融合信息技術關注問題解決的物理課堂教學實踐

摘要：新課標要求，初中物理教學應該從生活真實情境問題出發，引導學生利用物理知識和科學的研究方法解決問題，讓學生在解決相關問題的過程中理解與掌握物理知識，形成物理觀念，培養核心素養.充分利用信息技術的價值和優勢，優化教學活動，突破教學重難點.文章借助信息技術中的集成模塊和壓強傳感器，應用“化合反應”教學模型，設計“初探飛機的升力”教學活動并進行評價.

關鍵詞：初中物理；問題解決；信息技術

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）20-0095-03

收稿日期：2024-04-15

作者簡介：張雪（1989.9—），女，研究生，中學一級教師，從事課堂教學與評價研究.

《義務教育物理課程標準（2022年版）》提出，通過豐富的教學方式，讓學生在實踐、探究、體驗、反思、合作、交流等學習過程中感悟基本思想，積累基本活動經驗，注重發揮情境設計與問題提出對學生主動參與教學活動的促進作用，使學生在活動中逐步發展核心素養[1].

1關注問題解決的“化合反應”模型說明

在素養導向的課堂教學中，學生通過學習活動，習得知識，掌握方法，解決真實問題，其教學過程不妨說是一個“化合反應”.而在“化合反應”課堂模型中，其反應物為知識和活動，生成物為素養，反應條件是情境、問題、任務、評價等，見圖1[2].

在素養導向課堂中，通過真實情境引出任務問題，進而開展探究活動.激發學生思維，解決真實問題，并伴隨學習評價，達到讓學生動起來、思維燃起來、課堂活起來的目的，凸顯“知識→素養→解決問題”.

2實施案例“初探飛機升力”

2.1教學任務分析

本節課以上海市教育出版社九年級物理第六章第七節《流體的壓強和流速》為例.這部分知識與生活聯系密切，不僅可以應用于解釋飛機升力的來源，還可以幫助學生了解鐵路站臺上設置安全線的必要性.學生已經學習了壓強的概念、受力分析、力與運動等知識，應該能通過實驗探究得到流體壓強與流速的關系，但是運用這個原理分析飛機的升力這個相對復雜的問題，需要用到模型分析和基于證據推理的科學推理方法，促進從低階思維向高階思維發展.將教學目標可細化為：（1）通過學習我國的飛機發展歷程，感受民族自豪感和責任感；（2）通過分組討論和設計流體壓強的小實驗，學會觀察與猜想、驗證與歸納，感受交流與評價的重要作用，掌握科學的實驗探究方法；（3）利用流體壓強解釋分析“站臺安全線”重要性，培養社會責任意識；（4）通過繪制飛機周圍的氣流路徑和基于證據的分析，解釋飛機升力問題，體會建模和科學推理在解決問題中的重要性；（5）通過進一步了解飛機升力的多種解釋，激發深度學習.

2.2教學重點和難點

（1）重點：流體的壓強和流速的關系.

（2）難點：固定翼飛機的升力.

2.3教學資源

無人機、壓強傳感器模塊、自制小屋（帶屋頂）、塑料紙杯、吸管、白紙、漏斗、固定翼飛機模型、吹風機等.

2.4設計思路

本節課的內容包括旋翼飛機（直升機）的升力、固定翼飛機的升力以及閱讀與思考三部分.流體壓強和流速的關系是本節課學習需要掌握的知識，但是以往的課堂更關注知識的傳授，再用知識去解釋問題.本節課通過C919飛機的學習，引入飛機的升力問題主線，然后分解成旋翼飛機（直升機）的升力和固定翼飛機的升力兩個分線問題.通過大風掀起屋頂情境，分組實驗設計和討論分析，得出流體流速大的地方壓強小的猜想.接著，借助無人機和壓強傳感器模塊，解釋旋翼飛機（直升機）的升力問題，驗證壓強與流速關系的猜想.再基于旋翼飛機的升力分析基礎，簡化固定翼飛機模型，基于康達效應和等時理論，分析推理固定翼飛機的升力.因為飛機的升力問題比較復雜，最后設計拓展閱讀板塊，介紹多種飛機的不同結構和飛機升力的多種解釋.

本節課需要突出的重點是流體的壓強和流速的關系.通過大風掀起屋頂這個最簡單的情境，分析一張紙上揚的原因，得到猜想流速大的地方壓強小，接著分組設計能證明這個結論的小實驗，并解釋設計的方法和現象原因，最后用無人機結合壓強傳感器模塊，將流速和壓強的關系清晰呈現出來.本節課要突破的難點是固定翼飛機的升力.固定翼飛機相對于旋翼飛機，學生很難聯想到上下氣流的速度差，所以在分析兩種飛機升力前，先對兩種飛機的起飛方式進行比較.利用壓強與流速的關系，分析旋翼飛機的升力以后，自然過渡到固定翼飛機的上下流速差是由于機身形狀造成的速度差，從而對簡化的固定翼飛機模型做出升力分析.

2.5教學設計說明

各個版本教材中都從流體壓強和流速的關系的角度解釋了飛機的升力，經過文獻學習，發現教材中存在兩個問題：（1）對飛機的升力（固定翼）問題，利用流體壓強理論進行解釋時，一言帶過，尤其是機翼上側氣流速度較大這一點，學生存在困擾；（2）飛機的升力問題目前是沒有一種理論可以完美解釋.本節課通過對C919飛機的學習，引入飛機的升力問題主線，通過穿堂風掀起窗簾、站臺安全線情境，以及分組實驗設計和討論分析，得出流體流速大的地方壓強小的結論，基本過程說明見圖2.

2.6教學流程

教學流程圖，見圖3.

情景1從我國古代“飛天”壁畫人類對上天的期望，到竹蜻蜓對飛機設計的啟發，再到我國自主設計的C919大飛機的視頻介紹.活動目的是調動學生的積極性，激發民族自豪感和責任感.

活動1通過大風掀起屋頂的演示實驗啟發，學生分組設計壓強與流速的小實驗，并分享設計方法和實驗結果.活動目的是調動學生的積極性，通過主動設計和探究，得到壓強與流速關系的初步猜想并交流，感受交流與評價的重要作用.

活動2對比無人機在螺旋槳不轉動和起飛時螺旋槳轉動時上方的壓強，驗證壓強與流速的猜想.活動目的是解釋旋翼飛機的升力問題，為學生對固定翼飛機飛行時上下流體速度快慢這個思維障礙點的分析做鋪墊.

活動3繪制固定翼飛機模型.活動目的是對固定翼飛機的結構分析，簡化固定翼飛機模型，基于康達效應，繪制其周圍的氣流路徑，感悟物理建模的過程.

活動4小組基于“等時理論”討論固定翼飛機的升力.活動目的是通過討論分析，基于固定翼飛機的升力分析，學生深入思考飛機飛行時的相對速度問題，將知識進行遷移，實現思維進階，并能體會到物理和生活和工程設計的密切聯系.

活動5拓展閱讀以反思，鼓勵學生自主探究.活動目的是學生通過閱讀飛機升力來源的多種理論解釋，以不同視角分析、理解同一問題，鍛煉學生多維度思考問題的能力，幫助學生在學習物理知識的過程中感受到自己可以不斷深入地理解生活中物體的運動過程，有助于學生形成物理觀念中的運動與相互作用觀.

2.7問題鏈設計

本節課將飛機問題作為思維主線，分解為環環相扣、問問相連的問題鏈.

問題1：紙為什么向流速大的一側運動？

問題2：流體的壓強與流速的關系？應用到站臺安全線問題.

問題3：怎么讓一張紙獲得向上的升力？過渡到螺旋槳飛機的升力.

問題4： 結合康達效應，怎么描述流經物體表面（過渡到固定翼飛機）的流體軌跡？

問題5：結合等時理論，怎么解釋固定翼飛機的升力？

3設計亮點分析

3.1自制教具，仿真生活情境

本節課自制穿堂風掀起來窗簾教具，通過翻轉教具，實現一張紙的上揚，將知識遷移到飛機升力.初中物理教學內容與生活實際緊密相連，以具體事實、鮮活案例和生活經驗等引導學生將所學知識應用到實際生活中，強調知識的應用與實踐.

3.2問題鏈教學，促使思維進階

將飛機問題作為思維主線，分解為環環相扣、問問相連的問題鏈.以問題引導，驅動學生仔細觀察，深入思考，經歷探究，有效遷移，從簡單到復雜，從現象到本質，從理論到應用，從低階思維向高階思維遞進，循序漸進促進學生的物理學習.

3.3愛國教育，促進責任擔當

本節課中C919的研發和殲20的展示，激發了學生的民族自豪感.后續飛機升力問題的學習是一個復雜的問題，學生需要深入學習、研究、質疑、探索、實踐，才能不斷發現物理規律的真相，要有主人翁意識，把國家的發展和科技的進步當作自己的責任.

4結束語

本節課通過無人機和壓強傳感器等信息技術的使用，在課堂問題解決的過程中，清晰地將壓強隨流速的變化的關系展示出來，起到了較好的輔助作用，就像“化合反應”模型中的催化劑.飛機升力問題的選題，十分貼合初中生的年齡特征和興趣點，成功激活了學生的思維.解決問題的活動過程中，學生的觀察能力、動手實踐能力、創造性思維能力都得到了提升.拓展閱讀與反思板塊的加入，將問題的解決提高了一個水平，學生明白了科學探究是一個復雜的、持續性的和具有挑戰性的過程.綜上，關注問題解決的課堂，更關注學生的素養生成，我們教師需要不斷地思考、學習、實踐、反思，設計具有激勵性的、螺旋上升式的探究問題，促進學生深度學習，幫助學生在科學探究的道路上不斷前進.

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2] 陸伯鴻.學科單元教學設計的研究和應用 [J].上海課程教學研究，2023（9）：21-28.

［責任編輯：李璟］