初中物理实验教学中信息技术的应用探析

时间:2019-09-27

　　摘   要：　今天的教师面对的是一群在以互联网为代表的信息技术环境中成长的孩子, 传统的一支粉笔打天下的课堂显然已无法完全满足学生的求知欲望.教育部于2014年适时启动了“一师一优课一课一名师”活动, 旨在打造将信息技术融入学科课堂教学的优课.

　　关键词：   信息技术，初中物理实验教学

　　文久江名师工作室又称“活物理教学团队”, 是湖北省、荆州市、沙市区三级的名师工作室, 在第一轮教育部“一师一优课一课一名师”活动中, 工作室的14名成员, 收获了4节部级优课和9节省级优课.尤其在2014年度, 湖北省初中物理共获8节部级优课, 我工作室占据3节.为了推动新一轮“一师一优课一课一名师”的开展, 促进工作室教师将信息技术与常规物理课堂完美结合, 我工作室特地组织成员进行了如何将信息技术的运用与“活物理”课堂紧密结合的专题学习活动, 对上一轮我工作室的4节部级优课进行了深入地剖析和探讨.

　　下面, 以我工作室的4节部级优课为例, 谈谈信息技术在初中物理实验教学中的运用.

　　1 运用多媒体设备展现思维的过程, 让思维可视化

　　思维能力是学生学习能力的核心, 思维发展不起来, 学生学习起来会越来越困难.初中学生正处于心理半成熟的“小大人”阶段, 其思维在很大程度上属于经验型, 他们的思维需要感性经验的直接支持.思维可视化则是运用一系列图示技术把本来不可视的思维 (思考方法和思考路径) 呈现出来, 使其思维过程清晰可见, 从而帮助初中学生层层递进地梳理思维过程, 有效地促使初中学生的思维由感性向理性、从低水平向高水平转变和转化.

　　教学示例一:

　　(1) 上课教师:湖北省荆州市实验中学教师吴兆军 (荆州区名师工作室主持人) .

　　(2) 课题名称:电流与电压和电阻的关系.

　　(3) 获奖级别:首批教育部“一师一优课一课一名师”活动部级优课.

　　(4) 实验目的:探究电阻一定时, 电流与电压的关系.

　　(5) 课堂实录具体介绍如下.
 

 

　　教师:在我们以往的学习过程中, 如果遇到两个物理量或者两个以上的物理量影响一个物理量的时候, 我们一般采用什么研究方法呢?

　　学生齐答:控制变量法!

　　教师:当我们研究电流与电压关系时, 应该控制什么呢?

　　学生:电阻.

　　教师:当我们研究电流与电阻的关系时, 应该控制什么呢?

　　学生:电压.

　　教师:今天我们先来探究电阻一定时, 电流与电压的关系.大家觉得会是什么关系呢?你们说说!

　　学生:电阻一定时, 电压越大, 电流越大.

　　教师:大家有没有不同意见, 可能还有什么关系?

　　学生:电流与电压成反比.

　　教师:我们每个同学的猜想肯定都有自己的理由.比如电阻一定时, 电压越大电流越大, 我们在前面的实验中亲眼看见过:增加电池节数, 电压增大, 灯泡变亮, 电流表示数变大.那么电流和电压会不会成反比呢?其实, 无论是成正比还是成反比, 不论你的结论是什么, 最后都要通过什么来验证?

　　学生:实验.

　　教师:本实验的第一个问题是———如何控制电阻一定?

　　学生:选用一个定值电阻.

　　教师:因为定值电阻的阻值是不变的, 也就是说定值电阻是我们的研究对象 (投影出示一个只有一个定值电阻的最简单电路) .

　　教师:要探究电流与电压的关系, 要不要测量电流、电压的大小呢?

　　学生:要, 要用到电流表和电压表.

　　(教师投影出示一个在前面电路基础上接入电流表、电压表的电路.)

　　教师:测量了电流和电压, 就能够找到电流和电压的规律吗?

　　学生:不能.

　　教师:怎么能呢?

　　学生:要改变电压和电流.

　　教师:怎么才能改变这个定值电阻两端的电压呢?

　　学生:改变电池的节数.

　　教师:改变电池的节数能够改变这个定值电阻两端的电压和通过的电流.大家还有没有其他的办法呢?

　　学生:串联一个滑动变阻器.

　　教师:你是怎么想到串联一个滑动变阻器的?

　　学生:因为滑动变阻器和定值电阻串联, 能够改变电路中的电流和电压.

　　教师:到底是换电池的个数还是串联滑动变阻器呢?

　　学生齐答:串联滑动变阻器.

　　教师:理由是什么?

　　学生:滑动变阻器可以保护电路.

　　教师:说得非常好!在这里, 滑动变阻器还有一个好处, 就是可以连续地改变电路中的电流和电压.如果我们更换不同节数的电池组, 只能得到1.5V、3V、4.5V等的电压, 而要得到一个2V的电压该怎么办呢?

　　学生:还是要选用滑动变阻器.

　　教师: (投影出示接入滑动变阻器的电路) 请大家将我们一起设计的电路图填写在实验报告上. (学生填好之后, 在教师的指导下开始实验) .

　　(6) 信息技术运用点评

　　本实验课信息技术的应用简洁明了, 仅仅使用电子白板投影出示了3个不同的电路图, 采取层层递进的方式解决学生实验设计的困难.

　　当师生探讨出“如何控制电阻一定时”, 此时通过“电子白板”投影出示一个有“定值电阻”的电路图, 如图1 (a) 所示.

　　当教师提出问题, 要测量电流、电压, 需要在电路中接入电流表和电压表, 此时通过“电子白板”出示一个接入有“电流表、电压表”的实验电路, 如图1 (b) 所示.

　　通过分析讨论得出, 要改变电流和电压, 需要接入滑动变阻器, 再通过“电子白板”出示接有“滑动变阻器”的实验电路图如图1 (c) 所示.

　　图1 实验电路图

　　通过投影显示出3个电路图, 使得整个设计实验的思路一目了然, 而且在学生实验过程中电子白板上显示的这3个电路图, 也有助于学生对照电路图连接电路实物.

　　2 利用投影设备等放大实验现象, 让实验效果更明显

　　演示实验是实验教学的主要组成部分, 其现象的观察效果对学生的物理学习有很大影响.有的演示实验现象并不明显, 或者说没有引起学生的特别注意.此时, 教师应利用一定的仪器, 使一些不易看清的现象呈现得更清楚.为达到这一目的, 可使用投影仪器、多媒体电脑等设备放大实验现象, 使得实验现象更明显、更突出, 使得每一个学生都能看清楚, 从而引起每个学生的足够注意, 克服教师台上做演示实验、学生在下面听演示实验、看不清现象、对结论半信半疑的弊端, 从而使演示实验获得最大效益.

　　教学示例二:

　　(1) 上课教师:湖北省荆州市东方红中学教师王涛 (湖北省优秀物理教师) .

　　(2) 课题名称:磁现象与磁场.

　　(3) 获奖级别:2016~2017年度教育部“一师一优课一课一名师”活动部级优课.

　　(4) 实验目的:探究磁场中磁场的方向.

　　(5) 课堂实录具体介绍如下.

　　教师:我们如何描述磁场的方向呢?这里有一块白色板子, 里面有许多小磁针.将这块板子放在投影仪下面的平板上, 白板屏幕上出现小磁针的排列图像.

　　将一个U形磁体放在白色板子上, 用力敲击板子.结果看到U形磁体周围出现类似课本中的一条条线.学生观察到线条中间部分是一条直线, 从一边直接指向另一边, 而两边则是曲线.

　　教师:我们看看U形磁体, (举起并指示U形磁体) 这边是N, 这边是S.改变U形磁体的放置并敲击板子, 可以看到小磁针从N极指向S极.

　　(6) 信息技术运用点评

　　磁感线是为了描述空间磁场而假想的曲线, 其方向可通过小磁针的指向来确定.如何让学生清楚地看见空间磁场的方向呢?课本中呈现的是一个二维的剖面图.通过学生实验, 学生也能感受到磁场的方向, 但是视觉效果并不好.在本实验中, 教师运用投影仪将实验现象进行放大, 再通过电子白板显现出来, 效果十分明显.

　　当教师把内含小磁针的白色板子放在投影仪下面的平板上时, 电子白板屏幕上出现小磁针排列出来的图像, 如图2所示, 此时小磁针的指向不规则不明显.

　　图2 小磁针的排列图像

　　当教师把U型磁铁放在板子上并用拳头敲击白色板子时, 通过电子白板屏幕可以很清楚地看到U形磁体周围小磁针的指向发生明显地变化, 出现类似课本中磁感线的一条条曲线, 而且有一定的规则, 如图3所示.

　　图3 磁铁周围的小磁针排列

　　当教师改变U形磁体的放置后再次敲击板子, 在电子白板屏幕上清晰地看到小磁针排列方式的改变, 但小磁针还是有规则地指向.

　　通过这样放大的实验现象, 让学生更清晰地看到磁场方向, 更好地理解了磁感线及其方向.

　　3 运用多媒体及相关应用软件, 把抽象的概念形象化

　　初中物理知识中有些物理现象、过程、概念难以被刚刚接触物理学科的学生理解, 仅仅用语言的描述很难让没有感性认识的学生在大脑中形成清晰的概念, 这些知识点往往成为学生学习的难点.而利用多媒体及其应用软件直接参与实验, 可以把抽象的规律和概念形象化, 帮助学生摆脱思维障碍, 对学生理解、掌握物理概念和规律有很重要的帮助作用.

　　教学示例三:

　　(1) 上课教师:湖北省荆州市沙市二中教师李春艳 (沙市区名师工作坊坊主) .

　　(2) 课题名称:噪声的危害与控制.

　　(3) 获奖级别:首批教育部“一师一优课一课一名师”活动部级优课.

　　(4) 实验目的:探究乐音与噪声的区别.

　　(5) 课堂实录具体介绍如下.

　　教师:声音都是由物体的振动产生的, 为什么有的振动产生乐音, 有的振动产生噪声呢?这是我提出的问题, 那你们有什么猜想.

　　学生猜想:可能跟振动有关?

　　教师:跟振动的什么不同呢?下面我们进入课本的演示实验.一个是敲击音叉发出的声音 (教师敲击, 师生听声音) , 一个是泡沫塑料刮玻璃的声音 (边做边说, 学生观察) .从同学们的反应可以看出泡沫塑料刮玻璃的声音是噪声.下面我用一个声音编辑软件把这两个声音的波形显示出来.

　　教师:我们先听第一个音叉发出的声音.先要把声音录进去, 再将声音的波形放大 (教师敲击音叉并录音, 电子白板上出现波形, 然后将波形放大) , 大家可以从屏幕上看到音叉发出声音的波形.下面进行泡沫塑料刮玻璃的实验, 和刚才的过程一样, 先录音再放大.

　　教师:声音的波形是否能够显示声音的特性呢?我们得到了两种声音的波形, 为了找到物体振动发出乐音和物体振动发出噪声的规律, 我们应该采用什么方法进行研究呢?

　　学生:对比.

　　教师:对, 把这两种波形对比, 下面我用截图的方式把两种波形放在一起.第一个是噪声的波形, 第二个是乐音的波形, 请同学们比较两个波形, 找出物体振动发出乐音和物体振动发出噪声究竟有什么区别?

　　学生:物体发出噪声时的波形是无规则的, 物体振动发出乐音的波形是有规则的.

　　教师:大家都发现这个规律了吗?那么什么是噪声呢?

　　学生:物体无规则振动产生的声音就是噪声.

　　教师:刚才这位同学说的就是噪声的定义.

　　(6) 信息技术运用点评

　　本次教师选用的实验器材有1个小锤、1个音叉、1块小泡沫塑料、1块小玻璃;运用的信息技术设备有1个录音设备、多媒体电脑;运用的软件有Cool Eitd pro软件、多媒体电脑中的截图功能等.

　　教师:声音听得见但看不见, 怎么把声音的振动变得看得见呢?Cool Eitd pro软件是一款功能强大、效果出色的多轨录音和音频处理软件, 可以将声音“绘”制出来, 本课教师就是利用这一软件将声音的振动变成看得见的波形.

　　教师先将敲击的音叉发出的声音录进电脑, 学生可看见声音的波形, 然后教师将声音的波形放大, 学生可清楚看见音叉发出声音的波形, 如图4所示.

　　图4 音叉发生声音的波形截图

　　接着将泡沫划玻璃的声音录进电脑, 学生可看见这个声音的波形, 然后教师将声音的波形放大, 学生可以清楚地看见这个声音的波形, 如图5所示.

　　图5 泡沫划玻璃声音的波形截图

　　最后教师通过截图的方式把两种波形放在一起, 从而让学生很形象地看见噪声与乐音波形的区别, 如图6所示.

　　图6 两种声音的波形对比截图

　　通过两次声音的录制、放大、截图对比, 将抽象的看不见的“噪声”概念变成了看得见的“不规则变化的波形”, 从而帮助学生建立噪声的概念, 有效突破了教学难点.

　　4 利用摄像机等辅助工具重现实验情景, 进行实验验证

　　物理学是一门以实验为基础的自然科学, 直观教学在物理教学过程中占有相当重要的地位.传统的直观教学主要是运用学生实验、演示实验、教学模型和教学挂图等进行的, 但这些手段有较大的局限性, 如有的实验可见度小、有的实验现象瞬息即逝、有的实验限于条件演示效果很差, 使学生对许多物理知识的理解不能充分建立在直观感知的基础上.在教学中可以通过用录像播放或者回放一些在课堂中不容易演示成功的实验或者现象不易观察的实验, 增加学生的感性认识, 加强学生对知识的理解.

　　运用示例四:

　　(1) 上课教师:湖北省荆州市沙市区岑河中学教师文久江 (湖北名师工作室主持人) .

　　(2) 课题名称:声的利用.

　　(3) 获奖级别:首批教育部“一师一优课一课一名师”活动部级优课.

　　(4) 实验目的:探究声音可以直接传递信息.

　　(5) 课堂实录具体介绍如下.

　　教师:下面我们来一起探究“声的利用”的原理, 请大家闭上眼睛, 仅凭听觉进行感受.请一个同学上来帮忙 (教师将摄像机递给学生, 让学生拍摄教师进行的活动, 敲击几下小鼓、敲击几下铃铛、教师走到一定位置将课本扔在地上、用手机播放歌声) .

　　教师:请大家睁开眼睛, 刚才老师在教室内做了一系列动作, 做了哪些动作?有没有同学可以告诉我们.

　　学生:第一个是敲击小鼓、第二个是敲击铃铛、第三个是敲击黑板、第四个是老师用手机放歌、第五个是课本掉在地上了 (学生边回答, 教师边通过投影显示刚才的实景) .

　　教师:在这之前, 老师还做了一件事情,

　　学生:录像记录.

　　教师:我们分析刚才听到的声音, 大家是直接还是间接接受了信息呢?

　　学生:直接.

　　教师:也就是说, 声音可以直接传递信息.

　　(6) 信息技术运用点评

　　本次实验中, 其信息技术的运用也十分简单, 主要运用的信息技术设备有摄像机、多媒体电脑、电子白板, 运用的信息技术有录像及播放技术.

　　教师在教室内做出各种动作, 通过摄像机将这些动作记录下来, 让学生凭听觉感知教室内发生的事情.

　　教师将摄像机通过数据线接入到多媒体电脑, 导入所记录的影像资料.

　　在学生回答问题的过程中, 教师通过多媒体电脑和电子白板把刚才的场景进行回放, 验证学生的回答是否正确, 从而加深学生对声音传递信息的理解.

　　纵观这4节部级优课, 都不是为了信息技术而使用信息技术, 均是在最适当的时候, 合理地使用信息技术设备, 将学科内容巧妙地传递给学生, 并有效地将学科特点 (物理实验) 与信息技术进行了融合.学科实验与信息技术的运用是合二为一的, 这样优化了课堂结构, 活跃了课堂气氛, 刺激了学生的感觉器官参与学习过程, 更好地吸引着学生参与到学习活动, 有效地帮助学生突破知识重点和难点, 从而大大提高了课堂教学效率, 这也符合“活物理”教学主张提出的“活学活用活教”中“活用信息技术”的教学思想.

 

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