核心素養導向下信息技術與初中物理教學的融合探索
——以“物體的內能”為例

沙琦波 陳心怡

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

信息技術與課程有機融合是我國21世紀基礎教育教學改革的一個新途徑.以信息化引領教學理念和教學模式的創新為傳統教學注入了勃勃生機，也在培養學生高階思維能力，促進一線教師專業成長，助推教育課程改革等方面起到了積極作用.但是，面對紛繁呈現的信息技術，并非拿來即用，也非一用便靈.為使信息技術與初中物理教學的融合達到理想效果，以學生核心素養培養為導向評價兩者融合后的教學效果不失為一條有效途徑.筆者以華東師大版《科學》九年級上冊“物體的內能”為例，在核心素養導向下，進行信息技術與初中物理教學的融合探索.

1 核心素養導向下信息技術與物理教學融合模式的構建

物理學科核心素養包含物理觀念、科學思維、科學探究及科學態度與責任.［1］聚焦核心素養，改變以往信息技術支持下“空依賴、碎片化、分數至上”的教學模式，以“豐富感知—催生新知—遞進認知—內化已知”為生發點，不斷嘗試在技術融合課堂中關注學生過程性思考、理解性建構能力.對于教師層面，深度解讀課標、了解學情以確定合理的目標設計信息化學習環境，充分發揮教師的主導作用；對于學生層面，借助資源展示平臺、信息加工工具等技術協作探究學習以解決挑戰性任務，進階延伸學習以增進已有知識，總結應用已知以內化拓展，充分發揮學生的主體作用，最終構建核心素養導向下信息技術與初中物理融合的教學模式（如圖1）.

圖1 核心素養導向下信息技術與物理融合的教學模式

2 核心素養導向下信息技術與物理融合教學的實施

2.1 自制實驗資源，豐富感知

物體的內能是本章中較為抽象的內容，學生無法直接用感官感受，易陷入困惑.而生動有效的情境創設是學生撥開云霧的第一步，因此在教學實踐中播放提前錄制而成的與生活貼近的“自制電動機”創新實驗，不乏樂趣，又豐富了學生對內能產生本質的感性認識，具有良好的教學效果.

教學片段1.自制實驗視頻導入新課.

教師播放“自制電動機”創新實驗.“自制電動機”以生活中常見的打火機、塑料罐為實驗材料.取出打火機中的壓電電子，將其固定在鉆好孔的塑料罐上，并利用熱熔膠使整個裝置處于密封狀態.實驗時向罐內噴灑少量酒精，蓋上罐蓋，按壓電動機按鈕，即能實現罐蓋彈射出的現象（如圖2）.

圖2 自制電動機

學生思考：為什么按下自制電動機的按鈕罐蓋會跳出？

教師用淺顯的語言、生動的現象自然地將學生引入本節課的學習.

設計意圖：學生的感性認識是進行思維加工以形成科學概念的基本材料.“自制電動機”創新實驗將抽象的內能產生本質直觀地呈現出來，使得學生獲得對內能的感性認識，為后序學習奠定結實的生長點.學生也于情境中激發問題意識與探究源動力，順利進入真實物理現象表達和物理思維交流的學習氛圍中，繼而自發開展科學學習.

2.2 同屏技術，催生新知

對于改變物體內能的方法，多可采用生活經驗以及實驗的方法呈現.所以此處教師用生活中常見實驗器材喚醒學生已有經驗，以傳統分組實驗與現代同屏技術相結合，助力科學探究，催生學生新知的獲取.

教學片段2.實驗探究：定性認識改變物體內能的方法.

教師展示器材，布置任務，請同學們自選實驗器材，小組設計實驗方案來改變物體的溫度，并動手操作，看看能有哪些發現.

學生分組交流，設計實驗方案.

方案1：用熱水和冷水混合來改變物體溫度.

方案2：在冷水中加入鐵塊來改變物體溫度.

方案3：在熱水中加入鐵塊來改變物體溫度.

方案4：用紗布摩擦鐵塊來改變物體溫度.

教師手機拍攝4種不同典型方案及結果傳送至電腦，分享到大屏幕上供討論.

學生質疑：為什么方案2沒有成功改變物體溫度？

相應小組回答：測得冷水溫度為23℃，室溫也為23℃，冷水與鐵塊的溫度相同，所以無法發生熱傳遞.（小學科學已學過）

教師肯定回答并提問：能不能將這些方案歸類？

學生回答：方案1、3為一類，方案4為一類.

教師歸納總結，得出改變物體內能的方法有熱傳遞與做功兩種.

設計意圖：區別于傳統的固定式投影儀，同屏技術更能實時捕捉和展現學生思維過程中有價值的資源.在實際教學中，將手機拍攝的4種不同實驗方案及實驗現象呈現，化小為大提高了實驗可視度.面對課堂即時生成的資源，學生或批判質疑，或反思修正，或重新設計，促成了對改變物體內能方法的認知發展.同時，在一系列做與思過程中學生科學思維能力得以提升，分析解決問題以及與人合作能力得以培養，對科學思維的構建具有重要意義.

2.3 傳感器實驗，遞進認知

學生對改變物體內能的兩種方法已有了初步認知，但對其本質的理解仍較為模糊，尤其是做功改變內能.所以本片段繼續延續學生已有的認知，借助溫度傳感器，引領學生從定性認知層層深入到定量探究，突出教學重點，突破教學難點.

教學片段3.實驗探究：定量理解改變物體內能的方法.

知識點1：熱傳遞改變內能.

教師以教學片段2中方案1用熱水和冷水混合來改變物體溫度為例進行傳感器實驗演示.

教師介紹溫度傳感器實驗裝置、數據采集器、溫度傳感器.將溫度傳感器連接到計算機上，設置好參數，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，向學生展示向熱水中倒入冷水的過程中軟件顯示的圖像（如圖3所示）.

圖3 傳感器圖像

學生觀察實驗得出的曲線，驗證片段2探究得到的結論.

教師提問：熱傳遞發生的條件？

學生回答：物體間存在溫度差.

教師追問：熱從高溫物體傳向低溫物體時，能量會發生怎樣的變化？

學生回答：高溫物體放出熱量，內能減小，低溫物體吸收熱量，內能增大.

教師進行歸納總結，并提出“熱量”的概念，明確熱量是熱傳遞中物體內能轉移的量度，熱傳遞改變物體內能的實質即物體的內能發生了轉移.

學生舉例生活中利用熱傳遞改變物體內能的例子，并結合書本資料了解熱傳遞的3種方式.

知識點2：做功改變內能.

教師演示“變色魔術”實驗（如圖4所示）.

圖4 “變色魔術”實驗

學生觀察針筒內紙團顏色的變化情況.

教師引導分析在“變色魔術”中做功情況與紙團顏色的變化情況的聯系.

學生1：當推活塞柄時，壓縮氣體做功，針筒內紙團顏色由紅變白.

學生2：當拉動塞柄時，氣體對外做功，針筒內紙團顏色由白變紅.

教師追問：紙團顏色變化與什么因素有關？

學生猜想：針筒內氣體溫度的變化.

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

教師利用傳感器探究“變色魔術”實驗中做功與溫度的關系（如圖5所示）.

圖5 傳感器實驗

學生觀察分析推、拉塞柄時顯示的曲線，并完成實驗結果的填寫（表1）.

表1 探究“變色實驗”中做功與溫度及內能的關系

學生匯報實驗結果，得到結論：壓縮氣體做功，氣體溫度升高，其內能增大；氣體膨脹對外做功，氣體溫度降低，其內能減小.

教師補充：做功改變物體內能的實質即內能和其他形式的能發生了相互轉化.改變物體內能的方法有熱傳遞與做功兩種.

設計意圖：相較于傳統課堂，數字化媒介的使用有利于獲得更為真實和精確的數據，其圖線的呈現為認識科學規律、解釋科學現象搭建了橋梁.當學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論一樣時，感到很興奮，激活了課堂的學習氛圍，促進了對核心知識的理解.針對創新“變色魔術”實驗和傳感器實驗，拓寬了科學探究型實驗的內容，且在關注學生基本知識和探究技能獲得的同時，促成從定性到定量的認知遞進，實現學生科學思維能力的發展.

2.4 多媒體技術軟件，內化已知

在理解熱傳遞和做功改變物體內能的本質基礎上，依托PPT制作思維導圖，將學生獲取的內能零散知識系統化；依托PPT播放視頻資源，將相應知識點與當今社會環境問題相聯系.本片段主要以任務為驅動，使學生在任務解決過程中實現對新知的總結與應用.

教學片段5.改變物體內能方法的總結與應用

教師在PPT上制作“熱傳遞”相關的思維導圖，學生予以補充（如圖6）.

圖6 “熱傳遞”思維導圖

教師布置課后任務：繪制完成本節課完整的思維導圖.

播放全球變暖的新聞視頻（如圖7）.

圖7 全球變暖視頻

學生結合視頻內容及所學知識解釋“溫室效應”及全球變暖產生的原因.

設計意圖：思維導圖的運用超越了傳統板書的功能，有助于提高學生自我歸納的能力，實現已有知識的進一步內化和提升.“溫室效應”相關視頻的播放及設疑在促進學生深度學習的同時也培養了學生的社會責任意識，體會到科學在給社會生活帶來便利的同時也存在一定隱患，助推了學生核心素養的可持續發展.

3 結語

智慧課堂、數字化實驗、多媒體資源等以信息技術為支撐的教學形態已深刻地影響著科學教學［2］.本次教學進行了信息技術融合于“物體的內能”教學的探索，依托自制實驗視頻創設情境，激發學生問題意識與探究源動力；依托同屏技術突出重點，提升學生科學思維能力；依托傳感器實驗突破難點，實現學生高階思維發展；依托多媒體資源鞏固已知，把脈學生學習效果.此外，以學生核心素養培養為導向的信息技術與物理教學的融合對于學生增強與人合作的意識，樹立正確科學價值觀及社會責任感也有著積極意義，卓效促進了學生核心素養的發展.而這些素養正是學生終生發展的需要，作為一線教師應拓寬自身專業視野，潛心探索適切的教學內容和方式.