基于傳感器技術的初中物理信息化教學設計初探

法國清 于文明

摘 要：以“熔化和凝固”為例，基于傳感器技術進行實驗改進，結合電腦進行圖像分析;利用平板實時上傳圖像，記錄、保存實驗過程;優化學生學習方式，促進學生深度學習，發展學生核心素養.

關鍵詞：傳感器技術;初中物理;信息化教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）18-0061-03

作者簡介：法國清 （1975-），女，山東膠南人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理教學;

于文明（1980-），男，山東淄博人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理教學.

1 引言

我國《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：高中物理課程在內容上注重與生產生活、現代社會及科技發展的聯系，反映當代科學技術發展的重要成果和科學思想，同時關注物理學的技術應用帶來的社會問題，培養學生的社會參與意識和社會責任感.該標準還指出：利用現代信息技術，引導學生理解物理學的本質，整體認識自然界，形成科學的思維習慣，增強科學探究能力和解決實際問題的能力.

傳感器技術應用于初中物理教學適應了教育信息化的要求.

初中階段正是培養學生動手能力、創新能力的關鍵時期，在初中階段接觸傳感器，有利于學生進入高中后更順利地完成課程標準中規定的內容，實現更好的銜接.

筆者以山東科學技術出版社九年級下冊“熔化和凝固”一節為例，淺談傳感器技術在教學中的初步實踐.

2 “熔化和凝固”教學設計

2.1 引入

教師：自然界的物質常以固態、液態和氣態三種狀態存在著，那么，物質的狀態是不是一成不變的呢？下面，我們來觀察一個美不勝收的實驗——“冰爆水母”（如圖1所示）.

學生：觀察、思考、交流.

教師：由“冰爆水母”的實驗我們可以看出，物質的狀態不是一成不變的，隨著溫度的變化，物質會在固、液、氣三種狀態之間變化.當物體溫度發生變化時，物質會從一種狀態變成另一種狀態.

通常是固態的銅、鐵、鋁等金屬，在溫度很高時也會變成液態或氣態.2019年春，張店區“流星鐵花鬧元宵”的畫面，被甩出的高溫鐵漿達到了流星如瀑的震撼效果，讓元宵節更有傳統的味道.

通常是氣態的氧氣、氮氣、氫氣等，在溫度很低時也會變成液態甚至固態.

我們把物質各種狀態間的變化叫作物態變化.

設計意圖：通過創設實驗情境，讓學生觀察到美麗、意外的實驗效果，學生在感受物理之美、驚嘆現象之余，不免引發關于現象本質的思考.學生在觀察、思考中主動進入學習狀態，在教師的分析講解中很自然地進入情境，明確“物態變化”這一概念，有利于學生物理觀念的形成.

2.2 問題

學生：將蠟燭點燃，將蠟油滴在紙上，觀察這個過程中的物態變化.

教師：給出“熔化”和“凝固”的概念，引導學生自主閱讀課本，再次明確“熔化”和“凝固”兩個概念.

學生：舉例說明生活中的熔化和凝固現象.

教師：不同物質熔化和凝固時有什么規律？

設計意圖：學生動手體驗、觀察實驗現象，經歷“熔化和凝固”概念的得出過程，實驗現象直觀明了，利于學生主動建構熔化和凝固的概念;學生舉例過程實際上就是學生留心觀察生活，學以致用的過程，也體現了物理與生活的密切聯系.

2.3 探究

提出問題：不同物質在由固態變成液態或由液態變成固態時，溫度的變化規律相同嗎？

猜想與假設：學生根據自己的生活經驗提出猜想——

固體在放出熱量時溫度會下降;給物體加熱，會使物體溫度升高.

設計實驗：研究海波和石蠟的熔化和凝固過程.

教師：要想給物體加熱，需要用到哪些實驗器材？強調酒精燈、溫度傳感器等儀器的正確使用方法.

進行實驗和收集證據（如圖2所示）.

教師：強調探究過程的分工要求，4個組進行海波實驗探究，3個組進行石蠟實驗探究.

（1）6人一組，1號同學負責軟件，溫度顯示+圖像生成，最后形成初步實驗報告單.

（2）2號同學負責組織組裝和拆卸實驗儀器，確保溫度傳感器的示數正確.3號、4號同學協助.

（3）4號同學報告物質狀態，尤其注意狀態的關鍵點;3號同學按節點報時間和溫度;5號同學記錄.3號同學負責在“探究凝固過程”開始時加入凝結核;4號同學負責涼水，并在凝固后加入干冰.

（4）5號同學記錄海波和石蠟在關鍵點的實驗數據，同步完成本組物質的“熔化和凝固曲線圖”，進行人機圖像對比.

（5）6號同學負責溫度圖像變化曲線、熔化和凝固的物態變化過程、本組同學實驗探究過程的影像，并進行全程觀察.

（6）分工合作，所有同學全程要緊盯固體的溫度變化和關鍵節點及對應的狀態，先完成小組形成實驗報告單并保存到桌面，將錄制的實驗過程保存好，方便與其余小組交流學習，然后對照實驗曲線，按照“描點法”畫出熔化和凝固的圖像.

學生：按上述分工要求進行實驗.

分析與論證.

學生：根據實驗圖像，分析、歸納，得到實驗結論.

教師：歸納、梳理.

設計意圖：傳感器是實現將物理實驗數字化的核心.本實驗中溫度傳感器代替了傳統實驗中的溫度計，節省了實驗時間;溫度傳感器與筆記本電腦結合使用，學生可以直接從電腦屏幕上準確、直觀地分析實驗數據，提高了實驗效率，很好地培養了學生分析圖像、得出結論的歸納能力;利用平板拍照，及時上傳各組所得的實驗圖像，教師可以更全面、及時地收集學生的實驗信息;利用平板記錄學生實驗過程（如圖3所示），利于學生之間的學習交流、反思.關于圖像的人機對比過程，既提高了學生的描點作圖能力，又讓學生在對比中真切感受到信息化帶來的快捷;這一過程，學生分工明確，每個學生都積極參與其中，學生的主體地位得到了很好的體現.

坐標圖像在數學、化學、生物等學科的學習中都有涉及，物理課上，通過坐標圖像分析采集的數據，培養學生的讀圖、歸納能力，有助于學生將此能力遷移到其他學科.“學生的學”不再局限于傳統實驗的數據分析，而是通過圖形的變化對數據有了宏觀的掌握;用精準數據進行分析的過程，有利于培養學生的科學態度和創新精神，在分析中學生真切地感受到信息化在物理教學中的作用.

2.4 應用

學生完成學案上的題目.

設計意圖：及時的練習有利于學生對所學知識的及時鞏固，有利于教師反饋自己的教學效果，因為：“講了不等于懂了，懂了不等于會了，會了不等于通了”，所以及時的反饋很重要.

2.5 拓展

課后作業：查閱傳感器的有關知識，了解傳感器在生活中的應用.

設計意圖：課堂不是學習的結束，課后是學生學習的進一步延伸.上網或在書本中查閱相關知識，獲取新知，對于學生來說也是一種非常重要的主動獲取知識的能力，正所謂“學無止境”.

3 結束語

信息化時代下，課堂信息化是必然的趨勢.基于傳感器技術的初中物理信息化教學，充分體現了初中物理深度學習活動所遵循的 “教師為主導，學生為主體”的原則，以發展學生的核心素養為目標.因為實驗過程的優化，加之信息技術的充分運用，教師需要有更多的時間觀察學生的實驗過程，收集學生的問題，指導學生成長.在這個過程中學生的科學探究能力、科學思維能力得以很好的培養，學生積極建構物理觀念，學生的科學態度與責任也得以培養.總之，基于傳感器技術的初中物理信息化教學，有利于深度學習的真實發生，有利于培養學生的核心素養.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]劉艷梅，徐曉梅.基于“5E”教學模式的高中物理“摩擦力”教學設計嘗試[J].物理教學探討，2020，38（02）：32-36.

[3]何方靜，鄭淵方.應用5E教學模式 實現概念轉變——以“物體的浮與沉”為例[J].物理之友，2019，35（02）：30-33.

[4]鄒培敏.淺談傳感器技術在初中物理實驗教學中的應用[J].考試周刊，2019（35）：176.

[5]盛宏立.合理利用數字化實驗技術 努力提升物理核心素養——初中物理“熔化”實驗引發的教學思考[J].考試周刊，2019（28）：164.

[6]詹明勝.運用數字化實驗提高初中物理實驗教學有效性[J].名師在線，2018（09）：66-67.

（收稿日期：2021-06-01）