核心素養(yǎng)導(dǎo)向下信息技術(shù)與初中物理教學(xué)的融合探索
——以“物體的內(nèi)能”為例

沙琦波 陳心怡

（1.寧波市四眼碶中學(xué)，浙江 寧波 315000；2.寧波市姜山鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 寧波 315000）

信息技術(shù)與課程有機(jī)融合是我國(guó)21世紀(jì)基礎(chǔ)教育教學(xué)改革的一個(gè)新途徑.以信息化引領(lǐng)教學(xué)理念和教學(xué)模式的創(chuàng)新為傳統(tǒng)教學(xué)注入了勃勃生機(jī)，也在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力，促進(jìn)一線教師專業(yè)成長(zhǎng)，助推教育課程改革等方面起到了積極作用.但是，面對(duì)紛繁呈現(xiàn)的信息技術(shù)，并非拿來(lái)即用，也非一用便靈.為使信息技術(shù)與初中物理教學(xué)的融合達(dá)到理想效果，以學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向評(píng)價(jià)兩者融合后的教學(xué)效果不失為一條有效途徑.筆者以華東師大版《科學(xué)》九年級(jí)上冊(cè)“物體的內(nèi)能”為例，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，進(jìn)行信息技術(shù)與初中物理教學(xué)的融合探索.

1 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下信息技術(shù)與物理教學(xué)融合模式的構(gòu)建

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包含物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.［1］聚焦核心素養(yǎng)，改變以往信息技術(shù)支持下“空依賴、碎片化、分?jǐn)?shù)至上”的教學(xué)模式，以“豐富感知—催生新知—遞進(jìn)認(rèn)知—內(nèi)化已知”為生發(fā)點(diǎn)，不斷嘗試在技術(shù)融合課堂中關(guān)注學(xué)生過(guò)程性思考、理解性建構(gòu)能力.對(duì)于教師層面，深度解讀課標(biāo)、了解學(xué)情以確定合理的目標(biāo)設(shè)計(jì)信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用；對(duì)于學(xué)生層面，借助資源展示平臺(tái)、信息加工工具等技術(shù)協(xié)作探究學(xué)習(xí)以解決挑戰(zhàn)性任務(wù)，進(jìn)階延伸學(xué)習(xí)以增進(jìn)已有知識(shí)，總結(jié)應(yīng)用已知以內(nèi)化拓展，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，最終構(gòu)建核心素養(yǎng)導(dǎo)向下信息技術(shù)與初中物理融合的教學(xué)模式（如圖1）.

圖1 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下信息技術(shù)與物理融合的教學(xué)模式

2 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下信息技術(shù)與物理融合教學(xué)的實(shí)施

2.1 自制實(shí)驗(yàn)資源，豐富感知

物體的內(nèi)能是本章中較為抽象的內(nèi)容，學(xué)生無(wú)法直接用感官感受，易陷入困惑.而生動(dòng)有效的情境創(chuàng)設(shè)是學(xué)生撥開(kāi)云霧的第一步，因此在教學(xué)實(shí)踐中播放提前錄制而成的與生活貼近的“自制電動(dòng)機(jī)”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不乏樂(lè)趣，又豐富了學(xué)生對(duì)內(nèi)能產(chǎn)生本質(zhì)的感性認(rèn)識(shí)，具有良好的教學(xué)效果.

教學(xué)片段1.自制實(shí)驗(yàn)視頻導(dǎo)入新課.

教師播放“自制電動(dòng)機(jī)”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).“自制電動(dòng)機(jī)”以生活中常見(jiàn)的打火機(jī)、塑料罐為實(shí)驗(yàn)材料.取出打火機(jī)中的壓電電子，將其固定在鉆好孔的塑料罐上，并利用熱熔膠使整個(gè)裝置處于密封狀態(tài).實(shí)驗(yàn)時(shí)向罐內(nèi)噴灑少量酒精，蓋上罐蓋，按壓電動(dòng)機(jī)按鈕，即能實(shí)現(xiàn)罐蓋彈射出的現(xiàn)象（如圖2）.

圖2 自制電動(dòng)機(jī)

學(xué)生思考：為什么按下自制電動(dòng)機(jī)的按鈕罐蓋會(huì)跳出？

教師用淺顯的語(yǔ)言、生動(dòng)的現(xiàn)象自然地將學(xué)生引入本節(jié)課的學(xué)習(xí).

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)是進(jìn)行思維加工以形成科學(xué)概念的基本材料.“自制電動(dòng)機(jī)”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)將抽象的內(nèi)能產(chǎn)生本質(zhì)直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，使得學(xué)生獲得對(duì)內(nèi)能的感性認(rèn)識(shí)，為后序?qū)W習(xí)奠定結(jié)實(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn).學(xué)生也于情境中激發(fā)問(wèn)題意識(shí)與探究源動(dòng)力，順利進(jìn)入真實(shí)物理現(xiàn)象表達(dá)和物理思維交流的學(xué)習(xí)氛圍中，繼而自發(fā)開(kāi)展科學(xué)學(xué)習(xí).

2.2 同屏技術(shù)，催生新知

對(duì)于改變物體內(nèi)能的方法，多可采用生活經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)的方法呈現(xiàn).所以此處教師用生活中常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)器材喚醒學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，以傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代同屏技術(shù)相結(jié)合，助力科學(xué)探究，催生學(xué)生新知的獲取.

教學(xué)片段2.實(shí)驗(yàn)探究：定性認(rèn)識(shí)改變物體內(nèi)能的方法.

教師展示器材，布置任務(wù)，請(qǐng)同學(xué)們自選實(shí)驗(yàn)器材，小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)改變物體的溫度，并動(dòng)手操作，看看能有哪些發(fā)現(xiàn).

學(xué)生分組交流，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.

方案1：用熱水和冷水混合來(lái)改變物體溫度.

方案2：在冷水中加入鐵塊來(lái)改變物體溫度.

方案3：在熱水中加入鐵塊來(lái)改變物體溫度.

方案4：用紗布摩擦鐵塊來(lái)改變物體溫度.

教師手機(jī)拍攝4種不同典型方案及結(jié)果傳送至電腦，分享到大屏幕上供討論.

學(xué)生質(zhì)疑：為什么方案2沒(méi)有成功改變物體溫度？

相應(yīng)小組回答：測(cè)得冷水溫度為23℃，室溫也為23℃，冷水與鐵塊的溫度相同，所以無(wú)法發(fā)生熱傳遞.（小學(xué)科學(xué)已學(xué)過(guò)）

教師肯定回答并提問(wèn)：能不能將這些方案歸類？

學(xué)生回答：方案1、3為一類，方案4為一類.

教師歸納總結(jié)，得出改變物體內(nèi)能的方法有熱傳遞與做功兩種.

設(shè)計(jì)意圖：區(qū)別于傳統(tǒng)的固定式投影儀，同屏技術(shù)更能實(shí)時(shí)捕捉和展現(xiàn)學(xué)生思維過(guò)程中有價(jià)值的資源.在實(shí)際教學(xué)中，將手機(jī)拍攝的4種不同實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)，化小為大提高了實(shí)驗(yàn)可視度.面對(duì)課堂即時(shí)生成的資源，學(xué)生或批判質(zhì)疑，或反思修正，或重新設(shè)計(jì)，促成了對(duì)改變物體內(nèi)能方法的認(rèn)知發(fā)展.同時(shí)，在一系列做與思過(guò)程中學(xué)生科學(xué)思維能力得以提升，分析解決問(wèn)題以及與人合作能力得以培養(yǎng)，對(duì)科學(xué)思維的構(gòu)建具有重要意義.

2.3 傳感器實(shí)驗(yàn)，遞進(jìn)認(rèn)知

學(xué)生對(duì)改變物體內(nèi)能的兩種方法已有了初步認(rèn)知，但對(duì)其本質(zhì)的理解仍較為模糊，尤其是做功改變內(nèi)能.所以本片段繼續(xù)延續(xù)學(xué)生已有的認(rèn)知，借助溫度傳感器，引領(lǐng)學(xué)生從定性認(rèn)知層層深入到定量探究，突出教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn).

教學(xué)片段3.實(shí)驗(yàn)探究：定量理解改變物體內(nèi)能的方法.

知識(shí)點(diǎn)1：熱傳遞改變內(nèi)能.

教師以教學(xué)片段2中方案1用熱水和冷水混合來(lái)改變物體溫度為例進(jìn)行傳感器實(shí)驗(yàn)演示.

教師介紹溫度傳感器實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器、溫度傳感器.將溫度傳感器連接到計(jì)算機(jī)上，設(shè)置好參數(shù)，并將溫度傳感器的探溫裝置放入熱水中，再向其中倒入冷水，向?qū)W生展示向熱水中倒入冷水的過(guò)程中軟件顯示的圖像（如圖3所示）.

圖3 傳感器圖像

學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)得出的曲線，驗(yàn)證片段2探究得到的結(jié)論.

教師提問(wèn)：熱傳遞發(fā)生的條件？

學(xué)生回答：物體間存在溫度差.

教師追問(wèn)：熱從高溫物體傳向低溫物體時(shí)，能量會(huì)發(fā)生怎樣的變化？

學(xué)生回答：高溫物體放出熱量，內(nèi)能減小，低溫物體吸收熱量，內(nèi)能增大.

教師進(jìn)行歸納總結(jié)，并提出“熱量”的概念，明確熱量是熱傳遞中物體內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度，熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)即物體的內(nèi)能發(fā)生了轉(zhuǎn)移.

學(xué)生舉例生活中利用熱傳遞改變物體內(nèi)能的例子，并結(jié)合書本資料了解熱傳遞的3種方式.

知識(shí)點(diǎn)2：做功改變內(nèi)能.

教師演示“變色魔術(shù)”實(shí)驗(yàn)（如圖4所示）.

圖4 “變色魔術(shù)”實(shí)驗(yàn)

學(xué)生觀察針筒內(nèi)紙團(tuán)顏色的變化情況.

教師引導(dǎo)分析在“變色魔術(shù)”中做功情況與紙團(tuán)顏色的變化情況的聯(lián)系.

學(xué)生1：當(dāng)推活塞柄時(shí)，壓縮氣體做功，針筒內(nèi)紙團(tuán)顏色由紅變白.

學(xué)生2：當(dāng)拉動(dòng)塞柄時(shí)，氣體對(duì)外做功，針筒內(nèi)紙團(tuán)顏色由白變紅.

教師追問(wèn)：紙團(tuán)顏色變化與什么因素有關(guān)？

學(xué)生猜想：針筒內(nèi)氣體溫度的變化.

教師解釋紙團(tuán)變色原理，即使用感溫變色紙團(tuán)（變色臨界溫度為25℃），可隨溫度的上升、下降反復(fù)變色.

教師利用傳感器探究“變色魔術(shù)”實(shí)驗(yàn)中做功與溫度的關(guān)系（如圖5所示）.

圖5 傳感器實(shí)驗(yàn)

學(xué)生觀察分析推、拉塞柄時(shí)顯示的曲線，并完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的填寫（表1）.

表1 探究“變色實(shí)驗(yàn)”中做功與溫度及內(nèi)能的關(guān)系

學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到結(jié)論：壓縮氣體做功，氣體溫度升高，其內(nèi)能增大；氣體膨脹對(duì)外做功，氣體溫度降低，其內(nèi)能減小.

教師補(bǔ)充：做功改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)即內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化.改變物體內(nèi)能的方法有熱傳遞與做功兩種.

設(shè)計(jì)意圖：相較于傳統(tǒng)課堂，數(shù)字化媒介的使用有利于獲得更為真實(shí)和精確的數(shù)據(jù)，其圖線的呈現(xiàn)為認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律、解釋科學(xué)現(xiàn)象搭建了橋梁.當(dāng)學(xué)生看到溫度傳感器顯示的溫度變化曲線與自己探究所得出的結(jié)論一樣時(shí)，感到很興奮，激活了課堂的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)了對(duì)核心知識(shí)的理解.針對(duì)創(chuàng)新“變色魔術(shù)”實(shí)驗(yàn)和傳感器實(shí)驗(yàn)，拓寬了科學(xué)探究型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，且在關(guān)注學(xué)生基本知識(shí)和探究技能獲得的同時(shí)，促成從定性到定量的認(rèn)知遞進(jìn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展.

2.4 多媒體技術(shù)軟件，內(nèi)化已知

在理解熱傳遞和做功改變物體內(nèi)能的本質(zhì)基礎(chǔ)上，依托PPT制作思維導(dǎo)圖，將學(xué)生獲取的內(nèi)能零散知識(shí)系統(tǒng)化；依托PPT播放視頻資源，將相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)與當(dāng)今社會(huì)環(huán)境問(wèn)題相聯(lián)系.本片段主要以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生在任務(wù)解決過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)新知的總結(jié)與應(yīng)用.

教學(xué)片段5.改變物體內(nèi)能方法的總結(jié)與應(yīng)用

教師在PPT上制作“熱傳遞”相關(guān)的思維導(dǎo)圖，學(xué)生予以補(bǔ)充（如圖6）.

圖6 “熱傳遞”思維導(dǎo)圖

教師布置課后任務(wù)：繪制完成本節(jié)課完整的思維導(dǎo)圖.

播放全球變暖的新聞視頻（如圖7）.

圖7 全球變暖視頻

學(xué)生結(jié)合視頻內(nèi)容及所學(xué)知識(shí)解釋“溫室效應(yīng)”及全球變暖產(chǎn)生的原因.

設(shè)計(jì)意圖：思維導(dǎo)圖的運(yùn)用超越了傳統(tǒng)板書的功能，有助于提高學(xué)生自我歸納的能力，實(shí)現(xiàn)已有知識(shí)的進(jìn)一步內(nèi)化和提升.“溫室效應(yīng)”相關(guān)視頻的播放及設(shè)疑在促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，體會(huì)到科學(xué)在給社會(huì)生活帶來(lái)便利的同時(shí)也存在一定隱患，助推了學(xué)生核心素養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展.

3 結(jié)語(yǔ)

智慧課堂、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、多媒體資源等以信息技術(shù)為支撐的教學(xué)形態(tài)已深刻地影響著科學(xué)教學(xué)［2］.本次教學(xué)進(jìn)行了信息技術(shù)融合于“物體的內(nèi)能”教學(xué)的探索，依托自制實(shí)驗(yàn)視頻創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)與探究源動(dòng)力；依托同屏技術(shù)突出重點(diǎn)，提升學(xué)生科學(xué)思維能力；依托傳感器實(shí)驗(yàn)突破難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生高階思維發(fā)展；依托多媒體資源鞏固已知，把脈學(xué)生學(xué)習(xí)效果.此外，以學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的信息技術(shù)與物理教學(xué)的融合對(duì)于學(xué)生增強(qiáng)與人合作的意識(shí)，樹立正確科學(xué)價(jià)值觀及社會(huì)責(zé)任感也有著積極意義，卓效促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.而這些素養(yǎng)正是學(xué)生終生發(fā)展的需要，作為一線教師應(yīng)拓寬自身專業(yè)視野，潛心探索適切的教學(xué)內(nèi)容和方式.