基于信息技術的物理探究教學

一、基于信息技術的物理探究教學結構

《普通高中·物理課程標準（實驗）》對科學探究提出了7個要素，即提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作，并對這個7個要素提出了相應的基本要求。物理探究教學可以借鑒這7個要求建立教學組織結構。一般而言，探究教學要經歷四個基本步驟：① 根據已有的知識和經驗提出科學問題；② 提出假設或猜想；③ 收集證據；④ 論證并得出科學結論。運用信息技術，針對這四個基本步驟的教學設計如圖1所示。

二、基于信息技術的物理探究教學案例

閉合電路歐姆定律的傳統教學是：利用電池借助兩個電壓表，分別測量內外電路電壓，然后相加看其總和是否不變。學生可能會想：為什么會想到測量內、外電路電壓并求其和？此外，這個實驗由于電極勢壘造成實驗誤差不好解釋。為此，可以借助信息技術設計探究教學方式。

用視頻展臺投影圖2的實物線路圖，并記錄電壓表示數，2.9V。然后將電路改為按圖3連接。事先調節滑動變阻器到適當電阻值，然后再閉合開關S，測量電源兩端的電壓，電壓表示數為1.8V。此到學生產生了疑惑：兩次測量“電源”兩端為何不等？

教師引導學生猜想可能的原因，多數學生認為是由于實驗誤差引起的。教學過程中先不要判斷學生猜想的正誤，先讓學生觀察圖4電路中電表示數變化情況，結果發現電壓表示數變化，電流示數變小，反之，電壓表示數變小，電流示數變小，學生無法用用歐姆定律I = U/R來解釋，產生認知矛盾。這顯然不是實驗誤差引起的？問題出在何處？

對此現象，教學過程中不要硬性要求學生進行猜想與假設，要另設教學環境，因為對這個現象的假設是比較困難的（除非學生已經知道電池有內電阻）。

教學過程中指出：平常我們做實驗需要測量數據，然后對數據進行分析處理，并得出相應的結論。那么針對圖4所示的實驗我們可以做些什么呢？

測量幾組I、U數據后，可分析產生上述現象的原因。

接著測量圖4電路，得到如上表所示的幾組數據。將表中數據利用Excel處理作出圖像，如圖5所示。（本文寫作時已經將Excel圖改畫為bmp圖）

引導探究：I-U圖線是一條傾斜直線說明了什么？ （學生：說明電壓表示數隨電流表示數增大而均勻減小）

問題：該圖像與我們學過的哪些圖像相似。

學生：勻減速直線運動的速度圖像，v = v0 + at（a < 0）。

問題：圖5的圖線能否用同樣的方式表示。

學生：可以寫成U = U0- kI形式，其中k為常數，本實驗中U = 3.0- 4.0I（注：單位為SI制）。

問題：通過電腦動畫將圖5的圖線向兩邊延長（圖5中虛線部），提出交點（0，3.0 ）、（0.75，0），分別表示什么意義？

學生：3.0V表示電路斷開時電壓表讀數（學生還未思考圖2示數為2.9V，教學中可以暫時不點破），0.75A表示電源被短路時的電流。

問題：電源被短路，還有電流？不是無窮大嗎？

學生猜想：電源內部可能有電阻。

教師：為什么？

學生分析：由U = U0- kI可知在U = 0時，電流為I0，則k = U0/I0，則k單位應是V/A，即歐姆，故猜測電源內部有電阻，本實驗中電源內電阻為4.0Ω。

學生在處理實驗數據過程中，通過聯想與類比，認識到電源存在內阻，實現了認識的飛躍。

教學設計：既然同學們認為k是電源內電阻，不妨用r 表示電源內電阻，上述表達式可寫成U = U0- Ir，由此再來思考該式具體物理意義。

學生：圖2電路表示電源開路，這時的電壓實質上是電源電動勢。

在信息技術支撐下，學生借助數學知識、部分電路歐姆定律，通過類比找到了閉合電路的歐姆定律。

（責任編輯 易志毅）