“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下的初中物理科學探究的教學探索

葉妙璇

摘? ?要：“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下將信息技術(shù)融入科學探究將是創(chuàng)新物理實驗教學的新方向，科學探究的七要素在不同的探究課上應(yīng)該有所側(cè)重，在不同課培養(yǎng)不同的關(guān)鍵能力問題上融合信息技術(shù)，真正落實物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，發(fā)展學生終身受益的學習能力。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);科學探究;物理核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）6-0016-3

1? ? 信息技術(shù)融入初中物理科學探究的教學意義

在這個“知識爆炸”的信息時代，要求學生具有較強的創(chuàng)新精神、良好的信息素養(yǎng)以及終身學習的能力，這和我們在物理學科中，注重學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)、發(fā)展終身受益的學習能力的目標是一致的。

在初中物理教學中，教學活動不該只關(guān)注學生知識的獲得，而是應(yīng)該讓學生親自經(jīng)歷科學探究活動促進深度學習，提升終身學習的能力。

學生“信息”型認知結(jié)構(gòu)的特點要求我們改革傳統(tǒng)的教學方式，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下將信息技術(shù)融入到科學探究課的教學中，有利于激發(fā)學生深層學習的熱情，引發(fā)學生積極學習的內(nèi)在情感，提高科學實驗的可探究性，進而形成深層次體驗的課堂。

2? ? 信息技術(shù)融合科學探究的教學探索

《義務(wù)教育物理課程標準（2011年版）》提出科學探究的七要素：提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。在日常科學探究課上，由于時間有限，七要素無需面面俱到，否則就會出現(xiàn)探究流于形式的問題，學生只是走過場。在不同的科學探究課上，根據(jù)教學內(nèi)容和學生的學情，七要素要有所側(cè)重。信息技術(shù)的融合，可以助力學生體驗深層次的科學探究課堂。

2.1? ? 融合信息技術(shù)的提出問題與猜想假設(shè)，是學生產(chǎn)生科學探究與深層學習的內(nèi)驅(qū)力

常有這樣的情況：教師重視如何設(shè)計實驗、進行實驗、實驗結(jié)論是什么，而對于提出問題與猜想假設(shè)不那么在意。認為，學生要學習的是如何解決問題，而不需要了解問題是怎么來的，為什么要解決這個問題。所以，科學探究課的上課鈴聲一響，教師直接把今天的探究課題名稱一拋，就讓學生進入下一個環(huán)節(jié)，學生被動地開啟學習任務(wù)。長此以往，學生可能漸漸地就不會思考自己為何要學習，缺失了學習的內(nèi)驅(qū)力，又如何能讓學生保持熱情地終身學習和探索這個世界。

大數(shù)據(jù)時代，網(wǎng)絡(luò)資源庫成為除了現(xiàn)實世界以外，學生可以對生活進行觀察和思考的另一個“天然場所”。學生憑著便利的硬件條件和自身一定的信息素養(yǎng)，可以隨時隨地獲取相關(guān)信息。只要教師提供與課程相關(guān)的資源包，讓學生在自主獲取相關(guān)信息后，再去打開教師事先提出的有價值的問題或任務(wù)，那么就能激發(fā)學生的求知欲望，驅(qū)動學習。

案例1：在“科學探究：透鏡”這一課前，筆者給全班學生發(fā)送了一個文檔，文檔中有兩個內(nèi)容：內(nèi)容1是請同學們根據(jù)“透鏡”“放大鏡”等關(guān)鍵詞上網(wǎng)查閱新聞等相關(guān)信息;內(nèi)容2是請同學們提出（寫下）三個與透鏡有關(guān)的問題（帶到探究課上用）。

有指向但沒有限制的開放性任務(wù)，給足學生自主探索的自由，激發(fā)學生學習的興趣。到了課堂，學生就能直接分享出他們所了解的信息：“3月上海某生態(tài)園父子放大鏡實驗火燒2000平方米草坪”“25年老司機告訴你汽車大燈安裝的什么透鏡”，通過這些抓眼球的生活事件和現(xiàn)象，讓學生了解到今天課堂上他們想要進行科學探究的內(nèi)容是什么，而他們之所以要探究是為了能更好地在生活中解決更多的實際問題，探究價值完全不需要教師多說一句話，學生就有著強烈的內(nèi)驅(qū)力奔赴這場探究活動。

2.2? ? 融合信息技術(shù)的實驗設(shè)計，增加科學探究的可探究性、發(fā)展學生的創(chuàng)新思維

在日?？茖W探究的教學中，教師不時包辦了設(shè)計實驗的工作，儀器的選擇多數(shù)還是最傳統(tǒng)的儀器，比如，測量時間用的是機械停表、觀察音叉振動的幅度和頻率使用的是鐵架臺上懸掛的小球或者水杯中的水、測量力的大小使用的是精確度并不高的彈簧測力計、探究磁場使用的是小磁針或者鐵粉等，但這類科學探究方案的設(shè)計僅適合學生在初二年級剛開始接觸物理之際，掌握基礎(chǔ)儀器的使用與收集數(shù)據(jù)，熟悉科學探究的過程。但如果這樣的設(shè)計始終貫穿整個初中階段的科學探究課，那么它帶來的弊大于利，實驗方案陳舊、儀器簡陋，使得實驗的可探究性偏低，不利于之后的分析與論證，也限制了學生的創(chuàng)新思維發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋、智能手機的普及使用，以及科技的前沿知識和最新技術(shù)成果融入到各行各業(yè)，信息技術(shù)已經(jīng)變成我們身邊的一個隨手可用的手段。創(chuàng)新科學探究的方案設(shè)計、儀器的選擇等，不僅可以增加科學探究的可探究性，還能增強它的趣味性，也有利于學生發(fā)展創(chuàng)新思維，培養(yǎng)科學探究能力。

案例2：在“科學探究：聲音的特性”一課，對于探究聲音的響度（或音調(diào)）的影響因素，引導學生設(shè)計的實驗方案是使用手機軟件phyphox觀察音叉發(fā)聲的振幅（或頻率），通過分析波形圖判斷振幅（或頻率）對響度（或音調(diào)）的影響。應(yīng)用這個軟件學生需要經(jīng)歷分析波形圖這一信息處理的過程，學生獲取知識的方式不是直接被告知，而是經(jīng)歷了知識的形成過程。

phyphox這個軟件可做的科學探究實驗還有很多，例如，可以測量磁場、光強度、氣壓、變速運動的加速度等。除了這個軟件，手機還有很多功能或者軟件可以用來做科學探究實驗。比如，“慢動作拍攝功能”可以用來探究小球彈跳過程中的能量轉(zhuǎn)化，通過慢動作延時拍攝小球接觸地面到反彈離開地面的過程，拉大時間幀回放視頻，學生將清楚地看到小球的形變情況，解決了傳統(tǒng)實驗中對這類時間過短的實驗現(xiàn)象不易觀察的問題。另外，“虛擬實驗室”可以用來探究“真空無法傳聲”“阻力對物體運動的影響”“電路短路”“家庭電路”等課題。學生發(fā)現(xiàn)手機不再只是具有通信、娛樂的功能，還是一臺可隨身攜帶的多功能實驗儀器，這能驅(qū)使學生平日學習之余隨時隨地地探索科學方面更多好玩的事情。

2.3? ? 融合信息技術(shù)的數(shù)據(jù)收集、處理與分析，發(fā)展學生的探究能力和提升探究的熱情

在日常實驗探究課上，學生對親自動手探究的熱情不大。在分組實驗的過程中個別學生只是看著同組同學做實驗，自己完全不參與。這其中的原因是很多學生認為探究實驗無非是對已經(jīng)被證明過的結(jié)論再驗證一遍的過程，索然無味。如果不提升他們的探究熱情，更別提能發(fā)展他們的探究能力了。

除了實驗操作過程觀察、體驗物理現(xiàn)象，實驗數(shù)據(jù)的收集、處理與分析論證，也是學生經(jīng)歷科學探究的一個重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的探究課上，學生一般只收集3～5組的數(shù)據(jù)進行分析，這過少的數(shù)據(jù)里若再出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)，會降低學生進行數(shù)據(jù)分析的效率，降低他們的探究熱情。融合信息技術(shù)的數(shù)據(jù)收集、處理與分析能大大改善這一情況。

案例3：在“科學探究：速度的變化”一課中，“探究小車沿斜面下滑的速度變化情況”這一探究活動，學生對于“小車沿斜面下滑速度越來越快”的結(jié)論本就心中有數(shù)。且由于小車下滑的斜面長度有限、小車下滑時間過短，數(shù)據(jù)收集、處理的傳統(tǒng)做法是學生一般只采集小車所通過的上半段、下半段、全程的路程與所用的時間這三組數(shù)據(jù)，再利用速度公式進行計算和分析。數(shù)據(jù)太少和計算太簡單讓學生對實驗結(jié)論的分析論證變成完完全全的形式主義，大多數(shù)學生直接根據(jù)已有的經(jīng)驗對實驗結(jié)論進行解釋與描述。

筆者的創(chuàng)新做法是在分組實驗過程中要求學生使用平板電腦將小車沿斜面下滑的過程拍攝成短視頻，實驗結(jié)束后，在平板電腦上打開“剪輯師”這一視頻編輯軟件，導入實驗短視頻，通過放大時間軸，精細地選取小車下滑過程中的多個時間段，并在暫停的視頻畫面中找出小車在斜面自帶刻度尺上對應(yīng)的路程數(shù)據(jù)，將它們記錄下來，再利用速度公式進行計算和分析。采用這樣的方式可以解決原有的不易記錄時間的問題，學生對足夠多的數(shù)據(jù)和證據(jù)進行解讀之后，進一步開展熱烈的小組交流活動，最后論證而來的結(jié)論也具有足夠的說服力，整個過程大大激發(fā)了學生的探究熱情。

案例4：在“科學探究：電流與電壓、電阻的關(guān)系”一課中，數(shù)據(jù)收集、處理的一般做法是收集3組數(shù)據(jù)，手動在坐標紙上將表格數(shù)據(jù)繪制成函數(shù)圖像，再進行分析論證，但不足的數(shù)據(jù)與手動繪圖往往讓學生無法順利地獲得正確的函數(shù)關(guān)系，尤其是電流與電阻的反比關(guān)系。筆者在這一探究活動中，要求學生在實驗過程中至少測量并記錄5～7組數(shù)據(jù)，實驗結(jié)束后應(yīng)用Excel軟件處理數(shù)據(jù)，導入數(shù)據(jù)后可以立刻觀察到數(shù)據(jù)點分布在一條反比例曲線上，軟件根據(jù)這條曲線來擬合這些數(shù)據(jù)點，而學生可以方便、快捷地根據(jù)這個擬合結(jié)果獲得電流與電阻的反比關(guān)系。

在大數(shù)據(jù)時代到來之際，應(yīng)用信息技術(shù)來處理數(shù)據(jù)，就是一項關(guān)鍵能力，可以促進學生形成良好的信息素養(yǎng)并發(fā)展學生的科學探究能力。

2.4? ? 融合信息技術(shù)的交流與評估，發(fā)展學生的創(chuàng)新思維和樹立科學態(tài)度

教學時間有限，在科學探究課上一般沒有足夠的時間讓學生經(jīng)歷對一個問題的所有猜想與假設(shè)進行全方位的探究，通常會采取分組實驗，把要探究的內(nèi)容分配到各小組，實驗結(jié)束后再一起分享數(shù)據(jù)進行交流。交流、分析論證是學生的思辨活動，經(jīng)歷這一過程，才能真正培養(yǎng)學生的高階思維，而融合信息技術(shù)會讓這一思辨活動過程更高效。

案例5：在“科學探究：物質(zhì)的比熱容”一課中，筆者融入“智慧課堂”這一信息技術(shù)，讓學生將利用Excel繪制的“物質(zhì)溫度-時間圖像”上傳到班級空間，筆者根據(jù)在學生分組實驗指導過程中發(fā)現(xiàn)的問題，選取兩組圖像展示在大屏幕上。第一組對比圖像（水的溫度-時間圖像）是來自兩個實驗小組，學生很快就發(fā)現(xiàn)了問題：同樣是水，為什么水溫上升快慢不同？第二組對比圖像是來自同一個實驗小組，分別是水和煤油的溫度-時間圖像，學生再次發(fā)現(xiàn)問題：其他條件相同的情況下，這一組實驗中的煤油升溫一開始比水快，為什么后來出現(xiàn)升溫速度比水慢的情況？

清晰直觀的圖像對比引起學生的思維沖突，激發(fā)了學生探究和交流的興趣，在熱烈的討論中他們逐漸了解到：第一組影響水升溫快慢的原因可能是兩小組所用加熱器的供熱速度不同，也可能是所加熱的水的質(zhì)量或初溫不同，還可能是兩小組裝置的散熱不同。而在第二組對比中，煤油出現(xiàn)升溫速度比水慢的原因是因為該小組所設(shè)計的加熱方案是水浴法加熱，一開始試管中的煤油、水與燒杯中水的溫差一樣，所以吸熱速度一樣，煤油升溫快于水，與實驗結(jié)論相符。一段時間之后，試管中煤油與燒杯中水的溫差小于試管中水與燒杯中水的溫差，煤油吸熱速度慢于水，于是出現(xiàn)煤油升溫慢于水的情況。

在這些實驗中，信息技術(shù)的融入提高了整個實驗的可探究性，通過這樣反復思考、交流實驗設(shè)計和解決分組實驗過程中的問題，學生所進行的是有深度的科學探究，學生不僅發(fā)展了科學探究的能力，也因為對結(jié)論的質(zhì)疑與進一步的探究發(fā)展了創(chuàng)新思維和樹立了正確的科學態(tài)度，進一步落實了物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3? ? 結(jié)束語

隨著5G時代的到來，進行信息技術(shù)融合的先天條件越來越好。在設(shè)計、組織教學的過程中，教師應(yīng)主動地將信息技術(shù)融入到教學中，但也要注意如何把握教學的核心，因為過度使用信息技術(shù)手段也會是另一種變相的“灌入式”教學。在信息技術(shù)與科學探究教學融合的探索過程中，應(yīng)積極開發(fā)新的融合案例，更新傳統(tǒng)的教學手段，實現(xiàn)教學方式的多樣化，以滿足學生個性化發(fā)展需求，讓基于核心素養(yǎng)的物理教學真正落地。

參考文獻：

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）