教育信息化2.0時代提高初中物理實驗教學有效性的策略*
——以蘇科版八年級物理“凸透鏡成像的規律”教學為例

鄭智偉

(常州市第二十四中學天寧分校 江蘇 常州 213017)

朱超穎

(常州市第二十四中學 江蘇 常州 213000)

1 初中物理實驗教學的重要性

初中物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎課程[1]，并且實驗教學是物理教學的重要組成部分.

首先，物理實驗是初中物理教學的堅實基礎.在物理概念、物理規律的教學中由于部分學習內容抽象，加上課程本身具有較強的思維性、邏輯性、復雜性，導致初中物理教學必須以實驗為基礎.在教學過程中需要將理論知識與實踐相結合，避免“紙上談兵”式的教學，通過物理實驗幫助學生鍛煉觀察能力、發展實驗能力，提高科學素養[2].

其次，物理實驗是初中物理教學的重要方法.物理實驗將復雜的條件簡化，借助實驗設備，突出了研究對象的主要因素，排除了次要的非本質因素，幫助學生創造一個恰當的實驗環境，以發現和驗證知識.在此基礎上，通過演示實驗或學生實驗，將需要認識的某種性質或關系以比較純粹的形態表現出來，進而讓學生觀察實驗現象，形成自己的概念，以便學生理解物理概念、掌握物理規律.

最后，物理實驗是初中物理教學的重要抓手.基于物理實驗直觀具體、生動形象的顯著特點，在教學中通過合理運用物理實驗，提高學生的求知欲望，讓學生更加積極主動地參與到教學過程中，進而將物理知識與自然現象、生活實際相聯系.

2 傳統初中物理實驗教學的困境分析

隨著教育信息化2.0時代的來臨，傳統初中物理實驗教學所面臨的困境逐步顯現，主要表現在教學觀念存在誤區、組織方式較為單一、教學技術應用較淺等方面.

首先，傳統初中物理實驗教學的教學觀念存在誤區.部分教師對于初中物理教學的定義仍然停留在傳授知識上，沒有充分認識到實驗教學在培養學生核心素養中的重要意義[3].片面追求學生對知識點的掌握，忽略了對學生觀察能力、動手能力、科學態度、合作精神等方面的訓練和培育.加之部分教師認為有的物理實驗條件難以控制，如水的沸騰實驗難以控制水沸騰的時間，故有的教師為了按時完成教學任務甚至選擇不在課堂上呈現，僅僅將課堂作為教書的講堂，形成了重“知識學習”輕“過程探究”的現狀，不利于師生的發展.

其次，傳統初中物理實驗教學的組織方式較為單一.傳統課堂教學組織方式主要為班級授課制，在這種組織方式下教學中更多地強調學生的均衡，容易忽視學生的個體差異.并且在實驗教學的學生實驗中，部分教師在課堂上會把一些需要測量的數據告訴給學生，學生只能按照老師講的步驟，得到相應數據、結論，匆匆了事.部分學生沒有通過思考而進行的被動操作，限制了學生的思維，大多數的學生并沒有達到實驗的目的，對于激發和培養學生的創新意識，提高學生的思維能力并沒有起到很好的作用，達不到新課程提出的目標要求.

最后，傳統初中物理實驗教學的教學技術應用較淺.在初中物理教學中，實驗是激發和提高學生學習熱情的有效渠道之一，但從當前初中物理實驗教學現狀來看，教學技術在應用時存在技術與學習脫離的困境.一方面，部分教師自身信息素養不足，在課堂上并未能夠靈活運用現代教育技術，進而難以為所教學的內容提供有效服務；另一方面，教學技術僅僅成為教學資源再現的簡單工具，并且可能由于學生突然生成的問題導致利用教學技術“精心設計”的環節被打亂，不利于教學活動的有效開展.

3 教育信息化2.0時代提高初中物理實驗教學有效性的策略

由于初中物理實驗教學在物理教學中具有重要地位，加之隨著時代的進步，傳統實驗教學存在一定的困境，故在教育信息化2.0時代如何提高初中物理實驗教學的有效性是關鍵.接下來本文將以蘇科版八年級第四章第3節“凸透鏡成像的規律”為例，嘗試從教學觀念、教學組織、教學技術3個層面提出相關策略，以期提高初中物理實驗教學的有效性.

首先，在教學觀念上需以培養核心素養和關鍵能力為目標定位.在“凸透鏡成像的規律”教學中，為了保證科學探究的真實性和有效性，預防學生的盲目探究和教師的越位引導，將“探究凸透鏡成像的規律”學生實驗分解為3個探究環節，分別為初探凸透鏡成像的規律(準確找到一個倒立、縮小的實像并能準確記錄物距和像距)，再探凸透鏡成像的規律(在光屏上尋找不同性質的實像并記錄實驗數據)以及終探凸透鏡成像的規律(能夠找到正立、放大的虛像)，通過螺旋式上升的認知過程指導學生自主學習.如在初探凸透鏡成像規律的環節中，根據所進行的猜想與假設，即“物距影響凸透鏡成像的性質”，讓學生嘗試選擇所需要的實驗器材.由于在此前已學習過小孔成像、平面鏡成像，學生易得出需要物體(或光源)、凸透鏡、光屏3種實驗器材，再通過引導結合所需探究的影響因素為物距，易知需要刻度尺，教師此時順勢引出光具座并進行簡單介紹.在此基礎上，幫助學生進一步明確物距和像距，以及實驗操作時需注意的要點.

教學片段：

師：既然要探究的是凸透鏡成像規律，那么肯定要讓物體反射的光線或光源發出的光線經過凸透鏡后成像.如果老師將凸透鏡固定在光具座50 cm刻度處，移動物體的位置到18 cm刻度處，此時在凸透鏡的右側左右移動光屏的位置，直到光屏上呈現出最清晰的像，記錄光屏的位置為68 cm刻度處，并記錄物距和像距，之前有同學在實驗紙上記錄物距為18 cm，像距為68 cm，請問是否正確？若不正確如何改正？

生：不正確，物距和像距記錄錯了.物距是物體到透鏡的距離，應為32 cm，像距是像到透鏡的距離，應為18 cm.

師：很好，看來同學們已經知道如何準確記錄物距和像距了.如果給定焦距為10 cm的凸透鏡，請同學們兩人一小組在光屏上找到倒立、縮小的實像.先將實驗器材依次安裝在光具座上，然后開始實驗.并將相關實驗數據記錄在實驗記錄紙上.

生：學生動手依次安裝實驗器材，并嘗試在光屏上尋找清晰的倒立、縮小實像.但在實驗過程中存在遇到無論怎樣移動光屏都無法在光屏上找到像、所成的像較為模糊時就記錄物距和像距、當物和像大小相近時難以準確判斷成像性質等問題.(教師巡視，并將學生實驗操作時遇到的問題進行拍攝.)

設計意圖：通過展示學生記錄錯誤的實驗數據，再讓學生對其進行評價，在這樣評價他人的過程中有助于學生進行自我反思.

由于在凸透鏡成像中倒立縮小實像最易找到，故讓學生尋找倒立縮小實像，隨后教師運用信息化手段，將拍攝到的錯誤操作或問題實時發送到學生的平板上或投屏到公屏，進行一一地呈現，再讓其他學生指出其錯誤所在并進行改正，通過即時評價從而總結出如何尋找實像.這樣的教學觀念相較于直接告訴學生如何操作而言，更加注重學生的自主學習，進而有助于讓學生自己發現問題，運用已知，自己解決這一類“跳一跳就夠得到”的問題.既讓學生加深了印象，又培養了學生的實驗能力.

其次，在教學組織上需強化學生的動機與興趣、注重差異化及個性化教學.如學生在進行再探凸透鏡成像規律實驗時，由于學生間存在差異性，導致部分學生完成較快，能夠快速準確地收集到凸透鏡成不同性質實像時的物距及像距，為避免這部分學生荒度課堂時間，當這部分學生完成再探實驗后，利用平板或公屏推送選做實驗：“實驗中，若將凸透鏡用不透明物體遮去一半，光屏上所成的像還完整嗎？像的亮度有無變化？”“實驗中，降低(或升高)物體(F光源)的高度，則光屏上像的位置如何變化？”通過正視學生間的差異，加強教師與不同學生間的互動，讓學生的自主學習高效化.

最后，在教學技術上需將技術有機地運用到初中物理實驗教學的全過程，強化信息技術與初中物理實驗教學的深度融合.如再探凸透鏡成像規律中，為使實驗結論根據普遍性，將各小組的實驗數據均輸入到Excel表格中，以期通過大數據的方式找尋凸透鏡成像的規律[4].但發現實驗數據較為雜亂無章，不便于總結凸透鏡成像的規律，故利用信息化的便捷性，將所有小組的實驗數據以物距為主線進行降序排列，如圖1所示，可以清晰地發現成像性質.為提高教學的有效性，進而對倒立縮小實像、倒立等大實像以及倒立放大實像分別篩選，通過對不同性質像的物距逐一分析，最終得到物距大于一倍焦距部分的凸透鏡成像規律.

圖1 Excel表格中部分數據

在再探凸透鏡成像規律實驗中，通過分析與總結發現物距小于一倍焦距時，不能在光屏上找到清晰的像，但是此時光源是否能夠通過凸透鏡成像？若可以此時的像在何處？像的性質又是什么？以此引發學生的進一步思考，進行終探凸透鏡成像規律.學生通過動手實際操作后，能夠找到與物同側的正立、放大虛像，進而將凸透鏡成像的規律補充完整.在此基礎上，為進一步強化學生對于物距小于一倍焦距時成正立放大虛像的理解，借助信息化技術，為學生展示隨著物距減小，像的正倒、大小、虛實的變化情況，如圖2所示.通過這樣連續、動態的過程，幫助學生進一步理解、記憶并從整體上把握凸透鏡成像的規律，以提高實驗教學的有效性.

圖2 凸透鏡成像的規律的動態動畫