信息技術在初中物理實驗教學中的運用

湖北省荊州市沙市區岑河中學(434010) 文久江

今天的教師面對的是一群在以互聯網為代表的信息技術環境中成長的孩子,傳統的一支粉筆打天下的課堂顯然已無法完全滿足學生的求知欲望。教育部于2014年適時啟動了“一師一優課 一課一名師”活動,旨在打造將信息技術融入學科課堂教學的優課。

文久江名師工作室又稱“活物理教學團隊”,是湖北省、荊州市、沙市區三級的名師工作室,在第一輪教育部“一師一優課 一課一名師”活動中,工作室的14名成員,收獲了4節部級優課和9節省級優課。尤其在2014年度,湖北省初中物理共獲8節部級優課,我工作室占據3節。為了推動新一輪“一師一優課 一課一名師”的開展,促進工作室教師將信息技術與常規物理課堂完美結合,我工作室特地組織成員進行了如何將信息技術的運用與“活物理”課堂緊密結合的專題學習活動,對上一輪我工作室的4節部級優課進行了深入地剖析和探討。

下面,以我工作室的4節部級優課為例,談談信息技術在初中物理實驗教學中的運用。

1 運用多媒體設備展現思維的過程,讓思維可視化

思維能力是學生學習能力的核心,思維發展不起來,學生學習起來會越來越困難。初中學生正處于心理半成熟的“小大人”階段,其思維在很大程度上屬于經驗型,他們的思維需要感性經驗的直接支持。思維可視化則是運用一系列圖示技術把本來不可視的思維(思考方法和思考路徑)呈現出來,使其思維過程清晰可見,從而幫助初中學生層層遞進地梳理思維過程,有效地促使初中學生的思維由感性向理性、從低水平向高水平轉變和轉化。

教學示例一：

(1)上課教師：湖北省荊州市實驗中學教師吳兆軍(荊州區名師工作室主持人)。

(2)課題名稱：電流與電壓和電阻的關系。

(3)獲獎級別：首批教育部“一師一優課 一課一名師”活動部級優課。

(4)實驗目的：探究電阻一定時,電流與電壓的關系。

(5)課堂實錄具體介紹如下。

教師：在我們以往的學習過程中,如果遇到兩個物理量或者兩個以上的物理量影響一個物理量的時候,我們一般采用什么研究方法呢?

學生齊答：控制變量法!

教師：當我們研究電流與電壓關系時,應該控制什么呢?

學生：電阻。

教師：當我們研究電流與電阻的關系時,應該控制什么呢?

學生：電壓。

教師：今天我們先來探究電阻一定時,電流與電壓的關系。大家覺得會是什么關系呢?你們說說!

學生：電阻一定時,電壓越大,電流越大。

教師：大家有沒有不同意見,可能還有什么關系?

學生：電流與電壓成反比。

教師：我們每個同學的猜想肯定都有自己的理由。比如電阻一定時,電壓越大電流越大,我們在前面的實驗中親眼看見過：增加電池節數,電壓增大,燈泡變亮,電流表示數變大。那么電流和電壓會不會成反比呢?其實,無論是成正比還是成反比,不論你的結論是什么,最后都要通過什么來驗證?

學生：實驗。

教師：本實驗的第一個問題是——如何控制電阻一定?

學生：選用一個定值電阻。

教師：因為定值電阻的阻值是不變的,也就是說定值電阻是我們的研究對象(投影出示一個只有一個定值電阻的最簡單電路)。

教師：要探究電流與電壓的關系,要不要測量電流、電壓的大小呢?

學生：要,要用到電流表和電壓表。

(教師投影出示一個在前面電路基礎上接入電流表、電壓表的電路。)

教師：測量了電流和電壓,就能夠找到電流和電壓的規律嗎?

學生：不能。

教師：怎么能呢?

學生：要改變電壓和電流。

教師：怎么才能改變這個定值電阻兩端的電壓呢?

學生：改變電池的節數。

教師：改變電池的節數能夠改變這個定值電阻兩端的電壓和通過的電流。大家還有沒有其他的辦法呢?

學生：串聯一個滑動變阻器。

教師：你是怎么想到串聯一個滑動變阻器的?

學生：因為滑動變阻器和定值電阻串聯,能夠改變電路中的電流和電壓。

教師：到底是換電池的個數還是串聯滑動變阻器呢?

學生齊答：串聯滑動變阻器。

教師：理由是什么?

學生：滑動變阻器可以保護電路。

教師：說得非常好!在這里,滑動變阻器還有一個好處,就是可以連續地改變電路中的電流和電壓。如果我們更換不同節數的電池組,只能得到1.5V、3V、4.5V等的電壓,而要得到一個2V的電壓該怎么辦呢?

學生：還是要選用滑動變阻器。

教師：(投影出示接入滑動變阻器的電路)請大家將我們一起設計的電路圖填寫在實驗報告上。(學生填好之后,在教師的指導下開始實驗)。

(6)信息技術運用點評

本實驗課信息技術的應用簡潔明了,僅僅使用電子白板投影出示了3個不同的電路圖,采取層層遞進的方式解決學生實驗設計的困難。

當師生探討出“如何控制電阻一定時”,此時通過“電子白板”投影出示一個有“定值電阻”的電路圖,如圖1(a)所示。

當教師提出問題,要測量電流、電壓,需要在電路中接入電流表和電壓表,此時通過“電子白板”出示一個接入有“電流表、電壓表”的實驗電路,如圖1(b)所示。

通過分析討論得出,要改變電流和電壓,需要接入滑動變阻器,再通過“電子白板”出示接有“滑動變阻器”的實驗電路圖如圖1(c)所示。

圖1 實驗電路圖

通過投影顯示出3個電路圖,使得整個設計實驗的思路一目了然,而且在學生實驗過程中電子白板上顯示的這3個電路圖,也有助于學生對照電路圖連接電路實物。

2 利用投影設備等放大實驗現象,讓實驗效果更明顯

演示實驗是實驗教學的主要組成部分,其現象的觀察效果對學生的物理學習有很大影響。有的演示實驗現象并不明顯,或者說沒有引起學生的特別注意。此時,教師應利用一定的儀器,使一些不易看清的現象呈現得更清楚。為達到這一目的,可使用投影儀器、多媒體電腦等設備放大實驗現象,使得實驗現象更明顯、更突出,使得每一個學生都能看清楚,從而引起每個學生的足夠注意,克服教師臺上做演示實驗、學生在下面聽演示實驗、看不清現象、對結論半信半疑的弊端,從而使演示實驗獲得最大效益。

教學示例二：

(1)上課教師：湖北省荊州市東方紅中學教師王濤(湖北省優秀物理教師)。

(2)課題名稱：磁現象與磁場。

(3)獲獎級別：2016～2017年度教育部“一師一優課 一課一名師”活動部級優課。

(4)實驗目的：探究磁場中磁場的方向。

(5)課堂實錄具體介紹如下。

教師：我們如何描述磁場的方向呢?這里有一塊白色板子,里面有許多小磁針。將這塊板子放在投影儀下面的平板上,白板屏幕上出現小磁針的排列圖像。

將一個U形磁體放在白色板子上,用力敲擊板子。結果看到U形磁體周圍出現類似課本中的一條條線。學生觀察到線條中間部分是一條直線,從一邊直接指向另一邊,而兩邊則是曲線。

教師：我們看看U形磁體,(舉起并指示U形磁體)這邊是N,這邊是S。改變U形磁體的放置并敲擊板子,可以看到小磁針從N極指向S極。

(6)信息技術運用點評

磁感線是為了描述空間磁場而假想的曲線,其方向可通過小磁針的指向來確定。如何讓學生清楚地看見空間磁場的方向呢?課本中呈現的是一個二維的剖面圖。通過學生實驗,學生也能感受到磁場的方向,但是視覺效果并不好。在本實驗中,教師運用投影儀將實驗現象進行放大,再通過電子白板顯現出來,效果十分明顯。

當教師把內含小磁針的白色板子放在投影儀下面的平板上時,電子白板屏幕上出現小磁針排列出來的圖像,如圖2所示,此時小磁針的指向不規則不明顯。

圖2 小磁針的排列圖像

當教師把U型磁鐵放在板子上并用拳頭敲擊白色板子時,通過電子白板屏幕可以很清楚地看到U形磁體周圍小磁針的指向發生明顯地變化,出現類似課本中磁感線的一條條曲線,而且有一定的規則,如圖3所示。

圖3 磁鐵周圍的小磁針排列

當教師改變U形磁體的放置后再次敲擊板子,在電子白板屏幕上清晰地看到小磁針排列方式的改變,但小磁針還是有規則地指向。

通過這樣放大的實驗現象,讓學生更清晰地看到磁場方向,更好地理解了磁感線及其方向。

3 運用多媒體及相關應用軟件,把抽象的概念形象化

初中物理知識中有些物理現象、過程、概念難以被剛剛接觸物理學科的學生理解,僅僅用語言的描述很難讓沒有感性認識的學生在大腦中形成清晰的概念,這些知識點往往成為學生學習的難點。而利用多媒體及其應用軟件直接參與實驗,可以把抽象的規律和概念形象化,幫助學生擺脫思維障礙,對學生理解、掌握物理概念和規律有很重要的幫助作用。

教學示例三：

(1)上課教師：湖北省荊州市沙市二中教師李春艷(沙市區名師工作坊坊主)。

(2)課題名稱：噪聲的危害與控制。

(3)獲獎級別：首批教育部“一師一優課 一課一名師”活動部級優課。

(4)實驗目的：探究樂音與噪聲的區別。

(5)課堂實錄具體介紹如下。

教師：聲音都是由物體的振動產生的,為什么有的振動產生樂音,有的振動產生噪聲呢?這是我提出的問題,那你們有什么猜想。

學生猜想：可能跟振動有關?

教師：跟振動的什么不同呢?下面我們進入課本的演示實驗。一個是敲擊音叉發出的聲音(教師敲擊,師生聽聲音),一個是泡沫塑料刮玻璃的聲音(邊做邊說,學生觀察)。從同學們的反應可以看出泡沫塑料刮玻璃的聲音是噪聲。下面我用一個聲音編輯軟件把這兩個聲音的波形顯示出來。

教師：我們先聽第一個音叉發出的聲音。先要把聲音錄進去,再將聲音的波形放大(教師敲擊音叉并錄音,電子白板上出現波形,然后將波形放大),大家可以從屏幕上看到音叉發出聲音的波形。下面進行泡沫塑料刮玻璃的實驗,和剛才的過程一樣,先錄音再放大。

教師：聲音的波形是否能夠顯示聲音的特性呢?我們得到了兩種聲音的波形,為了找到物體振動發出樂音和物體振動發出噪聲的規律,我們應該采用什么方法進行研究呢?

學生：對比。

教師：對,把這兩種波形對比,下面我用截圖的方式把兩種波形放在一起。第一個是噪聲的波形,第二個是樂音的波形,請同學們比較兩個波形,找出物體振動發出樂音和物體振動發出噪聲究竟有什么區別?

學生：物體發出噪聲時的波形是無規則的,物體振動發出樂音的波形是有規則的。

教師：大家都發現這個規律了嗎?那么什么是噪聲呢?

學生：物體無規則振動產生的聲音就是噪聲。

教師：剛才這位同學說的就是噪聲的定義。

(6)信息技術運用點評

本次教師選用的實驗器材有1個小錘、1個音叉、1塊小泡沫塑料、1塊小玻璃；運用的信息技術設備有1個錄音設備、多媒體電腦；運用的軟件有CoolEditpro軟件、多媒體電腦中的截圖功能等。

教師：聲音聽得見但看不見,怎么把聲音的振動變得看得見呢?CoolEditpro軟件是一款功能強大、效果出色的多軌錄音和音頻處理軟件,可以將聲音“繪”制出來,本課教師就是利用這一軟件將聲音的振動變成看得見的波形。

教師先將敲擊的音叉發出的聲音錄進電腦,學生可看見聲音的波形,然后教師將聲音的波形放大,學生可清楚看見音叉發出聲音的波形,如圖4所示。

圖4 音叉發生聲音的波形截圖

接著將泡沫劃玻璃的聲音錄進電腦,學生可看見這個聲音的波形,然后教師將聲音的波形放大,學生可以清楚地看見這個聲音的波形,如圖5所示。

圖5 泡沫劃玻璃聲音的波形截圖

最后教師通過截圖的方式把兩種波形放在一起,從而讓學生很形象地看見噪聲與樂音波形的區別,如圖6所示。

圖6 兩種聲音的波形對比截圖

通過兩次聲音的錄制、放大、截圖對比,將抽象的看不見的“噪聲”概念變成了看得見的“不規則變化的波形”,從而幫助學生建立噪聲的概念,有效突破了教學難點。

4 利用攝像機等輔助工具重現實驗情景,進行實驗驗證

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,直觀教學在物理教學過程中占有相當重要的地位。傳統的直觀教學主要是運用學生實驗、演示實驗、教學模型和教學掛圖等進行的,但這些手段有較大的局限性,如有的實驗可見度小、有的實驗現象瞬息即逝、有的實驗限于條件演示效果很差,使學生對許多物理知識的理解不能充分建立在直觀感知的基礎上。在教學中可以通過用錄像播放或者回放一些在課堂中不容易演示成功的實驗或者現象不易觀察的實驗,增加學生的感性認識,加強學生對知識的理解。

運用示例四：

(1)上課教師：湖北省荊州市沙市區岑河中學教師文久江(湖北名師工作室主持人)。

(2)課題名稱：聲的利用。

(3)獲獎級別：首批教育部“一師一優課 一課一名師”活動部級優課。

(4)實驗目的：探究聲音可以直接傳遞信息。

(5)課堂實錄具體介紹如下。

教師：下面我們來一起探究“聲的利用”的原理,請大家閉上眼睛,僅憑聽覺進行感受。請一個同學上來幫忙(教師將攝像機遞給學生,讓學生拍攝教師進行的活動,敲擊幾下小鼓、敲擊幾下鈴鐺、教師走到一定位置將課本扔在地上、用手機播放歌聲)。

教師：請大家睜開眼睛,剛才老師在教室內做了一系列動作,做了哪些動作?有沒有同學可以告訴我們。

學生：第一個是敲擊小鼓、第二個是敲擊鈴鐺、第三個是敲擊黑板、第四個是老師用手機放歌、第五個是課本掉在地上了(學生邊回答,教師邊通過投影顯示剛才的實景)。

教師：在這之前,老師還做了一件事情,

學生：錄像記錄。

教師：我們分析剛才聽到的聲音,大家是直接還是間接接受了信息呢?

學生：直接。

教師：也就是說,聲音可以直接傳遞信息。

(6)信息技術運用點評

本次實驗中,其信息技術的運用也十分簡單,主要運用的信息技術設備有攝像機、多媒體電腦、電子白板,運用的信息技術有錄像及播放技術。

教師在教室內做出各種動作,通過攝像機將這些動作記錄下來,讓學生憑聽覺感知教室內發生的事情。

教師將攝像機通過數據線接入到多媒體電腦,導入所記錄的影像資料。

在學生回答問題的過程中,教師通過多媒體電腦和電子白板把剛才的場景進行回放,驗證學生的回答是否正確,從而加深學生對聲音傳遞信息的理解。

縱觀這4節部級優課,都不是為了信息技術而使用信息技術,均是在最適當的時候,合理地使用信息技術設備,將學科內容巧妙地傳遞給學生,并有效地將學科特點(物理實驗)與信息技術進行了融合。學科實驗與信息技術的運用是合二為一的,這樣優化了課堂結構,活躍了課堂氣氛,刺激了學生的感覺器官參與學習過程,更好地吸引著學生參與到學習活動,有效地幫助學生突破知識重點和難點,從而大大提高了課堂教學效率,這也符合“活物理”教學主張提出的“活學活用活教”中“活用信息技術”的教學思想。