基于传感器技术的初中物理信息化教学设计初探

法国清 于文明

摘 要：以“熔化和凝固”为例，基于传感器技术进行实验改进，结合电脑进行图像分析;利用平板实时上传图像，记录、保存实验过程;优化学生学习方式，促进学生深度学习，发展学生核心素养.

关键词：传感器技术;初中物理;信息化教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）18-0061-03

作者简介：法国清 （1975-），女，山东胶南人，本科，中学一级教师，研究方向：中学物理教学;

于文明（1980-），男，山东淄博人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学.

1 引言

我国《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出：高中物理课程在内容上注重与生产生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和科学思想，同时关注物理学的技术应用带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感.该标准还指出：利用现代信息技术，引导学生理解物理学的本质，整体认识自然界，形成科学的思维习惯，增强科学探究能力和解决实际问题的能力.

传感器技术应用于初中物理教学适应了教育信息化的要求.

初中阶段正是培养学生动手能力、创新能力的关键时期，在初中阶段接触传感器，有利于学生进入高中后更顺利地完成课程标准中规定的内容，实现更好的衔接.

笔者以山东科学技术出版社九年级下册“熔化和凝固”一节为例，浅谈传感器技术在教学中的初步实践.

2 “熔化和凝固”教学设计

2.1 引入

教师：自然界的物质常以固态、液态和气态三种状态存在着，那么，物质的状态是不是一成不变的呢？下面，我们来观察一个美不胜收的实验——“冰爆水母”（如图1所示）.

学生：观察、思考、交流.

教师：由“冰爆水母”的实验我们可以看出，物质的状态不是一成不变的，随着温度的变化，物质会在固、液、气三种状态之间变化.当物体温度发生变化时，物质会从一种状态变成另一种状态.

通常是固态的铜、铁、铝等金属，在温度很高时也会变成液态或气态.2019年春，张店区“流星铁花闹元宵”的画面，被甩出的高温铁浆达到了流星如瀑的震撼效果，让元宵节更有传统的味道.

通常是气态的氧气、氮气、氢气等，在温度很低时也会变成液态甚至固态.

我们把物质各种状态间的变化叫作物态变化.

设计意图：通过创设实验情境，让学生观察到美丽、意外的实验效果，学生在感受物理之美、惊叹现象之余，不免引发关于现象本质的思考.学生在观察、思考中主动进入学习状态，在教师的分析讲解中很自然地进入情境，明确“物态变化”这一概念，有利于学生物理观念的形成.

2.2 问题

学生：将蜡烛点燃，将蜡油滴在纸上，观察这个过程中的物态变化.

教师：给出“熔化”和“凝固”的概念，引导学生自主阅读课本，再次明确“熔化”和“凝固”两个概念.

学生：举例说明生活中的熔化和凝固现象.

教师：不同物质熔化和凝固时有什么规律？

设计意图：学生动手体验、观察实验现象，经历“熔化和凝固”概念的得出过程，实验现象直观明了，利于学生主动建构熔化和凝固的概念;学生举例过程实际上就是学生留心观察生活，学以致用的过程，也体现了物理与生活的密切联系.

2.3 探究

提出问题：不同物质在由固态变成液态或由液态变成固态时，温度的变化规律相同吗？

猜想与假设：学生根据自己的生活经验提出猜想——

固体在放出热量时温度会下降;给物体加热，会使物体温度升高.

设计实验：研究海波和石蜡的熔化和凝固过程.

教师：要想给物体加热，需要用到哪些实验器材？强调酒精灯、温度传感器等仪器的正确使用方法.

进行实验和收集证据（如图2所示）.

教师：强调探究过程的分工要求，4個组进行海波实验探究，3个组进行石蜡实验探究.

（1）6人一组，1号同学负责软件，温度显示+图像生成，最后形成初步实验报告单.

（2）2号同学负责组织组装和拆卸实验仪器，确保温度传感器的示数正确.3号、4号同学协助.

（3）4号同学报告物质状态，尤其注意状态的关键点;3号同学按节点报时间和温度;5号同学记录.3号同学负责在“探究凝固过程”开始时加入凝结核;4号同学负责凉水，并在凝固后加入干冰.

（4）5号同学记录海波和石蜡在关键点的实验数据，同步完成本组物质的“熔化和凝固曲线图”，进行人机图像对比.

（5）6号同学负责温度图像变化曲线、熔化和凝固的物态变化过程、本组同学实验探究过程的影像，并进行全程观察.

（6）分工合作，所有同学全程要紧盯固体的温度变化和关键节点及对应的状态，先完成小组形成实验报告单并保存到桌面，将录制的实验过程保存好，方便与其余小组交流学习，然后对照实验曲线，按照“描点法”画出熔化和凝固的图像.

学生：按上述分工要求进行实验.

分析与论证.

学生：根据实验图像，分析、归纳，得到实验结论.

教师：归纳、梳理.

设计意图：传感器是实现将物理实验数字化的核心.本实验中温度传感器代替了传统实验中的温度计，节省了实验时间;温度传感器与笔记本电脑结合使用，学生可以直接从电脑屏幕上准确、直观地分析实验数据，提高了实验效率，很好地培养了学生分析图像、得出结论的归纳能力;利用平板拍照，及时上传各组所得的实验图像，教师可以更全面、及时地收集学生的实验信息;利用平板记录学生实验过程（如图3所示），利于学生之间的学习交流、反思.关于图像的人机对比过程，既提高了学生的描点作图能力，又让学生在对比中真切感受到信息化带来的快捷;这一过程，学生分工明确，每个学生都积极参与其中，学生的主体地位得到了很好的体现.

坐标图像在数学、化学、生物等学科的学习中都有涉及，物理课上，通过坐标图像分析采集的数据，培养学生的读图、归纳能力，有助于学生将此能力迁移到其他学科.“学生的学”不再局限于传统实验的数据分析，而是通过图形的变化对数据有了宏观的掌握;用精准数据进行分析的过程，有利于培养学生的科学态度和创新精神，在分析中学生真切地感受到信息化在物理教学中的作用.

2.4 应用

学生完成学案上的题目.

设计意图：及时的练习有利于学生对所学知识的及时巩固，有利于教师反馈自己的教学效果，因为：“讲了不等于懂了，懂了不等于会了，会了不等于通了”，所以及时的反馈很重要.

2.5 拓展

课后作业：查阅传感器的有关知识，了解传感器在生活中的应用.

设计意图：课堂不是学习的结束，课后是学生学习的进一步延伸.上网或在书本中查阅相关知识，获取新知，对于学生来说也是一种非常重要的主动获取知识的能力，正所谓“学无止境”.

3 结束语

信息化时代下，课堂信息化是必然的趋势.基于传感器技术的初中物理信息化教学，充分体现了初中物理深度学习活动所遵循的 “教师为主导，学生为主体”的原则，以发展学生的核心素养为目标.因为实验过程的优化，加之信息技术的充分运用，教师需要有更多的时间观察学生的实验过程，收集學生的问题，指导学生成长.在这个过程中学生的科学探究能力、科学思维能力得以很好的培养，学生积极建构物理观念，学生的科学态度与责任也得以培养.总之，基于传感器技术的初中物理信息化教学，有利于深度学习的真实发生，有利于培养学生的核心素养.

参考文献：

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[3]何方静，郑渊方.应用5E教学模式 实现概念转变——以“物体的浮与沉”为例[J].物理之友，2019，35（02）：30-33.

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[5]盛宏立.合理利用数字化实验技术 努力提升物理核心素养——初中物理“熔化”实验引发的教学思考[J].考试周刊，2019（28）：164.

[6]詹明胜.运用数字化实验提高初中物理实验教学有效性[J].名师在线，2018（09）：66-67.

（收稿日期：2021-06-01）