xué)生認(rèn)知方式的改變,教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)該更加綜合化、體系化。比如,教師應(yīng)該將物理、天文、信息技術(shù)等知識(shí)融合起來(lái),設(shè)計(jì)“展現(xiàn)宇宙‘行星合月現(xiàn)象互動(dòng)式演示裝置”,讓學(xué)生更好地了解“行星合月”的原理。教師的知識(shí)面應(yīng)從普適的范圍拓展到更加寬廣的科學(xué)領(lǐng)域。
3.跨學(xué)科融合要實(shí)現(xiàn)“知行合一”
跨學(xué)科融合要將理論知識(shí)與實(shí)踐體驗(yàn)融為一體,達(dá)到“知行合一”的目的。教師要進(jìn)行跨學(xué)科的課程融合、教學(xué)融合、活動(dòng)融合,給學(xué)生足夠的探索時(shí)間與空間,從根源上解決學(xué)生負(fù)擔(dān)重的問(wèn)題。
二、物理、信息技術(shù)跨學(xué)科融合教學(xué)活動(dòng)案例
中國(guó)高鐵“復(fù)興號(hào)”集成了超高壓復(fù)動(dòng)力系統(tǒng)使之標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)速度達(dá)350 公里/ 小時(shí),“高鐵” 是中國(guó)人的驕傲。依據(jù)磁鐵的特性(磁吸斥力)而產(chǎn)生的磁懸浮列車(chē),是對(duì)軌道交通實(shí)現(xiàn)“更高運(yùn)行速度”追求的目標(biāo)之一。磁懸浮技術(shù)是利用磁力來(lái)克服物體重力而使物體形成懸浮的技術(shù),它能使車(chē)體懸浮在距離軌道約1 厘米處而實(shí)現(xiàn)“懸空行駛”。我們所設(shè)計(jì)的互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置,能夠模擬呈現(xiàn)磁懸浮列車(chē)高速運(yùn)行的基本原理。
1.項(xiàng)目的科學(xué)原理
(1)互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成。主件(掌控板)、輸入模塊(紅外感應(yīng)器2 個(gè)、按鍵1 個(gè))、附件(電磁鐵2 個(gè)、數(shù)據(jù)線);鋁合金結(jié)構(gòu)件(無(wú)磁性)。
(2)互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置制作原理。1)一定間距內(nèi)的兩個(gè)紅外感應(yīng)器, 用來(lái)測(cè)得小鐵球在此間距內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間。即通過(guò)公式v=s/t計(jì)算得出小鐵球的平均速度。2)在斜面及軌道上自然下滑。小鐵球由右側(cè)一定高度固定的斜面下滑, 獲得的勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能從而獲得初速度;以此初速度,小鐵球在水平軌道方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)(理想狀態(tài)下)。3)在兩個(gè)紅外感應(yīng)器間的水平軌道的正上方, 放置同極性磁鐵(磁片、電磁鐵),對(duì)小鐵球形成向上方向的吸引力。4)在水平軌道上方放置磁鐵形成的磁場(chǎng),對(duì)小鐵球形成向上方向的吸引力,目的在于減小摩擦力,提高運(yùn)行速度。兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為小鐵球的水平速度V2.互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置的教學(xué)用途與用法
(1)中學(xué)物理學(xué)科方面。教學(xué)用途:可用于探究與呈現(xiàn)初高中物理學(xué)科中(機(jī)械能守恒、磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)的描述、相互作用)的公式、定理與原理。即水平速度v=s/t,機(jī)械能守恒1/2mv2=mgh,磁鐵的特性和作用、電磁鐵特性、電流的磁效應(yīng)。
(2)中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科方面。1)教學(xué)用途:可用于探究與呈現(xiàn)初高中信息技術(shù)教材中(信息、數(shù)據(jù)、程序設(shè)計(jì)、人工智能)的原理。2)制作與應(yīng)用:算法→搭建→Python 語(yǔ)言編程→測(cè)試。①學(xué)習(xí)信息技術(shù)算法描述:小鐵球在斜面軌道上(電磁鐵固定)→斷開(kāi)電磁鐵使小鐵球自由滾落→小鐵球在平面軌道上,經(jīng)過(guò)紅外感應(yīng)器1 時(shí)感應(yīng)記錄→經(jīng)過(guò)紅外感應(yīng)器2 時(shí)感應(yīng)記錄→v=s/t→在“掌控板”上顯示速度值。②按照算法描述,使用Python 語(yǔ)言編寫(xiě)程序,載入并調(diào)試。3)操作方法。①電腦端:連接設(shè)備裝置后啟動(dòng)程序,運(yùn)行程序,根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、分析。②裝置端:將小鐵球放置于斜面固定位置后,按下按鍵斷開(kāi)電磁鐵使小鐵球從斜面自由滾下,小鐵球下滑到平面軌道, 獲得一個(gè)水平方向的速度,在水平軌道上勻速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律1/2mv2=mgh 使小鐵球獲得相同的初速度, 小鐵球在水平軌道上進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng);一定間距內(nèi)的兩個(gè)傳感器是用來(lái)測(cè)得小鐵球在此間距內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間,再通過(guò)公式v=s/t 計(jì)算出小鐵球的平均速度。
本模擬實(shí)驗(yàn)將中學(xué)物理課程實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)有機(jī)融合起來(lái), 用簡(jiǎn)單的互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置呈現(xiàn)了磁懸浮列車(chē)的高速運(yùn)行原理,使之形象化、生動(dòng)化,能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)物理和信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。
3.在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的改進(jìn)點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)
(1)改進(jìn)點(diǎn):如果將小鐵球改進(jìn)成小鐵車(chē),并將小鐵車(chē)的下側(cè)面、軌道間均改進(jìn)成電磁鐵的模式,使小鐵車(chē)下側(cè)面與軌道間形成斥力從而變成真正的“磁懸浮列車(chē)”;平面軌道再延長(zhǎng)一些,在有無(wú)磁場(chǎng)狀態(tài)下, 使車(chē)體與軌道間的作用力更加明顯,速度變化情況更突出,使模擬效果真正理想化。
(2)創(chuàng)新點(diǎn):此實(shí)驗(yàn)裝置基本實(shí)現(xiàn)了“模擬呈現(xiàn)磁懸浮列車(chē)高速運(yùn)行的基本原理”的功能。通過(guò)磁力(小鐵球與軌道上方磁場(chǎng)形成相互作用的吸引力)來(lái)減小小鐵球與軌道間的摩擦力,達(dá)到提高小鐵球運(yùn)動(dòng)速度的目的。
總之,跨學(xué)科開(kāi)展融合教學(xué)活動(dòng),在培養(yǎng)學(xué)生能力、品格、價(jià)值觀等方面具有重要作用。核心素養(yǎng)時(shí)代的教學(xué),不僅關(guān)注學(xué)科知識(shí)教學(xué)本身,更在于關(guān)注“知識(shí)之后是什么”,即通過(guò)知識(shí)的學(xué)習(xí)來(lái)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。教師更應(yīng)關(guān)注教什么、怎么教、怎么評(píng)價(jià),以及學(xué)生怎么學(xué)、怎么發(fā)展等。