信息技術支持下“生活化”物理創新實驗開發的應然與策略

陶士金，劉信生，傅求寶

(1.合肥市教育科學研究院，安徽 合肥 230071；2.廬江縣龍橋鎮初級中學，安徽 合肥 231551；3.廬江縣教育體育局 教研室，安徽 合肥 231550)

教育家陶行知曾指出“沒有生活作為核心的教育便是死教育，沒有生活作為核心的書本便是死書本”[1]，同時又提出了“生活即教育”“社會即學校”的觀點，這些都是“生活化”教學思想的集中體現. 物理學是以實驗為基礎的自然學科，因此實驗教學在學科教學中具有重要地位，當今物理實驗教學變革就是沿襲“物理生活化”教學理念的重要體現，即創建生活情境作為實驗背景. 在實驗探究過程中，學生通過自主設計、動手操作、觀察記錄、收集數據、反復實踐，最終得出實驗結論，掌握物理規律. 本文將從基于信息技術支持下“生活化”物理創新實驗教學的應然性、開發價值、開發策略3個方面展開探討，詳細敘述如何提升信息技術在“生活化”物理創新實驗課堂教學中的地位與作用，在開發利用中優化物理實驗教學.

1 信息技術融入“生活化”物理創新實驗教學的應然性

“生活化”創新實驗是指利用生活用品等資源開展一系列創新實踐活動的總稱，這里是指在確定好具體的教學目標后，以學生為活動主體，教師根據教學任務和學生的認知特征，有選擇性地貼近學生生活和聯系社會實際，以實施有創意的實驗內容、實驗組織形式、實驗方法和技術，形成有效率、有意義的創新舉措和方案[2].

在信息化飛速發展的新時代，信息技術充斥著生活的各個角落，目前傳統形式的“生活化”物理創新實驗已經碩果累累，且逐漸走向成熟，將信息技術深度融入“生活化”創新實驗是科技進步的又一體現，具有更加強大的生命力. “生活化”創新實驗不僅能夠滿足物理實驗的教學目標和創新型教學方式，還能夠讓學生通過觀察物理現象和理解物理規律提升自身的學科核心素養，是未來課堂實驗教學的必然趨勢. 另外，“生活化”創新實驗也是對基礎教育改革的積極響應，是未來物理課堂實驗教學的應然之策[3].

2 信息技術在“生活化”物理創新實驗中的開發價值

2.1 借助信息化科技手段，提升實驗趣味

隨著社會物質條件的豐富與信息科技的快速發展，與過去“瓶瓶罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的困難時期相比，現在的實驗條件與環境有了很大改觀，生活中的“瓶瓶罐罐”應有盡有，再配上專業的信息化軟件或儀器，即可開展形式多樣的物理創新實驗.

實驗器材源于生活，容易讓學生感到親切. 將智能手機里各種功能的應用軟件與傳統實驗器材進行有機組合，可以得到較好的實驗效果，這些“生活化”實驗教具是生成性教學資源，能夠為課堂教學提供更多便利. 例如，在“探究響度大小與距離聲源遠近關系”的實驗中，學生一般選擇鬧鐘和帶有噪聲分貝儀APP的智能手機展開實驗：首先讓鬧鐘振動發聲，然后將打開噪聲分貝儀APP界面的智能手機逐漸遠離鬧鐘，觀察分貝儀上讀數的變化趨勢(見圖1)，學生根據實驗現象，能夠很容易得出響度大小與距離聲源的遠近有關的結論. 該實驗用鬧鐘代替音叉作為聲源，避免了用小錘敲擊音叉時難以保證每次聲源響度相同的問題，并且學生可隨時隨地體驗該實驗，從而很好地調動了學生的積極性.

圖1 響度L與距離聲源x的遠近關系曲線

2.2 借助數字化儀器的融合，提升實驗品味

物理知識的抽象性強，對解題思維要求高、難度大是導致學生覺得物理難學的主要原因. “生活化”物理創新實驗能夠拉近學生與物理知識的距離，激發學生學習物理的興趣，將物理知識與輕松愉快的生活現象相結合，能夠有效降低學生的思維臺階，對物理實驗教學具有一定的推動作用. 另外，對于操作困難、實驗現象不明顯的傳統實驗，可以將信息技術融入其中，讓實驗操作更便捷，實驗現象更明顯，實驗效率更高效. 下面以“做功改變物體內能”實驗為例進行闡述.

實驗器材：氣壓式澆花用透明噴水壺(1.5 L)、普通溫度傳感器、氣體壓強傳感器、數據采集器、帶數字化軟件的筆記本電腦、不銹鋼鐵絲1根、塑料小風車1個、亞克力底座1個、膠棒槍1個、瓶裝酒精1瓶、打火機1個、方形紙盒1個、方形泡沫2塊等.

實驗步驟：

1)實驗裝置如圖2所示，在噴水壺外殼上打孔，然后安裝數字氣壓表與數字溫度計，以便在實驗過程中讀取壺中的氣壓值與溫度值.

圖2 數字化探究做功改變物體內能的實驗

2)擰開噴水壺蓋，向壺內倒入深為1 cm左右的酒精液體，再擰緊壺蓋. 將帶有底座的塑料小風車正對噴水壺的壺嘴口處放置，再用數據線將普通溫度傳感器、氣體壓強傳感器、數據采集器和筆記本電腦連接好.

3)打開DIS軟件，點擊“開始”按鈕，用力抽壓壺蓋上的微型加壓裝置的拉桿，此時電腦界面上顯示壺內的氣體壓強值和溫度值逐漸增大.

4)當氣壓值達到一定數值時，停止抽壓拉桿，用手按壓噴嘴閥門開關，噴壺內的酒精從噴嘴迅速沖出，壺口的塑料風車開始急速旋轉，同時電腦顯示屏上的氣壓值與溫度值減小，直至回歸到起始的氣壓值和溫度值為止. 點擊電腦軟件“停止”按鈕，數據記錄結束.

5)點擊 “生成”和“擬合”按鈕，電腦自動生成與擬合出p-t圖像和T-t圖像，如圖3所示.

(a)p-t圖像

該實驗能夠引導學生總結出做功可以改變物體內能的結論. 實驗探究過程充滿了現代化教學的氛圍，也提高了實驗的信息化含量.

2.3 借助信息化交流平臺，提升實驗情味

信息技術既可以深度融入“生活化”物理創新實驗中，也可以通過信息化平臺展示交流“生活化”創新實驗來提升實驗的情味. 課堂實驗教學既是學生接收知識的主要渠道，也是師生進行情感交流的重要方式[4]. 在創新實踐活動中，通過注重“形象為主，具體地學”和“情景交融，直觀地學”以彰顯創新實驗的情味. 例如，在探究“聲音的音調與空氣柱長短關系實驗”中，可以通過吹奏鳥笛讓學生感受鳥兒悠揚的叫聲，再結合Phyphox軟件展開創新實驗，如圖4所示. 該實驗能夠讓平時憑聽覺才能辨別的音調可以通過視覺觀察出其中的不同，讓抽象的概念形象化、可視化，讓學生在探究的過程中體會物理的樂趣. 另外，教師也可以組織學生將“生活化”家庭實驗作品通過錄制和視頻處理推送至班級微信群、微視、微博等信息化平臺進行交流評論，在網絡評比中獲得點擊量，教師再對優質作品頒發獎狀，讓學生收獲快樂與成功，點燃學生實驗探究的激情，在親身體驗中提升實驗的情味.

圖4 探究鳥笛發聲音調與頻率關系的實驗

3 信息技術在“生活化”物理創新實驗中的開發策略

信息技術支持下的“生活化”物理創新實驗一般是指利用信息化軟件或儀器來改良或優化實驗步驟、數據記錄和實驗現象等，也可以基于信息技術手段將“生活化”物理創新實驗作品制作成微視、微課、抖音等網絡作品進行展示. 雖然物理創新實驗無法完全取代傳統實驗，但信息技術支持下的“生活化”物理創新實驗在形式上更加貼近學生的生活情境，容易引起情感共鳴，從而最大程度地激發學生的學習潛質. 下面以初中物理“阿基米德原理”的單元內容為例，探究信息技術在“生活化”物理創新實驗中的開發策略.

3.1 開發信息平臺上“生活化”創新實驗為課前預習服務

由于初中物理知識具有抽象性的特點，學生在學習過程中會遇到很多困難，導致學生感到物理枯燥乏味. 針對該情況，教師可以在新課學習前，引導學生在網絡上搜索與新課學習相關的“生活化”物理創新實驗作品，讓學生在進入課堂前產生關聯性學習，并產生“心求通而未得，口欲言而未能”的心理反應. 通過讓學生反復觀看“生活化”創新實驗作品，讓學生在接受知識和感悟規律的同時，還能認識到所學知識早已“內含”于日常的衣食住行中，這些物理規律隱藏在絢爛多彩的生活中，即實驗是“物化”的物理知識. 例如，在學習浮力產生的原因前，可以向學生推送物理創新實驗視頻抖音號(視頻二維碼見圖5)，讓學生充分了解如何利用生活器材制作創新實驗裝置.

圖5 浮力產生原因的視頻

3.2 開發信息技術融合“生活化”創新實驗為課堂教學服務

3.2.1 課前導入

將信息技術與“生活化”創新實驗深度融合，開發活躍課堂氣氛的課前導入方式，不僅可以提升學生的學習興趣，還能激發學生的求知欲望. 例如，在“認識浮力”的課堂教學中，為了易于學生建立浮力的概念，教師課前可以播放“科學使用防溺水自救手環”的相關視頻(見圖6)，讓學生體悟“珍愛生命、預防溺水”的同時，也為下一步探究浮力是如何產生的物理實驗教學營造濃厚的課堂氛圍.

圖6 防溺水自救手環

3.2.2 新課教學

實驗是物理課堂教學的重要內容，也是實施信息技術支持下“生活化”創新實驗的主戰場. 因此，開發教學型實驗是信息技術在課堂教學中的價值體現. 例如，在“探究浮力大小與哪些因素有關”的傳統實驗中，通常在測力計下懸掛小金屬塊，然后再利用稱重法推導出浮力的計算公式. 但由于金屬塊受到的浮力較小，導致其浸沒在液體前后的測力計示數變化不大，從而導致實驗現象不明顯. 若用裝有石塊的圓柱體塑料盒(例如家用棉簽盒)代替金屬塊，用拉力傳感器代替普通測力計，用數據采集器采集數據，同時將拉力傳感器示數的變化趨勢通過函數圖像完美呈現，引導學生總結出浮力大小的變化規律；再用刻度尺與記號筆將塑料圓柱體的體積4等分，以方便學生探究浮力大小與物體排開液體體積之間的關系，如圖7所示. 通過組合生活器材，再輔助數字化拉力傳感器，提高課堂實驗教學效率的同時，還能夠增加課堂教學趣味.

3.2.3 單元復習

為了打破物理單元復習中只有概念與規律的思維導圖和習題訓練的桎梏，解決枯燥乏味的講練式復習，可以開發物理創新實驗來補充教學內容. 由于“生活化”創新實驗設計具有綜合性特點，因此在單元復習中更能體現其優越性[5]. 例如，在學生了解阿基米德原理的基礎上，可通過“木架臺式探究浮力實驗模型”的創新實驗裝置[6](見圖8)巧妙地將2個拉力傳感器進行組合：在懸掛于木板頂部減速電動機繞線細鉤上的傳感器下系圓柱體物塊；另1個傳感器下掛輕質小桶，將裝滿水的溢水杯口對準小桶上方，分步展開探究實驗. 實驗前，2個傳感器分別“調零”是此裝置的創新亮點，此裝置可以完成所有探究浮力特點的實驗，從而極大簡化了實驗步驟. 學生在整個探究過程中既鞏固了知識，也鍛煉了動手能力，更提升了信息技術綜合應用能力，從而提升了自身的學科核心素養.

圖8 浮力實驗創新演示裝置

3.3 開發信息化創新教具為科創作品服務

在信息技術融入“生活化”物理創新實驗中，信息化實驗教具制作是物理創新實踐活動的實物呈現與勞動結晶，師生可以利用生活器材和數字化儀器自制實驗教具. 例如，對家庭電子臺秤進行簡單改裝，可以制成探究浮力原理的實驗裝置[7]，如圖9所示. 另外，該裝置還可以探究“浮力大小與物體排開液體體積關系”“浮力大小與液體的密度關系”以及“測量空心物體浮力大小”等實驗[8]. 通過多年的科技創新實踐后發現，只有將信息化科學技術融入到各項“生活化”實驗中，才能為實驗的創新、優化和提升提供不竭的原動力,并能為新時代創新實驗教具作品的誕生提供技術支撐.

圖9 探究浮力原理的實驗裝置

4 結束語

新課程理念強調“從生活走向物理，從物理走向社會”. 該理念要求一線教師將生活中的物理現象引入到物理課堂，特別是要將先進的信息技術融入到“生活化”的物理創新實驗作品中，該過程不僅可以激發學生的學習動力，還是實驗課堂教學成功的關鍵. 初中物理教師要適應時代的需要，在物理創新實驗教學過程中要重視構建信息化的教學體系，實現課內外資源的優化配置，滿足中學生的物理學習需要，發揮物理課堂生活化教學效能，有效鍛煉學生的物理學科思維，全面提升物理實驗教學質量.