信息技術(shù)支持下“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)的應(yīng)然與策略

陶士金，劉信生，傅求寶

(1.合肥市教育科學(xué)研究院，安徽 合肥 230071；2.廬江縣龍橋鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)，安徽 合肥 231551；3.廬江縣教育體育局 教研室，安徽 合肥 231550)

教育家陶行知曾指出“沒有生活作為核心的教育便是死教育，沒有生活作為核心的書本便是死書本”[1]，同時(shí)又提出了“生活即教育”“社會(huì)即學(xué)?！钡挠^點(diǎn)，這些都是“生活化”教學(xué)思想的集中體現(xiàn). 物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)科教學(xué)中具有重要地位，當(dāng)今物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革就是沿襲“物理生活化”教學(xué)理念的重要體現(xiàn)，即創(chuàng)建生活情境作為實(shí)驗(yàn)背景. 在實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作、觀察記錄、收集數(shù)據(jù)、反復(fù)實(shí)踐，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，掌握物理規(guī)律. 本文將從基于信息技術(shù)支持下“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)然性、開發(fā)價(jià)值、開發(fā)策略3個(gè)方面展開探討，詳細(xì)敘述如何提升信息技術(shù)在“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中的地位與作用，在開發(fā)利用中優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).

1 信息技術(shù)融入“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)然性

“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是指利用生活用品等資源開展一系列創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的總稱，這里是指在確定好具體的教學(xué)目標(biāo)后，以學(xué)生為活動(dòng)主體，教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)生的認(rèn)知特征，有選擇性地貼近學(xué)生生活和聯(lián)系社會(huì)實(shí)際，以實(shí)施有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)組織形式、實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，形成有效率、有意義的創(chuàng)新舉措和方案[2].

在信息化飛速發(fā)展的新時(shí)代，信息技術(shù)充斥著生活的各個(gè)角落，目前傳統(tǒng)形式的“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)已經(jīng)碩果累累，且逐漸走向成熟，將信息技術(shù)深度融入“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是科技進(jìn)步的又一體現(xiàn)，具有更加強(qiáng)大的生命力. “生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅能夠滿足物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)和創(chuàng)新型教學(xué)方式，還能夠讓學(xué)生通過觀察物理現(xiàn)象和理解物理規(guī)律提升自身的學(xué)科核心素養(yǎng)，是未來課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然趨勢. 另外，“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)也是對(duì)基礎(chǔ)教育改革的積極響應(yīng)，是未來物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)然之策[3].

2 信息技術(shù)在“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的開發(fā)價(jià)值

2.1 借助信息化科技手段，提升實(shí)驗(yàn)趣味

隨著社會(huì)物質(zhì)條件的豐富與信息科技的快速發(fā)展，與過去“瓶瓶罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”的困難時(shí)期相比，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)條件與環(huán)境有了很大改觀，生活中的“瓶瓶罐罐”應(yīng)有盡有，再配上專業(yè)的信息化軟件或儀器，即可開展形式多樣的物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)器材源于生活，容易讓學(xué)生感到親切. 將智能手機(jī)里各種功能的應(yīng)用軟件與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行有機(jī)組合，可以得到較好的實(shí)驗(yàn)效果，這些“生活化”實(shí)驗(yàn)教具是生成性教學(xué)資源，能夠?yàn)檎n堂教學(xué)提供更多便利. 例如，在“探究響度大小與距離聲源遠(yuǎn)近關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生一般選擇鬧鐘和帶有噪聲分貝儀APP的智能手機(jī)展開實(shí)驗(yàn)：首先讓鬧鐘振動(dòng)發(fā)聲，然后將打開噪聲分貝儀APP界面的智能手機(jī)逐漸遠(yuǎn)離鬧鐘，觀察分貝儀上讀數(shù)的變化趨勢(見圖1)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能夠很容易得出響度大小與距離聲源的遠(yuǎn)近有關(guān)的結(jié)論. 該實(shí)驗(yàn)用鬧鐘代替音叉作為聲源，避免了用小錘敲擊音叉時(shí)難以保證每次聲源響度相同的問題，并且學(xué)生可隨時(shí)隨地體驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)，從而很好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性.

圖1 響度L與距離聲源x的遠(yuǎn)近關(guān)系曲線

2.2 借助數(shù)字化儀器的融合，提升實(shí)驗(yàn)品味

物理知識(shí)的抽象性強(qiáng)，對(duì)解題思維要求高、難度大是導(dǎo)致學(xué)生覺得物理難學(xué)的主要原因. “生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚶鼘W(xué)生與物理知識(shí)的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，將物理知識(shí)與輕松愉快的生活現(xiàn)象相結(jié)合，能夠有效降低學(xué)生的思維臺(tái)階，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的推動(dòng)作用. 另外，對(duì)于操作困難、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，可以將信息技術(shù)融入其中，讓實(shí)驗(yàn)操作更便捷，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，實(shí)驗(yàn)效率更高效. 下面以“做功改變物體內(nèi)能”實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行闡述.

實(shí)驗(yàn)器材：氣壓式澆花用透明噴水壺(1.5 L)、普通溫度傳感器、氣體壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、帶數(shù)字化軟件的筆記本電腦、不銹鋼鐵絲1根、塑料小風(fēng)車1個(gè)、亞克力底座1個(gè)、膠棒槍1個(gè)、瓶裝酒精1瓶、打火機(jī)1個(gè)、方形紙盒1個(gè)、方形泡沫2塊等.

實(shí)驗(yàn)步驟：

1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，在噴水壺外殼上打孔，然后安裝數(shù)字氣壓表與數(shù)字溫度計(jì)，以便在實(shí)驗(yàn)過程中讀取壺中的氣壓值與溫度值.

圖2 數(shù)字化探究做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)

2)擰開噴水壺蓋，向壺內(nèi)倒入深為1 cm左右的酒精液體，再擰緊壺蓋. 將帶有底座的塑料小風(fēng)車正對(duì)噴水壺的壺嘴口處放置，再用數(shù)據(jù)線將普通溫度傳感器、氣體壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器和筆記本電腦連接好.

3)打開DIS軟件，點(diǎn)擊“開始”按鈕，用力抽壓壺蓋上的微型加壓裝置的拉桿，此時(shí)電腦界面上顯示壺內(nèi)的氣體壓強(qiáng)值和溫度值逐漸增大.

4)當(dāng)氣壓值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，停止抽壓拉桿，用手按壓噴嘴閥門開關(guān)，噴壺內(nèi)的酒精從噴嘴迅速?zèng)_出，壺口的塑料風(fēng)車開始急速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)電腦顯示屏上的氣壓值與溫度值減小，直至回歸到起始的氣壓值和溫度值為止. 點(diǎn)擊電腦軟件“停止”按鈕，數(shù)據(jù)記錄結(jié)束.

5)點(diǎn)擊 “生成”和“擬合”按鈕，電腦自動(dòng)生成與擬合出p-t圖像和T-t圖像，如圖3所示.

(a)p-t圖像

該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛞龑?dǎo)學(xué)生總結(jié)出做功可以改變物體內(nèi)能的結(jié)論. 實(shí)驗(yàn)探究過程充滿了現(xiàn)代化教學(xué)的氛圍，也提高了實(shí)驗(yàn)的信息化含量.

2.3 借助信息化交流平臺(tái)，提升實(shí)驗(yàn)情味

信息技術(shù)既可以深度融入“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，也可以通過信息化平臺(tái)展示交流“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來提升實(shí)驗(yàn)的情味. 課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是學(xué)生接收知識(shí)的主要渠道，也是師生進(jìn)行情感交流的重要方式[4]. 在創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，通過注重“形象為主，具體地學(xué)”和“情景交融，直觀地學(xué)”以彰顯創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的情味. 例如，在探究“聲音的音調(diào)與空氣柱長短關(guān)系實(shí)驗(yàn)”中，可以通過吹奏鳥笛讓學(xué)生感受鳥兒悠揚(yáng)的叫聲，再結(jié)合Phyphox軟件展開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如圖4所示. 該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃屍綍r(shí)憑聽覺才能辨別的音調(diào)可以通過視覺觀察出其中的不同，讓抽象的概念形象化、可視化，讓學(xué)生在探究的過程中體會(huì)物理的樂趣. 另外，教師也可以組織學(xué)生將“生活化”家庭實(shí)驗(yàn)作品通過錄制和視頻處理推送至班級(jí)微信群、微視、微博等信息化平臺(tái)進(jìn)行交流評(píng)論，在網(wǎng)絡(luò)評(píng)比中獲得點(diǎn)擊量，教師再對(duì)優(yōu)質(zhì)作品頒發(fā)獎(jiǎng)狀，讓學(xué)生收獲快樂與成功，點(diǎn)燃學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的激情，在親身體驗(yàn)中提升實(shí)驗(yàn)的情味.

圖4 探究鳥笛發(fā)聲音調(diào)與頻率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)

3 信息技術(shù)在“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的開發(fā)策略

信息技術(shù)支持下的“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)一般是指利用信息化軟件或儀器來改良或優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，也可以基于信息技術(shù)手段將“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品制作成微視、微課、抖音等網(wǎng)絡(luò)作品進(jìn)行展示. 雖然物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)無法完全取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，但信息技術(shù)支持下的“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在形式上更加貼近學(xué)生的生活情境，容易引起情感共鳴，從而最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛質(zhì). 下面以初中物理“阿基米德原理”的單元內(nèi)容為例，探究信息技術(shù)在“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的開發(fā)策略.

3.1 開發(fā)信息平臺(tái)上“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為課前預(yù)習(xí)服務(wù)

由于初中物理知識(shí)具有抽象性的特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)遇到很多困難，導(dǎo)致學(xué)生感到物理枯燥乏味. 針對(duì)該情況，教師可以在新課學(xué)習(xí)前，引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上搜索與新課學(xué)習(xí)相關(guān)的“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品，讓學(xué)生在進(jìn)入課堂前產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性學(xué)習(xí)，并產(chǎn)生“心求通而未得，口欲言而未能”的心理反應(yīng). 通過讓學(xué)生反復(fù)觀看“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品，讓學(xué)生在接受知識(shí)和感悟規(guī)律的同時(shí)，還能認(rèn)識(shí)到所學(xué)知識(shí)早已“內(nèi)含”于日常的衣食住行中，這些物理規(guī)律隱藏在絢爛多彩的生活中，即實(shí)驗(yàn)是“物化”的物理知識(shí). 例如，在學(xué)習(xí)浮力產(chǎn)生的原因前，可以向?qū)W生推送物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)視頻抖音號(hào)(視頻二維碼見圖5)，讓學(xué)生充分了解如何利用生活器材制作創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置.

圖5 浮力產(chǎn)生原因的視頻

3.2 開發(fā)信息技術(shù)融合“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為課堂教學(xué)服務(wù)

3.2.1 課前導(dǎo)入

將信息技術(shù)與“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)深度融合，開發(fā)活躍課堂氣氛的課前導(dǎo)入方式，不僅可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能激發(fā)學(xué)生的求知欲望. 例如，在“認(rèn)識(shí)浮力”的課堂教學(xué)中，為了易于學(xué)生建立浮力的概念，教師課前可以播放“科學(xué)使用防溺水自救手環(huán)”的相關(guān)視頻(見圖6)，讓學(xué)生體悟“珍愛生命、預(yù)防溺水”的同時(shí)，也為下一步探究浮力是如何產(chǎn)生的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)營造濃厚的課堂氛圍.

圖6 防溺水自救手環(huán)

3.2.2 新課教學(xué)

實(shí)驗(yàn)是物理課堂教學(xué)的重要內(nèi)容，也是實(shí)施信息技術(shù)支持下“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的主戰(zhàn)場. 因此，開發(fā)教學(xué)型實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的價(jià)值體現(xiàn). 例如，在“探究浮力大小與哪些因素有關(guān)”的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，通常在測力計(jì)下懸掛小金屬塊，然后再利用稱重法推導(dǎo)出浮力的計(jì)算公式. 但由于金屬塊受到的浮力較小，導(dǎo)致其浸沒在液體前后的測力計(jì)示數(shù)變化不大，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯. 若用裝有石塊的圓柱體塑料盒(例如家用棉簽盒)代替金屬塊，用拉力傳感器代替普通測力計(jì)，用數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，同時(shí)將拉力傳感器示數(shù)的變化趨勢通過函數(shù)圖像完美呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出浮力大小的變化規(guī)律；再用刻度尺與記號(hào)筆將塑料圓柱體的體積4等分，以方便學(xué)生探究浮力大小與物體排開液體體積之間的關(guān)系，如圖7所示. 通過組合生活器材，再輔助數(shù)字化拉力傳感器，提高課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的同時(shí)，還能夠增加課堂教學(xué)趣味.

3.2.3 單元復(fù)習(xí)

為了打破物理單元復(fù)習(xí)中只有概念與規(guī)律的思維導(dǎo)圖和習(xí)題訓(xùn)練的桎梏，解決枯燥乏味的講練式復(fù)習(xí)，可以開發(fā)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容. 由于“生活化”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有綜合性特點(diǎn)，因此在單元復(fù)習(xí)中更能體現(xiàn)其優(yōu)越性[5]. 例如，在學(xué)生了解阿基米德原理的基礎(chǔ)上，可通過“木架臺(tái)式探究浮力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀钡膭?chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置[6](見圖8)巧妙地將2個(gè)拉力傳感器進(jìn)行組合：在懸掛于木板頂部減速電動(dòng)機(jī)繞線細(xì)鉤上的傳感器下系圓柱體物塊；另1個(gè)傳感器下掛輕質(zhì)小桶，將裝滿水的溢水杯口對(duì)準(zhǔn)小桶上方，分步展開探究實(shí)驗(yàn). 實(shí)驗(yàn)前，2個(gè)傳感器分別“調(diào)零”是此裝置的創(chuàng)新亮點(diǎn)，此裝置可以完成所有探究浮力特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，從而極大簡化了實(shí)驗(yàn)步驟. 學(xué)生在整個(gè)探究過程中既鞏固了知識(shí)，也鍛煉了動(dòng)手能力，更提升了信息技術(shù)綜合應(yīng)用能力，從而提升了自身的學(xué)科核心素養(yǎng).

圖8 浮力實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新演示裝置

3.3 開發(fā)信息化創(chuàng)新教具為科創(chuàng)作品服務(wù)

在信息技術(shù)融入“生活化”物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，信息化實(shí)驗(yàn)教具制作是物理創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)物呈現(xiàn)與勞動(dòng)結(jié)晶，師生可以利用生活器材和數(shù)字化儀器自制實(shí)驗(yàn)教具. 例如，對(duì)家庭電子臺(tái)秤進(jìn)行簡單改裝，可以制成探究浮力原理的實(shí)驗(yàn)裝置[7]，如圖9所示. 另外，該裝置還可以探究“浮力大小與物體排開液體體積關(guān)系”“浮力大小與液體的密度關(guān)系”以及“測量空心物體浮力大小”等實(shí)驗(yàn)[8]. 通過多年的科技創(chuàng)新實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，只有將信息化科學(xué)技術(shù)融入到各項(xiàng)“生活化”實(shí)驗(yàn)中，才能為實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新、優(yōu)化和提升提供不竭的原動(dòng)力,并能為新時(shí)代創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具作品的誕生提供技術(shù)支撐.

圖9 探究浮力原理的實(shí)驗(yàn)裝置

4 結(jié)束語

新課程理念強(qiáng)調(diào)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”. 該理念要求一線教師將生活中的物理現(xiàn)象引入到物理課堂，特別是要將先進(jìn)的信息技術(shù)融入到“生活化”的物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品中，該過程不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，還是實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)成功的關(guān)鍵. 初中物理教師要適應(yīng)時(shí)代的需要，在物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中要重視構(gòu)建信息化的教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)外資源的優(yōu)化配置，滿足中學(xué)生的物理學(xué)習(xí)需要，發(fā)揮物理課堂生活化教學(xué)效能，有效鍛煉學(xué)生的物理學(xué)科思維，全面提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量.