科学纪录片与创新实验在物理教学中的应用

翟晶敏

摘 要：2018年4月，教育部颁布《教育信息化2.0行动计划》，提出了加強教育信息化学术共同体和学科建设，大力推进智能教育的举措。科学纪录片应用于物理教学，体现了信息化教学与物理学科的结合，打破了传统课程资源单一的局限。新鲜有趣的创新实验更容易激发学生的兴趣，唤起学生的求知欲。本文将科学纪录片与创新实验相结合并应用到物理课堂中，体现了信息技术与物理学科教学的融合。

关键词：物理教学；科学纪录片；创新实验；机械效率

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）1-0065-4

1 科学纪录片与创新实验在物理教学中的作用

物理学科来源于生活也应用于生活，生活中不仅存在大量的物理现象，而且也有很多物理知识应用于生活中的事例。因课堂时间有限，课本内容仅展示重点的几个生活案例，不足以将生活中的大量物理现象体现出来。2018年4月，教育部颁布《教育信息化2.0行动计划》[1]，提出了加强教育信息化学术共同体和学科建设，大力推进智能教育的举措。

科学纪录片在物理教学中的应用，体现信息化教学与物理学科的融合，为物理教学提供了更多生动有趣的素材，打破了传统课程资源单一的局限。科学纪录片中的素材往往来源于真实情景，是由专业的设计团队，应用高超的摄影技术以及精良的后期制作，最终呈现出来的唯美画面。科学纪录片中有丰富的生活现象，具有语言通俗易懂、画面唯美、内容具有科学性等特点。可以解决课堂资源少的问题，同时纪录片中呈现的先进技术还可以开阔学生的视野。

物理学科的特点是以实验为基础，但是很多传统实验缺少新意，太过老旧，没有跟时代接轨。反观现在的学生，是在信息化的环境下成长起来的，接受的信息庞大且全面，传统老旧的实验已经很难唤起学生的兴趣了。因此，实验也需要创新。新鲜有趣的创新实验将会唤起学生的求知欲望，更容易激发学生的兴趣。

将科学纪录片与创新实验结合应用到物理课堂中，是信息技术与物理实验学科相融合的体现，也响应了教育部提出的《教育信息化2.0行动计划》的号召。单纯的实验课和单纯的科学纪录片已经不能满足学生的学习需要，因此，多元化的发展与多样化手段的利用才是未来课堂发展的趋势。下面以山东科学技术出版社八年级下册第九章第六节的“机械效率”为例，展现纪录片与创新实验在物理教学中的深度融合应用。

2 教学过程

首先，课程标准对机械效率的要求是：

（1）知道机械效率，了解提高机械效率的途径和意义；

（2）了解人类使用机械的历史发展过程，了解机械的使用对社会发展的作用[2]。

结合课程标准，设计思路：机械效率的定义和测量以创新实验为主；机械的发展历史及对社会发展的作用以科学纪录片的展现为主。

2.1 创新实验在“机械效率”教学中的应用

课程实验资源如图1所示。

学生：纸杯、沙子、弹簧测力计、木直尺、小钩码、大钩码、铁架台、两个轻质滑轮、细绳（两端系扣长度75 cm～100 cm）、彩色贴条。

教师：铁架台、演示滑轮2个、细绳、弹簧测力计、演示木直尺、彩色贴条、挖掘机模型、钩码。

教学片段一：情境导入

“大材小用”——体会效率

师：（教师课前用一大桶装满沙子，沙子上面放上一个乒乓球，把桶放在教室门口）现在门口有一个桶，老师想请一位同学帮老师搬进来放在讲台上。

师：谢谢这位同学，但老师想用的是这个乒乓球，这桶沙子没用了，请你再帮忙把这桶沙搬出去。

学生为这位帮忙的同学白费大量功夫而抱不平。

师：老师办的这件事情效率高不高？

生：不高！

师：生活中也有很多讲究效率的事情，比如工人要提高工作效率，缩短工期。学习也要讲究学习效率，一天10小时的在校时间，8小时的学习时间，2小时的玩耍时间，那么学习效率怎么计算呢？

生：80%。

师：既然学习上有效率，那么机械在使用的时候是不是也有效率呢？

生：是。

师：大家看看这是什么？（教师展示实物玩具模型挖掘机）

生：挖掘机。

师：今天我们来学习第九章第六节——机械效率。（板书机械效率）

设计意图：通过学生的搬沙活动，引起学生为搬沙的同学打抱不平，学生经历亲身体验，体会到在生活中，工作、学习都是有效率的。同时实物展现挖掘机模型，引起学生兴趣，引入本节课的课题。

2.2 科学纪录片在“机械效率”教学中的应用

播放科学纪录片视频《厉害了我的国》中的片段。视频中呈现了全球最大的自动化集装箱码头——洋山深水港：拥有全自动化码头智能生产管理控制系统（TOS系统），7个集装箱泊位， 26台条吊，120台自动堆箱轨道吊，130台无人自动驾驶导引车（AGV）。

据统计，全球近四分之一的贸易额都在中国产生，持续增长的吞吐量要求中国的港口再提速。全球港口一年吞吐量的十分之一就是由上海洋山港贡献的，这相当于美国全部港口吞吐量的总和。而且整个码头和堆场内空无一人，直接由自动运行的无人驾驶AGV小车把集装箱运到堆场，车辙始终如一，地面上6万多根磁钉引导，实现精密的准确定位。这里的生产控制一共只需要9个人，监控室内的码头操作员通过电脑即可完成控制，实现码头无人化。洋山四期作业效率会达到40箱每小时，提高码头的作业效率，减少了70%的人工。

设计意图：央视大型纪录片《厉害了我的国》的片段播放，一方面展现了我国洋山深水港实现全自动化，码头“空无一人”的景象，效率之高震惊世界，切合本节的主题；另一方面体现了多媒体纪录片在物理课堂中的应用，增加了信息量，有利于开阔学生的视野，体现了课程标准中的机械发展及对社会发展的作用。同时，该片段的观看还增强了学生的民族自豪感，加强了学生的德育教育。

教学片断二：有用功、额外功和总功概念的建立

师：小明家装修房子，需要把沙子运到三楼。你能想到什么办法把沙子搬到三楼呢？

师：老师这里准备了一些沙子，桌子上还有一些仪器，同学们可以用这些实物模拟一下这个过程。请同学们开动脑筋思考并动手做一做，将沙子举高10 cm，可以有几种方案呢？

学生组内合作，积极尝试将沙子举高10 cm的方法。教师巡视指导。

教师请学生上台展示成果（如图3）。

1组：我们用纸杯装着沙，提着纸杯将它们直接举高。（同时展示利用纸杯举高沙子的过程）

2组：我们用的是定滑轮，将纸杯和沙子举高。（同时展示利用定滑轮将纸杯和沙子举高的过程）

3组：我们用的是动滑轮，将纸杯和沙子举高。（展示利用动滑轮将纸杯和沙子举高的过程）

4组：我们用的是由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，将纸杯和沙子举高。（同时展示利用滑轮组将纸杯和沙子举高的过程）

师：大家都做得很好，都成功地利用工具把沙子举高了。那么请同学们看一下老师的做法。（直接用手抓一把沙子然后举高）

师：这个过程我们的目的是把什么举高？

生：沙子。

师：老师对沙子做功了吗？

生：做功了。

师：这个过程需要克服什么力做功？

生：克服沙子的重力做功。

（板书：一、有用功、额外功、总功）

师：考考你们，结合你将沙子举高的方式，请分析有用功和额外功。

1组：我们用的是纸杯装着沙子，将纸杯和沙子一起举高。这个过程中的有用功是克服沙子的重力所做的功，额外功是克服纸杯的重力做功。

2组：我们用的是定滑轮，将纸杯和沙子举高。这个过程中的有用功是克服沙子的重力做功，额外功包括了克服纸杯的重力做功、克服绳子的重力做功、克服定滑轮和绳子之间的摩擦做功。

3组：我们用的是动滑轮，将纸杯和沙子举高。这个过程中的有用功是克服沙子的重力做功，额外功包括了克服纸杯的重力做功、克服动滑轮的重力做功、克服绳子的重力做功、克服动滑轮和绳子之间的摩擦做功。

4组：我们用的是滑轮组，将纸杯和沙子举高。在这个过程中，有用功是克服沙子的重力做功，额外功包括了克服纸杯的重力做功、克服动滑轮的重力做功、克服绳子的重力做功、克服滑轮组和绳子之间的摩擦做功。

师：大家分析得很好！下面我们来看这幅图片，圖片展示了从井中打水的情况，请问一个人用水桶从井里打水，有用功是对谁做的功？额外功是对谁做的功？

生：拉力对水做的功为有用功，对水桶做的功为额外功。

师：若水桶掉进水中， 打捞桶的过程中难免会沾有一部分水，请问有用功是对谁做的功？额外功是对谁做的功？

生：对水桶做的功为有用功，对水做的功为额外功。

设计意图：教材的处理方式是观看课本图片中搬沙的几种方式，选择一种方式并分析。改进后的创新实验是让学生亲身经历搬沙的过程，并提供几种工具，学生自主选择搬沙的方式。通过切身体验，真切地感受到利用工具搬沙的过程，体会出效率的不同，深刻地领会到有用功、额外功和总功的定义。同时，结合小组搬沙的方式分析有用功、额外功和总功，通过分析实物的方式加深概念的理解，分析问题也更全面。

教学片段三：测量机械效率

师：我们已经知道机械效率怎样计算了，下面我们通过实验测量滑轮组的机械效率。怎样测量滑轮组的机械效率？需要测量哪些物理量？用什么测量工具？怎样计算有用功和总功？

学生一一回答。

小活动，大家来找茬。

教师演示：斜向上拉动弹簧测力计。

提问：这样操作行吗？

生：不行，应该竖直方向拉动弹簧测力计。

教师演示：向上猛然拉动弹簧测力计时读数。

提问：这样操作行吗？

生：不行，应该缓慢匀速地拉动弹簧测力计。

教师提问：物体上升的过程，距离好测量吗？

生：不好测量。

教师演示创新实验：将滑轮组安装在竖直的木尺旁边，拉动前后，分别标记开始上升时钩码的起点A与终点B，同时标记绳子自由端的起点A′与终点B′。读出对应h与s的值。利用彩色纸条标记初始位置和终点位置（如图4所示）。学生展开分组实验，结合创新实验测量滑轮组的机械效率。

设计意图1：强调此实验中操作的关键，匀速竖直向上拉动弹簧测力计，通过教师的错误示范，让学生指出错误，来加深学生的理解。

设计意图2：应用创新实验。原实验的不足在于物体上升高度和绳子移动距离的测量现象不直观，学生需要记录四个数据，然后相减得出移动的距离，计算过程复杂且两个距离不直观。改进后的创新实验，用两种颜色的彩条，分别标记物体和绳子的起点与终点，在实验操作结束后，距离的变化可以通过相同颜色彩条间的距离来观看，使得现象更加直观。同时计算更加方便，只需要将同种颜色纸条对应的数据相减即可，省去了记录四个数据的过程，简化了学生的数据记录过程。

3 结束语

通过将科学纪录片与创新实验深度融合于课堂教学，通过科学纪录片《厉害了我的国》的播放，学生不仅了解了中国效率领先世界从而引入本节课题的学习，而且深刻地体会到我国科学技术的飞速发展带来的高效，加强了学生的德育教育，使学生充分认识到未来社会的发展趋势。科学纪录片在物理课堂中的应用与图片展示和教师的文字描述相比，更具有画面感、立体感、生动感，体现了信息技术在物理学科中的应用，是教育信息化2.0的应用。卞金金等认为智慧课堂下的学习环境具有灵活性、交互性、实用性的特点，可以将教学资源融入学习环境中并记录学习过程[3]。

创新实验的开展，不仅符合物理学科以实验为主的学科教学特点，而且有利于开阔学生的视野，感受创新技术在物理课堂中的应用[4]。培养学生的创新精神，为以后在学习生活中遇到问题开阔思路，从而解决现实生活中存在的问题，体现了现在提倡的项目式学习。

参考文献：

[1]任友群.走进新时代的中国教育信息化——《教育信息化2.0行动计划》解读之一[J].电化教育研究，2018（6）：27-28.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

[3]卞金金，徐福荫.基于智慧课堂的学习模式设计与效果研究[J].中国电化教育，2016（2）：64-68.

[4]陈国文，欧剑雄.基于核心素养的物理智慧课堂创建研究[J].物理教学探讨，2018，36（3）：7-9.

（栏目编辑 张正严）