信息技術(shù)環(huán)境下初中物理實驗探究教學模式研究

高振寬

(福建省龍巖市上杭縣第三中學 福建 龍巖 361000)

在當前，學生的能力發(fā)展已經(jīng)成為教師開展教學所要關(guān)注的首要內(nèi)容，基于此，教師在設(shè)計教學時需要圍繞學生的發(fā)展情況來構(gòu)建相應(yīng)的教學推動策略。信息技術(shù)教學工具是指以計算機多媒體為核心的一系列教學工具，這些教學工具可以幫助教師塑造更加有效的教學流程，給學生提供更好的學習體驗[1]。對于物理學科而言，教師除了在文化課教學過程中可以應(yīng)用信息技術(shù)工具構(gòu)建有效展示外，還可以從實驗教學的設(shè)計入手滲透信息化教學工具，構(gòu)建更加高效的信息化實驗教學。

1.在信息技術(shù)環(huán)境下的初中物理實驗探究教學模式框架分析

1.1 發(fā)現(xiàn)問題，還原場景。構(gòu)建主義范疇認為，學習需要和相應(yīng)的情景進行聯(lián)系，借助“順應(yīng)”和“同化”的推進方法，才能夠滿足理解新知識的意義，從而構(gòu)建起新知識框架的需求。探究類的教學模式以“問題”作為出發(fā)點，“問題”既是調(diào)動學生探究思維積極性的催化劑，也是還原實驗場景、使學生沉浸其中的基礎(chǔ)。為了誘發(fā)學生主動的提出問題、發(fā)現(xiàn)問題，就需要老師根據(jù)物理實驗主題，創(chuàng)設(shè)與發(fā)現(xiàn)和問題相關(guān)的小場景，使需要學生通過物理實驗學習并掌握的新知識，與學生原有的知識框架發(fā)生聯(lián)系和沖突，從而進一步激發(fā)學生借助物理實驗探索并學習新知識的動力。信息技術(shù)在物理實現(xiàn)探究教學當中起到了工具的作用，能夠直觀地為學生提供相關(guān)信息，從而引導(dǎo)學生從自然現(xiàn)象、日常生活以及對實驗現(xiàn)象的觀察當中發(fā)現(xiàn)與需要學習的物理知識相關(guān)的問題。在還原場景從而引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題時需要遵循以下三個主要步驟：

首先需要盡可能還原真實的場景。建立真實化的問題場景，有助于學生在感知事物的基礎(chǔ)上增強理解，比如在《聲音的發(fā)生和傳播》部分的教學過程中，老師可以先給學生展示自然界中各類發(fā)聲體明顯振動發(fā)聲的例子——蟋蟀顫動翅膀發(fā)聲、青蛙鼓動肚子發(fā)聲等等，從而全面激發(fā)學生猜想聲音產(chǎn)生的原因，從而引導(dǎo)其提出相關(guān)疑問。

其次則是需要設(shè)置具體的問題環(huán)境，老師要為學生創(chuàng)設(shè)問題環(huán)境，激發(fā)學生通過實驗探究解答疑惑的強烈期待，并且在特定的問題情景當中，引導(dǎo)學生自己去探索有效解決問題的方法，從而幫助其最終獲取新的知識，并快速將新知識內(nèi)化融合到自己的物理知識框架當中[2]。比如在《運動的世界》一章的教學過程中，為了讓學生更好的理解“參照物”這一新概念，老師可以為學生引入這樣的實際場景：想像一下，你站在路邊，看著車來車往。車相對于你就是運動的。再想想，你開車在高速路的直線路上，旁邊一輛車和你速度相同，那么旁邊那輛車相對于你就是靜止的。這種常規(guī)生活中經(jīng)常遇到的情景，更能使學生產(chǎn)生濃厚興趣，進而主動學習。

最后則是借助演示實驗，輔助問題的發(fā)現(xiàn)。初中階段的學生往往對實驗和觀察有著較強的興趣，在實驗探究前期提出問題階段應(yīng)用演示實驗，可以幫助學生快速且正確的發(fā)現(xiàn)問題。在傳統(tǒng)的物理課堂教學過程中，演示實驗往往是老師在講臺上進行操作，由于演示實驗的道具較小、教室中學生的位置相對分散，使得學生觀察老師演示實驗的難度大，然而借助計算機等多媒體設(shè)備進行演示實驗，可以化小為大、化遠為近，并且能夠重復(fù)再現(xiàn)，學生能夠更加直觀地觀察演示實驗，從而提出猜想和假設(shè)，為后續(xù)的實驗驗證打下良好的基礎(chǔ)。

1.2 提出猜想，大膽假設(shè)。猜想和假設(shè)是物理學習過程中最為重要的創(chuàng)造性思維之一，在實驗探究過程中，老師需要引導(dǎo)學生提出更加具備針對性的問題，從而以學生現(xiàn)有的知識框架為基礎(chǔ)，借助多渠道收集更多、更為全面的信息，并以此為基礎(chǔ)深入的思考問題，進而展開廣泛的聯(lián)想和豐富的猜想，大膽的進行假設(shè)。在初中的物理實驗探究教學過程中，根據(jù)提出的問題進行假設(shè)有著一定的難度。因為學生具備的物理能力和掌握的知識經(jīng)驗差異較大，因此在進行猜想、提出假設(shè)過程中的合理性、速度以及有效性存在較大差異，很難實現(xiàn)統(tǒng)一。這就需要老師在教學過程中盡量創(chuàng)造一種輕松、平等且自主的課堂，鼓勵學生積極發(fā)表觀點。在這期間，信息技術(shù)發(fā)揮的作用就是幫助學生理清信息。創(chuàng)造和諧且輕松的討論氛圍，支持“小組討論、老師指導(dǎo)以及班級交流”這一良性氛圍的形成。舉例而言，學生在前期收集到的相關(guān)信息和資料較多，由于不同學生看待問題的角度不同，因此在小組討論確定猜想的過程中會出現(xiàn)很多意見分歧，從而很可能將學生的注意點引到其他方面，此時為了幫助學生集中注意力，提高小組討論的有效性，就可以借助思維導(dǎo)圖工具，由小組當中專門負責記錄的成員及時記下討論結(jié)果，通過思維導(dǎo)圖工具繪制出關(guān)系網(wǎng)，從而使小組成員根據(jù)思維導(dǎo)圖確定假設(shè)，如果疑問較強，假設(shè)和猜想難以敲定，則可以借助思維導(dǎo)圖表達觀點，在班級當中進行討論。比如在初二下冊第十二章“物質(zhì)的比熱容”一部分的探究實驗課上，為了引出“比熱容”這一物理概念，老師可以帶領(lǐng)學生以“物體的吸熱能力可能受到哪些因素影響？”讓學生以此問題開始小組討論，進行假設(shè)與猜想，由小組當中本次實驗的記錄員記錄討論結(jié)果并繪制思維導(dǎo)圖，之后共同進行評價和深入分析，排除造成干擾的因素，確定的定實驗驗證的控制變量，進而形成初步的實驗框架。

1.3 實驗探究，驗證猜想。學生根據(jù)已知信息提出的各種猜想、建立的各種假說，都是在學生對于事實和材料的主觀理解上形成的，至于猜想和假說是否真實、合理且正確，則需要借助相應(yīng)的實驗來進行證明[3]。設(shè)計科學且合理的實驗，是進行探究的前提，也是學生想要驗證自己猜想是否正確的必然措施。為了強化實驗教學的探索屬性，老師可以讓學生自主的討論進行實驗驗證的方法和原理，并分析實驗的可行性和針對性，啟發(fā)學生的實驗思路，之后在其制定的實驗方法基礎(chǔ)上對其進行具體實驗方法的綜合和修改，從而幫助學生設(shè)定出最佳的實驗計劃，并確定開展實驗需要用到的器材。在學生設(shè)計并進行實驗探究的過程中，信息技術(shù)起到了如下作用：

第一是為學生設(shè)計實驗方案提供了豐富的信息資源。實驗本身是一個創(chuàng)造性的過程，作為實踐探究的重要環(huán)節(jié)，實驗的開展情況直接影響到了最終的探究結(jié)果。信息技術(shù)在物理實驗環(huán)節(jié)起到的第一個重要作用，就是能夠為學生提供充足的實驗信息庫，使學生能夠在信息庫當中直接檢索需要的相關(guān)信息，比如原理、公式、相關(guān)器材用法以及實驗的安全注意事項等等，甚至在學生進行實驗的過程中，如果遇到了問題，也能夠隨時通過知識庫進行學習鞏固，從而提高后續(xù)探究的針對性和正確性。第二則是能夠模擬實驗流程，初中部分物理實驗為了避免實驗過程中損失實驗儀器或者預(yù)防意外事故的發(fā)生，會對學生提出較多的限制，此時就可以借助計算機進行虛擬實驗，或者模仿實驗儀器讓學生練習操作。第三則是能夠及時、準確的記錄實驗結(jié)果，探究實驗通常會利用小組形式進行作業(yè)，每一個小組可以利用WPS等等工具制作表格，在實驗過程中及時的記錄實驗結(jié)果，并且將實驗數(shù)據(jù)共享給老師和其他小組，有效解決了傳統(tǒng)的課堂教學過程中難以共享實驗數(shù)據(jù)的問題，同時在最大程度上節(jié)省了繪制實驗圖表等處理實驗數(shù)據(jù)需要耗費的時間。

1.4 總結(jié)結(jié)果，交流討論。學生按照自己設(shè)計的實驗方案進行實驗探究之后，通常會存在得到的結(jié)論不同或者結(jié)論正確性存在較大爭議等問題，此時就需要老師進行相應(yīng)的引導(dǎo)，鼓勵學生從不同角度思考和討論問題，進而解決困惑，確定實驗方案[4]。在和諧、互動的實驗探究課堂環(huán)境中，學生可以利用數(shù)據(jù)分析、建立模型、口頭表達等多種多樣的交流方式，將信息便捷且準確的傳達給其他的同學和老師。在開展討論的過程中，老師需要將討論的中心引導(dǎo)到學生當中，使學生的實驗探究結(jié)果與他人的分析和反饋能夠有機的結(jié)合起來，從而逐步完善實驗探究，得出相關(guān)的規(guī)律。在總結(jié)結(jié)果并進行交流討論的過程中，信息技術(shù)起到的作用是直觀地呈現(xiàn)學習結(jié)果。學生在進行實驗之后，能夠利用圖形、文字以及圖畫等等工具處理數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)最終的學習結(jié)果。對于學生個人的學習而言，將自己的實驗談及結(jié)果呈現(xiàn)到全班面前，是一種較強的情感激勵方法。其他的學生會針對這些結(jié)論提出其他的疑問、審查相關(guān)的實驗證據(jù)并分析邏輯錯誤、指出其中存在問題的地方，或者以同樣的觀察方法提出不同角度的解釋，最終能夠幫助學生發(fā)現(xiàn)并解決彼此觀點當中存在的矛盾和問題，從而鞏固實驗探究結(jié)果。

2.在信息技術(shù)環(huán)境下構(gòu)建初中物理有效實驗探究教學模式的策略

2.1 利用信息技術(shù)手段，構(gòu)建實驗前教學。實驗前教學是構(gòu)建于實際實驗教學開展前的教學過程，在這一教學過程中，教師需要圍繞實驗的具體需求進行設(shè)計，為學生提供一些教育援助，幫助學生做好實驗的準備。在過去，教師開展的實驗前教學缺乏有效性，這主要體現(xiàn)在教師開展的實驗前教學內(nèi)容較少和學生探討較少兩個方面。在當前，為了貫徹新課標的要求，構(gòu)建有效性較強的探究式實驗，教師需要從信息技術(shù)手段入手，聯(lián)系實際的教學情況，來設(shè)計實驗前教學環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，教師可以先為學生展示實驗儀器，介紹實驗所需儀器的具體操作方法，在學生達成基本功能認識后，再利用多媒體工具為學生做出展示，引領(lǐng)學生進一步認知。最后，作為預(yù)思考，教師還可以圍繞實驗設(shè)計幾個思考問題，讓學生利用課下時間進行思索和討論。

例如，在進行“摩擦力”這一實驗的教學時，教師就可以圍繞該實驗的內(nèi)容作出分析，從實際出發(fā)構(gòu)建實驗前教學。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，本實驗所需的主要實驗器材有彈簧秤、木板、毛巾、繩子等，其中需要教師進行介紹的實驗器材主要為彈簧秤，教師需要告知并強調(diào)彈簧秤的正確操作方法，讓學生明確使用彈簧秤的主要事項。在完成器材的展現(xiàn)后，教師就可以從本實驗的實際構(gòu)成出發(fā)，為學生再次強調(diào)控制變量法，讓學生回顧這一方法的意義。最后，教師可以從摩擦力這一實驗入手，提出幾個探究問題，引領(lǐng)學生做出思考與研究。在實際中，這些問題可以是諸如“影響摩擦力大小的因素可能有哪呢？”“生活中的摩擦力在哪些方面有明顯的體現(xiàn)呢？”的問題。

2.2 給出具體實驗信息，引領(lǐng)學生設(shè)計實驗。探究式實驗是注重學生實際探究的實驗，在這一類試驗中，學生需要圍繞實驗主題進行思索探究，進而構(gòu)建并開展實驗。為了推動學生實驗的高效進行，教師在教學實際中需要給學生提供一些必要的幫助，讓其可以獲得充足的資源來構(gòu)建實驗。為此，教師在教學實際中就可以通過多媒體演示的方法給學生提供一些必要的信息，而后再引領(lǐng)學生進行實驗設(shè)計。其中，教師需要提供給學生的信息包括實驗的模式、實驗的主題、實驗的目的、實驗的要求等，在學生明確了相關(guān)內(nèi)容后，教師還需要用問題和言語來啟迪學生的思考與討論，進而達成實驗設(shè)計的有效構(gòu)建。

例如，在進行“凸透鏡成像規(guī)律”這一實驗的探究教學時，教師就可以借助多媒體工具的展現(xiàn)給學生提供一些必要的實驗信息，引領(lǐng)學生進行實驗計劃的構(gòu)建。在教學實際中，教師可以先利用多媒體或?qū)嵨镎故镜姆绞綖閷W生解析凸透鏡的特點，并讓學生認識焦距、物距、像距、實像、虛像等名詞。在學生充分認識并理解這些名詞后，教師就可以利用多媒體為學生展示凸透鏡成像實驗的基本模型，引領(lǐng)學生進行觀察，并從實際入手進行調(diào)整，設(shè)計有效的實驗[5]。在學生完成實驗的基本設(shè)計后，為確保實驗的有效進行，教師需要對學生的實驗設(shè)計進行總體評估，分析其實驗設(shè)計存在的問題，并給出調(diào)整建議。如在本實驗中，學生可能會選用蠟燭作為光源，教師可以提出質(zhì)疑，讓學生做出思考并提出替代方案。

2.3 使用信息技術(shù)工具，輔助實驗分析展現(xiàn)。在實驗的開展過程中，多媒體也可以作為一種有效的手段來幫助學生進行實驗的展現(xiàn)，這一應(yīng)用可以被稱為虛擬實驗。物理是一門研究自然與生活的學科，其實驗涉及的方面非常廣，這就使得部分物理實驗會接觸到一些帶有危險的內(nèi)容。在面向這些實驗時，教師就可以引領(lǐng)學生使用虛擬實驗的方式來替代常規(guī)的實驗，以此來規(guī)避一些不必要的風險，提升實驗的安全性。除此之外，部分物理實驗在中學實驗室缺乏開展的必要條件，這會使得實驗無法進行或效果難以達成預(yù)期，針對這一情況，教師同樣可以協(xié)調(diào)學生使用多媒體工具來進行構(gòu)建，這樣就可以有效地規(guī)避難關(guān)。

例如，在進行電學相關(guān)知識的教學時，為了幫助學生充分的感受電學內(nèi)容，教師可以構(gòu)建觸電實驗和短路實驗兩個虛擬實驗內(nèi)容，讓學生嘗試著從教材中的描述入手運用多媒體進行實驗?zāi)M。這樣的實驗設(shè)計可以有效地規(guī)避風險，提升實驗的展示效果。又比如，在進行“電流做功與哪些因素有關(guān)”這一探究實驗的研究時，教師就可以運用多媒體作為輔助，為學生作出更加具體的展現(xiàn)，幫助學生進行數(shù)據(jù)處理。

綜上所述，信息技術(shù)的融入可以推動實驗教學的優(yōu)化，在教學實際中，初中物理教師可以從實驗前教學構(gòu)建、學生有效引領(lǐng)、實驗展現(xiàn)輔助三個方面做出調(diào)整。