融合信息技術(shù)關(guān)注問題解決的物理課堂教學(xué)實(shí)踐

摘要：新課標(biāo)要求，初中物理教學(xué)應(yīng)該從生活真實(shí)情境問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生利用物理知識(shí)和科學(xué)的研究方法解決問題，讓學(xué)生在解決相關(guān)問題的過程中理解與掌握物理知識(shí)，形成物理觀念，培養(yǎng)核心素養(yǎng).充分利用信息技術(shù)的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)，突破教學(xué)重難點(diǎn).文章借助信息技術(shù)中的集成模塊和壓強(qiáng)傳感器，應(yīng)用“化合反應(yīng)”教學(xué)模型，設(shè)計(jì)“初探飛機(jī)的升力”教學(xué)活動(dòng)并進(jìn)行評(píng)價(jià).

關(guān)鍵詞：初中物理；問題解決；信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）20-0095-03

收稿日期：2024-04-15

作者簡(jiǎn)介：張雪（1989.9—），女，研究生，中學(xué)一級(jí)教師，從事課堂教學(xué)與評(píng)價(jià)研究.

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，通過豐富的教學(xué)方式，讓學(xué)生在實(shí)踐、探究、體驗(yàn)、反思、合作、交流等學(xué)習(xí)過程中感悟基本思想，積累基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，注重發(fā)揮情境設(shè)計(jì)與問題提出對(duì)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)的促進(jìn)作用，使學(xué)生在活動(dòng)中逐步發(fā)展核心素養(yǎng)[1].

1關(guān)注問題解決的“化合反應(yīng)”模型說明

在素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂教學(xué)中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)活動(dòng)，習(xí)得知識(shí)，掌握方法，解決真實(shí)問題，其教學(xué)過程不妨說是一個(gè)“化合反應(yīng)”.而在“化合反應(yīng)”課堂模型中，其反應(yīng)物為知識(shí)和活動(dòng)，生成物為素養(yǎng)，反應(yīng)條件是情境、問題、任務(wù)、評(píng)價(jià)等，見圖1[2].

在素養(yǎng)導(dǎo)向課堂中，通過真實(shí)情境引出任務(wù)問題，進(jìn)而開展探究活動(dòng).激發(fā)學(xué)生思維，解決真實(shí)問題，并伴隨學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，達(dá)到讓學(xué)生動(dòng)起來、思維燃起來、課堂活起來的目的，凸顯“知識(shí)→素養(yǎng)→解決問題”.

2實(shí)施案例“初探飛機(jī)升力”

2.1教學(xué)任務(wù)分析

本節(jié)課以上海市教育出版社九年級(jí)物理第六章第七節(jié)《流體的壓強(qiáng)和流速》為例.這部分知識(shí)與生活聯(lián)系密切，不僅可以應(yīng)用于解釋飛機(jī)升力的來源，還可以幫助學(xué)生了解鐵路站臺(tái)上設(shè)置安全線的必要性.學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了壓強(qiáng)的概念、受力分析、力與運(yùn)動(dòng)等知識(shí)，應(yīng)該能通過實(shí)驗(yàn)探究得到流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，但是運(yùn)用這個(gè)原理分析飛機(jī)的升力這個(gè)相對(duì)復(fù)雜的問題，需要用到模型分析和基于證據(jù)推理的科學(xué)推理方法，促進(jìn)從低階思維向高階思維發(fā)展.將教學(xué)目標(biāo)可細(xì)化為：（1）通過學(xué)習(xí)我國(guó)的飛機(jī)發(fā)展歷程，感受民族自豪感和責(zé)任感；（2）通過分組討論和設(shè)計(jì)流體壓強(qiáng)的小實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)觀察與猜想、驗(yàn)證與歸納，感受交流與評(píng)價(jià)的重要作用，掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究方法；（3）利用流體壓強(qiáng)解釋分析“站臺(tái)安全線”重要性，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)；（4）通過繪制飛機(jī)周圍的氣流路徑和基于證據(jù)的分析，解釋飛機(jī)升力問題，體會(huì)建模和科學(xué)推理在解決問題中的重要性；（5）通過進(jìn)一步了解飛機(jī)升力的多種解釋，激發(fā)深度學(xué)習(xí).

2.2教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）重點(diǎn)：流體的壓強(qiáng)和流速的關(guān)系.

（2）難點(diǎn)：固定翼飛機(jī)的升力.

2.3教學(xué)資源

無人機(jī)、壓強(qiáng)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(jī)模型、吹風(fēng)機(jī)等.

2.4設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的內(nèi)容包括旋翼飛機(jī)（直升機(jī)）的升力、固定翼飛機(jī)的升力以及閱讀與思考三部分.流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系是本節(jié)課學(xué)習(xí)需要掌握的知識(shí)，但是以往的課堂更關(guān)注知識(shí)的傳授，再用知識(shí)去解釋問題.本節(jié)課通過C919飛機(jī)的學(xué)習(xí)，引入飛機(jī)的升力問題主線，然后分解成旋翼飛機(jī)（直升機(jī)）的升力和固定翼飛機(jī)的升力兩個(gè)分線問題.通過大風(fēng)掀起屋頂情境，分組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和討論分析，得出流體流速大的地方壓強(qiáng)小的猜想.接著，借助無人機(jī)和壓強(qiáng)傳感器模塊，解釋旋翼飛機(jī)（直升機(jī)）的升力問題，驗(yàn)證壓強(qiáng)與流速關(guān)系的猜想.再基于旋翼飛機(jī)的升力分析基礎(chǔ)，簡(jiǎn)化固定翼飛機(jī)模型，基于康達(dá)效應(yīng)和等時(shí)理論，分析推理固定翼飛機(jī)的升力.因?yàn)轱w機(jī)的升力問題比較復(fù)雜，最后設(shè)計(jì)拓展閱讀板塊，介紹多種飛機(jī)的不同結(jié)構(gòu)和飛機(jī)升力的多種解釋.

本節(jié)課需要突出的重點(diǎn)是流體的壓強(qiáng)和流速的關(guān)系.通過大風(fēng)掀起屋頂這個(gè)最簡(jiǎn)單的情境，分析一張紙上揚(yáng)的原因，得到猜想流速大的地方壓強(qiáng)小，接著分組設(shè)計(jì)能證明這個(gè)結(jié)論的小實(shí)驗(yàn)，并解釋設(shè)計(jì)的方法和現(xiàn)象原因，最后用無人機(jī)結(jié)合壓強(qiáng)傳感器模塊，將流速和壓強(qiáng)的關(guān)系清晰呈現(xiàn)出來.本節(jié)課要突破的難點(diǎn)是固定翼飛機(jī)的升力.固定翼飛機(jī)相對(duì)于旋翼飛機(jī)，學(xué)生很難聯(lián)想到上下氣流的速度差，所以在分析兩種飛機(jī)升力前，先對(duì)兩種飛機(jī)的起飛方式進(jìn)行比較.利用壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，分析旋翼飛機(jī)的升力以后，自然過渡到固定翼飛機(jī)的上下流速差是由于機(jī)身形狀造成的速度差，從而對(duì)簡(jiǎn)化的固定翼飛機(jī)模型做出升力分析.

2.5教學(xué)設(shè)計(jì)說明

各個(gè)版本教材中都從流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系的角度解釋了飛機(jī)的升力，經(jīng)過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)教材中存在兩個(gè)問題：（1）對(duì)飛機(jī)的升力（固定翼）問題，利用流體壓強(qiáng)理論進(jìn)行解釋時(shí)，一言帶過，尤其是機(jī)翼上側(cè)氣流速度較大這一點(diǎn)，學(xué)生存在困擾；（2）飛機(jī)的升力問題目前是沒有一種理論可以完美解釋.本節(jié)課通過對(duì)C919飛機(jī)的學(xué)習(xí)，引入飛機(jī)的升力問題主線，通過穿堂風(fēng)掀起窗簾、站臺(tái)安全線情境，以及分組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和討論分析，得出流體流速大的地方壓強(qiáng)小的結(jié)論，基本過程說明見圖2.

2.6教學(xué)流程

教學(xué)流程圖，見圖3.

情景1從我國(guó)古代“飛天”壁畫人類對(duì)上天的期望，到竹蜻蜓對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)的啟發(fā)，再到我國(guó)自主設(shè)計(jì)的C919大飛機(jī)的視頻介紹.活動(dòng)目的是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)民族自豪感和責(zé)任感.

活動(dòng)1通過大風(fēng)掀起屋頂?shù)难菔緦?shí)驗(yàn)啟發(fā)，學(xué)生分組設(shè)計(jì)壓強(qiáng)與流速的小實(shí)驗(yàn)，并分享設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果.活動(dòng)目的是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，通過主動(dòng)設(shè)計(jì)和探究，得到壓強(qiáng)與流速關(guān)系的初步猜想并交流，感受交流與評(píng)價(jià)的重要作用.

活動(dòng)2對(duì)比無人機(jī)在螺旋槳不轉(zhuǎn)動(dòng)和起飛時(shí)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上方的壓強(qiáng)，驗(yàn)證壓強(qiáng)與流速的猜想.活動(dòng)目的是解釋旋翼飛機(jī)的升力問題，為學(xué)生對(duì)固定翼飛機(jī)飛行時(shí)上下流體速度快慢這個(gè)思維障礙點(diǎn)的分析做鋪墊.

活動(dòng)3繪制固定翼飛機(jī)模型.活動(dòng)目的是對(duì)固定翼飛機(jī)的結(jié)構(gòu)分析，簡(jiǎn)化固定翼飛機(jī)模型，基于康達(dá)效應(yīng)，繪制其周圍的氣流路徑，感悟物理建模的過程.

活動(dòng)4小組基于“等時(shí)理論”討論固定翼飛機(jī)的升力.活動(dòng)目的是通過討論分析，基于固定翼飛機(jī)的升力分析，學(xué)生深入思考飛機(jī)飛行時(shí)的相對(duì)速度問題，將知識(shí)進(jìn)行遷移，實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階，并能體會(huì)到物理和生活和工程設(shè)計(jì)的密切聯(lián)系.

活動(dòng)5拓展閱讀以反思，鼓勵(lì)學(xué)生自主探究.活動(dòng)目的是學(xué)生通過閱讀飛機(jī)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(xué)生多維度思考問題的能力，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)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(yùn)動(dòng)過程，有助于學(xué)生形成物理觀念中的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀.

2.7問題鏈設(shè)計(jì)

本節(jié)課將飛機(jī)問題作為思維主線，分解為環(huán)環(huán)相扣、問問相連的問題鏈.

問題1：紙為什么向流速大的一側(cè)運(yùn)動(dòng)？

問題2：流體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系？應(yīng)用到站臺(tái)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(jī)的升力.

問題4： 結(jié)合康達(dá)效應(yīng)，怎么描述流經(jīng)物體表面（過渡到固定翼飛機(jī)）的流體軌跡？

問題5：結(jié)合等時(shí)理論，怎么解釋固定翼飛機(jī)的升力？

3設(shè)計(jì)亮點(diǎn)分析

3.1自制教具，仿真生活情境

本節(jié)課自制穿堂風(fēng)掀起來窗簾教具，通過翻轉(zhuǎn)教具，實(shí)現(xiàn)一張紙的上揚(yáng)，將知識(shí)遷移到飛機(jī)升力.初中物理教學(xué)內(nèi)容與生活實(shí)際緊密相連，以具體事實(shí)、鮮活案例和生活經(jīng)驗(yàn)等引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的應(yīng)用與實(shí)踐.

3.2問題鏈教學(xué)，促使思維進(jìn)階

將飛機(jī)問題作為思維主線，分解為環(huán)環(huán)相扣、問問相連的問題鏈.以問題引導(dǎo)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生仔細(xì)觀察，深入思考，經(jīng)歷探究，有效遷移，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從現(xiàn)象到本質(zhì)，從理論到應(yīng)用，從低階思維向高階思維遞進(jìn)，循序漸進(jìn)促進(jìn)學(xué)生的物理學(xué)習(xí).

3.3愛國(guó)教育，促進(jìn)責(zé)任擔(dān)當(dāng)

本節(jié)課中C919的研發(fā)和殲20的展示，激發(fā)了學(xué)生的民族自豪感.后續(xù)飛機(jī)升力問題的學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的問題，學(xué)生需要深入學(xué)習(xí)、研究、質(zhì)疑、探索、實(shí)踐，才能不斷發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的真相，要有主人翁意識(shí)，把國(guó)家的發(fā)展和科技的進(jìn)步當(dāng)作自己的責(zé)任.

4結(jié)束語

本節(jié)課通過無人機(jī)和壓強(qiáng)傳感器等信息技術(shù)的使用，在課堂問題解決的過程中，清晰地將壓強(qiáng)隨流速的變化的關(guān)系展示出來，起到了較好的輔助作用，就像“化合反應(yīng)”模型中的催化劑.飛機(jī)升力問題的選題，十分貼合初中生的年齡特征和興趣點(diǎn)，成功激活了學(xué)生的思維.解決問題的活動(dòng)過程中，學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)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(gè)水平，學(xué)生明白了科學(xué)探究是一個(gè)復(fù)雜的、持續(xù)性的和具有挑戰(zhàn)性的過程.綜上，關(guān)注問題解決的課堂，更關(guān)注學(xué)生的素養(yǎng)生成，我們教師需要不斷地思考、學(xué)習(xí)、實(shí)踐、反思，設(shè)計(jì)具有激勵(lì)性的、螺旋上升式的探究問題，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在科學(xué)探究的道路上不斷前進(jìn).

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2] 陸伯鴻.學(xué)科單元教學(xué)設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用 [J].上海課程教學(xué)研究，2023（9）：21-28.

［責(zé)任編輯：李璟］