數(shù)字技術(shù)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的課例研究

李尚初

摘要：現(xiàn)代教學(xué)中，用精當(dāng)?shù)臄?shù)字資源與數(shù)字技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將會起到畫龍點(diǎn)睛、錦上添花的升華作用.本文擬用課例研究的方法，對在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何恰當(dāng)運(yùn)用數(shù)字資源加以闡釋.

關(guān)鍵詞：數(shù)字資源;實(shí)驗(yàn)教學(xué);課例研究

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)物理課程目標(biāo)，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.將數(shù)字資源與數(shù)字技術(shù)運(yùn)用在課堂內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的恰當(dāng)環(huán)節(jié)，或者課堂外實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)，將對實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到較好的升華作用.

1 數(shù)字技術(shù)怎樣用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更有效

數(shù)字技術(shù)和數(shù)字資源怎樣用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)會更有效，筆者以幾節(jié)優(yōu)課課例，從創(chuàng)設(shè)問題情景、放大實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、突破教學(xué)難點(diǎn)、激發(fā)學(xué)生興趣等方面，對運(yùn)用數(shù)字技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性進(jìn)行分析闡釋.

1.1 數(shù)字技術(shù)用于創(chuàng)設(shè)問題情景，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)做好鋪墊

課例片段《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》的數(shù)字視頻引入

哈爾濱市81中學(xué)蔣曉薇老師的《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》教學(xué)中，在前面引入環(huán)節(jié)的向上和向下吹乒乓球比賽的游戲結(jié)束后，教師提出問題，讓學(xué)生觀看事先拍攝好的數(shù)字視頻中的四個實(shí)驗(yàn)，判斷視頻中的四個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的真假.如圖1所示，一是向用架子固定好（或兩手所持）的兩張平行紙張間吹氣，兩張紙會相互遠(yuǎn)離;二是將硬幣平放在水平桌面上，正前方大約10厘米處垂直橫放一鋼板尺（大約2厘米高），沿著桌面平行的方向用力吹氣，會看到硬幣可以跳過鋼板尺;三是用帶針管的注射器向水盆中的中間大約有4厘米的兩靜止小船間注射水流，小船相互遠(yuǎn)離;四是取一根從中間切開一個小孔并折成直角的吸管，將短的一端豎直插入紅色的水中，器材之前放一張白紙，然后向水平管口吹氣，在白紙看到一個美麗的水花.觀看這四個視頻，讓學(xué)生來判斷視頻當(dāng)中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的真假.

點(diǎn)評《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》一課，難點(diǎn)是運(yùn)用流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系來解釋生活中的現(xiàn)象，學(xué)生可能在生活中有一定的觀察，但由于不了解這方面的知識而沒有真正關(guān)注過有關(guān)的生活現(xiàn)象.比如向兩張紙中間吹氣后兩張紙的運(yùn)動狀態(tài)和兩個小船并行且靠近時的運(yùn)動趨勢.學(xué)生往往會因?yàn)樯钪杏^察到的現(xiàn)象而錯誤地臆想，將結(jié)論遷移到該現(xiàn)象中，比如旗桿上的紅旗隨風(fēng)飄動的現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)為向兩張紙中間吹氣會讓兩張紙向外分開或者是不動;而“真假”這個實(shí)驗(yàn)視頻的播放，恰好就創(chuàng)設(shè)了實(shí)驗(yàn)的問題情景.讓學(xué)生在開展實(shí)驗(yàn)前，先在頭腦中問問自己視頻中的哪種現(xiàn)象可能是真的，既展現(xiàn)了學(xué)生的原有認(rèn)知，又規(guī)范了后面實(shí)驗(yàn)的操作要領(lǐng)，為其后學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)施做了充分的鋪墊.

這樣處理可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生已有的認(rèn)知水平和后面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，產(chǎn)生足夠的碰撞，學(xué)生會非常愿意開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而激勵學(xué)生去主動思考，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的主動性.

課例片段《測量小燈泡的電功率》的教學(xué)引入

哈爾濱市風(fēng)華中學(xué)王善麗老師在《測量小燈泡的電功率》教學(xué)引入時，播放了燈光師通過調(diào)節(jié)控制器，來展示舞臺上的彩色燈光明暗變化的燈光秀視頻，如圖2所示.

點(diǎn)評《測量小燈泡的電功率》是課標(biāo)在“科學(xué)內(nèi)容”相關(guān)主題中提出的“20個學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”之一.該實(shí)驗(yàn)涉及轉(zhuǎn)換、間接測量、觀察、對比、分析等科學(xué)研究方法，對全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著重要意義.那么怎樣才能讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)充分經(jīng)歷科學(xué)探究的過程呢？首先應(yīng)從生活現(xiàn)象中抽象出物理問題，引導(dǎo)學(xué)生圍繞著物理問題展開科學(xué)探究活動.本節(jié)課的教學(xué)情境中，小燈泡的明暗變化是由于電能轉(zhuǎn)化為光能的快慢不同造成的，將直觀的燈的明暗變化與抽象的能量轉(zhuǎn)化快慢聯(lián)系在一起，對學(xué)生來講困難較大，所以教師采用燈光秀的展示，將現(xiàn)象和問題都呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生自然而然地進(jìn)入科學(xué)探究情境.

1.2 數(shù)字技術(shù)用于放大實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)的操作步驟

課例片段《測量小燈泡的電功率》一課，在學(xué)生動手做實(shí)驗(yàn)之前播放數(shù)字視頻，如圖3所示，展示了實(shí)驗(yàn)操作要領(lǐng)、操作步驟、放大了實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié).

點(diǎn)評 為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師為學(xué)生準(zhǔn)備了模擬燈光秀的燈光觀察箱，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)笑臉燈箱與本節(jié)課要研究的小燈泡并聯(lián)，由滑動變阻器控制它們的亮暗.本著物盡其用、節(jié)省時間的原則，取下笑臉燈箱后，學(xué)生可以利用燈光觀察箱測量小燈泡的電功率，這樣做既保證學(xué)生的興趣，又不會制造障礙干擾學(xué)生的學(xué)習(xí).為了避免學(xué)生操作的盲目性，教師利用視頻指導(dǎo)學(xué)生如何取下笑臉燈箱，以小燈泡為測量對象.考慮學(xué)生之前做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時所用的元件可能不同，視頻中教師還演示了燈光觀察箱對應(yīng)的電學(xué)元件的連接方法，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)效率.

1.3 數(shù)字技術(shù)用于突破教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理

課例片段蔣老師的《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》一課的最后教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生一邊觀看利用數(shù)字技術(shù)制作的向上吹乒乓球和向下吹乒乓球的氣體流動方向和特點(diǎn)的動畫視頻，一邊解釋為什么向上吹漏斗中的乒乓球，乒乓球不升起來;向下吹漏斗中乒乓球，乒乓球不掉下去的教學(xué)片段.如圖4所示.

點(diǎn)評 蔣曉薇老師執(zhí)教的《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》在引課時請幾位學(xué)生一起參與游戲，向上吹乒乓球，學(xué)生看到乒乓球吹不起來;然后教師又演示了用吹風(fēng)機(jī)向下吹乒乓球，學(xué)生又看到乒乓球不掉下來.原因是什么，教師沒有馬上點(diǎn)破，而是把這個“懸念”留到了課堂的最后，用數(shù)字技術(shù)的動畫視頻來幫助學(xué)生理解其中的原理.因?yàn)榍懊娼處熞押蛯W(xué)生一起通過探究活動得到伯努利原理，共同分析了飛機(jī)升力的產(chǎn)生原理，所以在應(yīng)用這個動畫視頻時，教師就請學(xué)生觀看動畫視頻，通過組織語言，自己總結(jié)為什么向上吹漏斗中的乒乓球，乒乓球不升起來和向下吹漏斗中的乒乓球，乒乓球又不掉下來的原因.動畫視頻的應(yīng)用，很好地模擬了兩種情景中各部分氣流的流動情況，給學(xué)生的思考和表達(dá)提供了直觀依據(jù)，所以學(xué)生水到渠成地得出了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理.

2 數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的相對優(yōu)勢

2.1 利用仿真實(shí)驗(yàn)讓思維可視化

課例片段

伏安法測電阻和測小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，都可以用電學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)軟件，模擬連接實(shí)驗(yàn)電路的過程，讓學(xué)生在實(shí)際連接時可以邊觀看仿真實(shí)驗(yàn)的視頻，邊練習(xí)連接電路.這樣學(xué)生實(shí)驗(yàn)時有思維可視化的輔助，所以電路連接會更順暢.用仿真實(shí)驗(yàn)室也可模擬演示光的反射，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作步驟一目了然.如圖5所示.

點(diǎn)評初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，受學(xué)校條件和實(shí)驗(yàn)器材自身可視化程度的限制，演示實(shí)驗(yàn)的效果并不理想.為增強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)的可視化程度，可以給學(xué)生模擬演示實(shí)驗(yàn)的操作步驟和方法.

2.2 利用動畫、視頻慢鏡頭，白板放大再現(xiàn)物理現(xiàn)象和過程

現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物理世界的宏觀“再現(xiàn)”，即把不可見的現(xiàn)象模擬再現(xiàn)，微觀現(xiàn)象模擬放大，瞬間現(xiàn)象延遲放緩等，使其易于觀察.

課例片段觀察氣體燃燒膨脹對外做功實(shí)驗(yàn)的慢鏡頭回放

原實(shí)驗(yàn)（如圖6所示）：

實(shí)驗(yàn)器材：酒精、鑷子、火柴、空礦泉水瓶

實(shí)驗(yàn)步驟：①用鑷子在瓶蓋上打孔;②向瓶內(nèi)滴加酒精后振蕩瓶子;③擺放好瓶子，用鑷子夾住點(diǎn)燃的火柴，放置在瓶口;④觀察到瓶子飛出的現(xiàn)象，由于速度過快，其它現(xiàn)象不易觀察到.

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：把原來實(shí)驗(yàn)中的礦泉水瓶豎直固定，再重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)步驟，同時用手機(jī)拍攝成視頻，再利用慢鏡頭回放實(shí)驗(yàn)過程.通過慢鏡頭可以觀察到酒精燃燒，燃?xì)鈬姵龅痊F(xiàn)象，如圖7所示，

點(diǎn)評 氣體燃燒膨脹對外做功實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象若直接觀察，只能觀察到瓶子飛出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而如果用數(shù)字視頻慢鏡頭回放的技術(shù)手段，就能把較短時間內(nèi)發(fā)生的瞬間的變化過程放緩、放慢，從而讓學(xué)生觀察到瞬間的過程而進(jìn)一步思考?xì)怏w對外做功時內(nèi)能是怎樣變化的.即點(diǎn)燃酒精氣體后，氣體燃燒，瞬間升溫膨脹對外做功時其內(nèi)能減少，所以溫度迅速降低，向外界空氣吸收熱量，導(dǎo)致空氣中的部分水蒸汽降溫凝結(jié)成小水霧.

數(shù)字技術(shù)恰到好處地運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一定能在多方面多角度輔助教學(xué)，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，而現(xiàn)在一些新技術(shù)，如3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用是以可視化的3D立體模型為基礎(chǔ)，通過啟發(fā)式、項目體驗(yàn)式的教學(xué)方式，綜合應(yīng)用VR、AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)沉浸性、交互性、真實(shí)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)情境，完善探究學(xué)習(xí)和認(rèn)知的過程.

參考文獻(xiàn)：

[1]侯丹，宋吳澤.3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].天津師范大學(xué)學(xué)報（基礎(chǔ)教育版），2018（7）：69 -74.