運(yùn)用信息技術(shù) 提高學(xué)科素養(yǎng)

劉永樹

如何借助信息技術(shù)來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，迅速得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，達(dá)到提高學(xué)生核心素養(yǎng)的目的？筆者以“電流與電壓和電阻的關(guān)系”為例，談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

一、Excel數(shù)據(jù)處理，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論一目了然

“分析與論證”環(huán)節(jié)要求學(xué)生具備較強(qiáng)的歸納能力，最終目的是能從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析歸納出科學(xué)規(guī)律。

師：各小組完成電流與電壓的關(guān)系探究任務(wù)后，請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)的電子表格中。然后，小組內(nèi)討論、交流如何用電子表格處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能得出怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論？

生1：我代表第1小組匯報(bào)。我們組將收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按升序排列（表1），比較每次電壓和電流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓成倍變大時(shí)，電流也成倍變大，且電壓與電流的比值一定。由此可得出，當(dāng)電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比。

生2：我代表第2小組匯報(bào)。我們組用電子表格將表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成了電流與電壓關(guān)系圖像。具體做法是，先選擇電壓和電流兩行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再選擇“插入”“圖表”，然后選擇“xy散點(diǎn)圖”“帶平滑線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散射圖”，系統(tǒng)自動(dòng)生成電流與電壓關(guān)系圖像（圖1）。延長(zhǎng)該直線，發(fā)現(xiàn)直線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，說明此圖像是正比例函數(shù)圖像。分析圖像后，我們認(rèn)為，當(dāng)電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比。

師：以上兩個(gè)小組對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析有理有據(jù)。第1小組從正比數(shù)學(xué)定義角度分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。第2小組會(huì)借助信息技術(shù)生成函數(shù)圖像，省時(shí)省力，也能迅速得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

在“分析與論證”環(huán)節(jié)，教師要給學(xué)生足夠的課堂時(shí)間，充分發(fā)揮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

二、化曲為直，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論準(zhǔn)確無誤

學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成圖像時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非線性圖像。

師：各小組完成電流與電阻的關(guān)系探究任務(wù)后，請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)好的電子表格中。然后，小組內(nèi)討論、交流，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能得出怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論？

生1：我代表第3小組匯報(bào)。我們組探究的是電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，將收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入電子表格中（表2）。經(jīng)過小組討論，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去掉（1.5，0.15）和（1.8，0.12）兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@兩組數(shù)據(jù)沒有運(yùn)用控制變量法。我們對(duì)剩下的三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行升序排序，發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)間的規(guī)律：當(dāng)定值電阻兩端的電壓不變時(shí)，定值電阻的阻值由5Ω→10Ω→15Ω逐漸變大，通過定值電阻的電流由0.2A→0.1A→0.06A。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大小關(guān)系，當(dāng)電阻的阻值變大時(shí)，通過電阻的電流反而變小，并且電阻的阻值成倍變大時(shí)，通過電阻的電流反而成倍縮小，但電流與電阻的乘積為定值。由此推斷，當(dāng)電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比。

師：表2中的數(shù)據(jù)能不能用圖像來處理呢，通過圖像能否得出相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，請(qǐng)各小組討論交流，然后推薦代表發(fā)言。

生2：我代表第4小組匯報(bào)。我們組用電子表格對(duì)表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成電流與電阻關(guān)系圖像。具體做法是，先選擇電阻和電流兩行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再選擇“插入”“圖表”，然后再選擇“xy散點(diǎn)圖”“帶平滑線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散射圖”，系統(tǒng)自動(dòng)生成電流與電壓關(guān)系圖像，如圖2所示。由于圖像很像一條雙曲線，我們認(rèn)為電流與電阻成反比關(guān)系。

生3：我代表第5小組匯報(bào)，質(zhì)疑第4小組的分析和結(jié)論。他們說，圖2的圖像很像一條雙曲線，但不能肯定是雙曲線，既然不能肯定是雙曲線，也就不能得出電流與電阻是反比關(guān)系。

師：設(shè)想下，如果圖2中的圖像是反比例函數(shù)，也就是電流與電阻成反比，那么電流的倒數(shù)與電阻（或者電流與電阻的倒數(shù)）是什么關(guān)系？電流的倒數(shù)與電阻圖像又會(huì)是怎樣的？

生4：我代表第6小組匯報(bào)。我們組經(jīng)過觀察、討論，認(rèn)為電流與電阻的圖像類似反比例圖像，如果這樣的話，電流與電阻的倒數(shù)的圖像就是正比例圖像。我們組決定利用電子表格的自動(dòng)計(jì)算功能，將電流值先變成電流的倒數(shù)（表3）。選擇電阻和電流的兩項(xiàng)倒數(shù)數(shù)據(jù)，“插入”“圖表”，選擇“xy散點(diǎn)圖”“帶平滑線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散射圖”，自動(dòng)生成的圖像如圖3所示。延長(zhǎng)該直線，圖像是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，說明電流的倒數(shù)與電阻成正比。

生5：我代表第7小組匯報(bào)。我們想補(bǔ)充的是，為什么用電流的倒數(shù)作為縱坐標(biāo)呢？我們是這樣想的，如果電流與電阻成反比，從數(shù)學(xué)角度上看，電流的倒數(shù)肯定與電阻成正比;反過來，如果電流的倒數(shù)與電阻成正比，也可得出電流與電阻成反比。

師：第6小組的方法太好了，他們能將不確定的反比雙曲線圖像變成確定的正比直線圖像，這是非常了不起的辦法。第7小組解釋了第6小組做法的理由，兩個(gè)小組運(yùn)用的思維其實(shí)就是逆向思維。我們把曲線圖像轉(zhuǎn)化為直線圖像的方法叫化曲為直法，這樣得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論才更可靠。

在分析與論證環(huán)節(jié)，運(yùn)用Excel強(qiáng)大的數(shù)字處理功能，不僅可以節(jié)約課堂時(shí)間，還能降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，顯著提高課堂教學(xué)效率，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)起到了關(guān)鍵作用。

（作者單位：十堰市竹溪縣城關(guān)初級(jí)中學(xué)）

責(zé)任編輯? 張敏