信息技术支持下“生活化”物理创新实验开发的应然与策略

陶士金，刘信生，傅求宝

(1.合肥市教育科学研究院，安徽 合肥 230071；2.庐江县龙桥镇初级中学，安徽 合肥 231551；3.庐江县教育体育局 教研室，安徽 合肥 231550)

教育家陶行知曾指出“没有生活作为核心的教育便是死教育，没有生活作为核心的书本便是死书本”[1]，同时又提出了“生活即教育”“社会即学校”的观点，这些都是“生活化”教学思想的集中体现. 物理学是以实验为基础的自然学科，因此实验教学在学科教学中具有重要地位，当今物理实验教学变革就是沿袭“物理生活化”教学理念的重要体现，即创建生活情境作为实验背景. 在实验探究过程中，学生通过自主设计、动手操作、观察记录、收集数据、反复实践，最终得出实验结论，掌握物理规律. 本文将从基于信息技术支持下“生活化”物理创新实验教学的应然性、开发价值、开发策略3个方面展开探讨，详细叙述如何提升信息技术在“生活化”物理创新实验课堂教学中的地位与作用，在开发利用中优化物理实验教学.

1 信息技术融入“生活化”物理创新实验教学的应然性

“生活化”创新实验是指利用生活用品等资源开展一系列创新实践活动的总称，这里是指在确定好具体的教学目标后，以学生为活动主体，教师根据教学任务和学生的认知特征，有选择性地贴近学生生活和联系社会实际，以实施有创意的实验内容、实验组织形式、实验方法和技术，形成有效率、有意义的创新举措和方案[2].

在信息化飞速发展的新时代，信息技术充斥着生活的各个角落，目前传统形式的“生活化”物理创新实验已经硕果累累，且逐渐走向成熟，将信息技术深度融入“生活化”创新实验是科技进步的又一体现，具有更加强大的生命力. “生活化”创新实验不仅能够满足物理实验的教学目标和创新型教学方式，还能够让学生通过观察物理现象和理解物理规律提升自身的学科核心素养，是未来课堂实验教学的必然趋势. 另外，“生活化”创新实验也是对基础教育改革的积极响应，是未来物理课堂实验教学的应然之策[3].

2 信息技术在“生活化”物理创新实验中的开发价值

2.1 借助信息化科技手段，提升实验趣味

随着社会物质条件的丰富与信息科技的快速发展，与过去“瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的困难时期相比，现在的实验条件与环境有了很大改观，生活中的“瓶瓶罐罐”应有尽有，再配上专业的信息化软件或仪器，即可开展形式多样的物理创新实验.

实验器材源于生活，容易让学生感到亲切. 将智能手机里各种功能的应用软件与传统实验器材进行有机组合，可以得到较好的实验效果，这些“生活化”实验教具是生成性教学资源，能够为课堂教学提供更多便利. 例如，在“探究响度大小与距离声源远近关系”的实验中，学生一般选择闹钟和带有噪声分贝仪APP的智能手机展开实验：首先让闹钟振动发声，然后将打开噪声分贝仪APP界面的智能手机逐渐远离闹钟，观察分贝仪上读数的变化趋势(见图1)，学生根据实验现象，能够很容易得出响度大小与距离声源的远近有关的结论. 该实验用闹钟代替音叉作为声源，避免了用小锤敲击音叉时难以保证每次声源响度相同的问题，并且学生可随时随地体验该实验，从而很好地调动了学生的积极性.

图1 响度L与距离声源x的远近关系曲线

2.2 借助数字化仪器的融合，提升实验品味

物理知识的抽象性强，对解题思维要求高、难度大是导致学生觉得物理难学的主要原因. “生活化”物理创新实验能够拉近学生与物理知识的距离，激发学生学习物理的兴趣，将物理知识与轻松愉快的生活现象相结合，能够有效降低学生的思维台阶，对物理实验教学具有一定的推动作用. 另外，对于操作困难、实验现象不明显的传统实验，可以将信息技术融入其中，让实验操作更便捷，实验现象更明显，实验效率更高效. 下面以“做功改变物体内能”实验为例进行阐述.

实验器材：气压式浇花用透明喷水壶(1.5 L)、普通温度传感器、气体压强传感器、数据采集器、带数字化软件的笔记本电脑、不锈钢铁丝1根、塑料小风车1个、亚克力底座1个、胶棒枪1个、瓶装酒精1瓶、打火机1个、方形纸盒1个、方形泡沫2块等.

实验步骤：

1)实验装置如图2所示，在喷水壶外壳上打孔，然后安装数字气压表与数字温度计，以便在实验过程中读取壶中的气压值与温度值.

图2 数字化探究做功改变物体内能的实验

2)拧开喷水壶盖，向壶内倒入深为1 cm左右的酒精液体，再拧紧壶盖. 将带有底座的塑料小风车正对喷水壶的壶嘴口处放置，再用数据线将普通温度传感器、气体压强传感器、数据采集器和笔记本电脑连接好.

3)打开DIS软件，点击“开始”按钮，用力抽压壶盖上的微型加压装置的拉杆，此时电脑界面上显示壶内的气体压强值和温度值逐渐增大.

4)当气压值达到一定数值时，停止抽压拉杆，用手按压喷嘴阀门开关，喷壶内的酒精从喷嘴迅速冲出，壶口的塑料风车开始急速旋转，同时电脑显示屏上的气压值与温度值减小，直至回归到起始的气压值和温度值为止. 点击电脑软件“停止”按钮，数据记录结束.

5)点击 “生成”和“拟合”按钮，电脑自动生成与拟合出p-t图像和T-t图像，如图3所示.

(a)p-t图像

该实验能够引导学生总结出做功可以改变物体内能的结论. 实验探究过程充满了现代化教学的氛围，也提高了实验的信息化含量.

2.3 借助信息化交流平台，提升实验情味

信息技术既可以深度融入“生活化”物理创新实验中，也可以通过信息化平台展示交流“生活化”创新实验来提升实验的情味. 课堂实验教学既是学生接收知识的主要渠道，也是师生进行情感交流的重要方式[4]. 在创新实践活动中，通过注重“形象为主，具体地学”和“情景交融，直观地学”以彰显创新实验的情味. 例如，在探究“声音的音调与空气柱长短关系实验”中，可以通过吹奏鸟笛让学生感受鸟儿悠扬的叫声，再结合Phyphox软件展开创新实验，如图4所示. 该实验能够让平时凭听觉才能辨别的音调可以通过视觉观察出其中的不同，让抽象的概念形象化、可视化，让学生在探究的过程中体会物理的乐趣. 另外，教师也可以组织学生将“生活化”家庭实验作品通过录制和视频处理推送至班级微信群、微视、微博等信息化平台进行交流评论，在网络评比中获得点击量，教师再对优质作品颁发奖状，让学生收获快乐与成功，点燃学生实验探究的激情，在亲身体验中提升实验的情味.

图4 探究鸟笛发声音调与频率关系的实验

3 信息技术在“生活化”物理创新实验中的开发策略

信息技术支持下的“生活化”物理创新实验一般是指利用信息化软件或仪器来改良或优化实验步骤、数据记录和实验现象等，也可以基于信息技术手段将“生活化”物理创新实验作品制作成微视、微课、抖音等网络作品进行展示. 虽然物理创新实验无法完全取代传统实验，但信息技术支持下的“生活化”物理创新实验在形式上更加贴近学生的生活情境，容易引起情感共鸣，从而最大程度地激发学生的学习潜质. 下面以初中物理“阿基米德原理”的单元内容为例，探究信息技术在“生活化”物理创新实验中的开发策略.

3.1 开发信息平台上“生活化”创新实验为课前预习服务

由于初中物理知识具有抽象性的特点，学生在学习过程中会遇到很多困难，导致学生感到物理枯燥乏味. 针对该情况，教师可以在新课学习前，引导学生在网络上搜索与新课学习相关的“生活化”物理创新实验作品，让学生在进入课堂前产生关联性学习，并产生“心求通而未得，口欲言而未能”的心理反应. 通过让学生反复观看“生活化”创新实验作品，让学生在接受知识和感悟规律的同时，还能认识到所学知识早已“内含”于日常的衣食住行中，这些物理规律隐藏在绚烂多彩的生活中，即实验是“物化”的物理知识. 例如，在学习浮力产生的原因前，可以向学生推送物理创新实验视频抖音号(视频二维码见图5)，让学生充分了解如何利用生活器材制作创新实验装置.

图5 浮力产生原因的视频

3.2 开发信息技术融合“生活化”创新实验为课堂教学服务

3.2.1 课前导入

将信息技术与“生活化”创新实验深度融合，开发活跃课堂气氛的课前导入方式，不仅可以提升学生的学习兴趣，还能激发学生的求知欲望. 例如，在“认识浮力”的课堂教学中，为了易于学生建立浮力的概念，教师课前可以播放“科学使用防溺水自救手环”的相关视频(见图6)，让学生体悟“珍爱生命、预防溺水”的同时，也为下一步探究浮力是如何产生的物理实验教学营造浓厚的课堂氛围.

图6 防溺水自救手环

3.2.2 新课教学

实验是物理课堂教学的重要内容，也是实施信息技术支持下“生活化”创新实验的主战场. 因此，开发教学型实验是信息技术在课堂教学中的价值体现. 例如，在“探究浮力大小与哪些因素有关”的传统实验中，通常在测力计下悬挂小金属块，然后再利用称重法推导出浮力的计算公式. 但由于金属块受到的浮力较小，导致其浸没在液体前后的测力计示数变化不大，从而导致实验现象不明显. 若用装有石块的圆柱体塑料盒(例如家用棉签盒)代替金属块，用拉力传感器代替普通测力计，用数据采集器采集数据，同时将拉力传感器示数的变化趋势通过函数图像完美呈现，引导学生总结出浮力大小的变化规律；再用刻度尺与记号笔将塑料圆柱体的体积4等分，以方便学生探究浮力大小与物体排开液体体积之间的关系，如图7所示. 通过组合生活器材，再辅助数字化拉力传感器，提高课堂实验教学效率的同时，还能够增加课堂教学趣味.

3.2.3 单元复习

为了打破物理单元复习中只有概念与规律的思维导图和习题训练的桎梏，解决枯燥乏味的讲练式复习，可以开发物理创新实验来补充教学内容. 由于“生活化”创新实验设计具有综合性特点，因此在单元复习中更能体现其优越性[5]. 例如，在学生了解阿基米德原理的基础上，可通过“木架台式探究浮力实验模型”的创新实验装置[6](见图8)巧妙地将2个拉力传感器进行组合：在悬挂于木板顶部减速电动机绕线细钩上的传感器下系圆柱体物块；另1个传感器下挂轻质小桶，将装满水的溢水杯口对准小桶上方，分步展开探究实验. 实验前，2个传感器分别“调零”是此装置的创新亮点，此装置可以完成所有探究浮力特点的实验，从而极大简化了实验步骤. 学生在整个探究过程中既巩固了知识，也锻炼了动手能力，更提升了信息技术综合应用能力，从而提升了自身的学科核心素养.

图8 浮力实验创新演示装置

3.3 开发信息化创新教具为科创作品服务

在信息技术融入“生活化”物理创新实验中，信息化实验教具制作是物理创新实践活动的实物呈现与劳动结晶，师生可以利用生活器材和数字化仪器自制实验教具. 例如，对家庭电子台秤进行简单改装，可以制成探究浮力原理的实验装置[7]，如图9所示. 另外，该装置还可以探究“浮力大小与物体排开液体体积关系”“浮力大小与液体的密度关系”以及“测量空心物体浮力大小”等实验[8]. 通过多年的科技创新实践后发现，只有将信息化科学技术融入到各项“生活化”实验中，才能为实验的创新、优化和提升提供不竭的原动力,并能为新时代创新实验教具作品的诞生提供技术支撑.

图9 探究浮力原理的实验装置

4 结束语

新课程理念强调“从生活走向物理，从物理走向社会”. 该理念要求一线教师将生活中的物理现象引入到物理课堂，特别是要将先进的信息技术融入到“生活化”的物理创新实验作品中，该过程不仅可以激发学生的学习动力，还是实验课堂教学成功的关键. 初中物理教师要适应时代的需要，在物理创新实验教学过程中要重视构建信息化的教学体系，实现课内外资源的优化配置，满足中学生的物理学习需要，发挥物理课堂生活化教学效能，有效锻炼学生的物理学科思维，全面提升物理实验教学质量.