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E. 如何進行初中課堂教學資源的整合與利用
關注課程資源的開發和利用是新一輪基礎教育課程改革的一大特色,積極開發與整合實驗教學資源是物理新課程實施的重要保障。本文就以在初中熱學部分實驗資源開發與整合過程中的一些體會,談談對實驗資源開發和整合的一點認識。
一、初中物理實驗教學資源的開發
所謂開發,是指通過研究或努力,開拓、發現、利用新的資源或新的領域。實驗資源的開發可以包括對原有實驗的再設計和創造性地使用;對新的實驗工具的開發和運用;對實驗教學功能的研究;運用實驗改進學習訓練的內容和方式等等。通過實驗資源的開發,提升理念,轉變教學行為;創設情境,激發學習興趣;積累素材,實現資源共享。
1.聯系生活實際,豐富實驗教學資源
實驗資源不僅限於實驗室的現有設備,學生身邊的物品和器具同樣是重要的實驗資源。新課程強調物理學習要聯系實際、貼近生活,引導學生關注生活,觀察日常生活中的物理現象,那些最常見的生活現象、最普通的日常用品都可以成為非常好的實驗資源,利用身邊的物品進行物理實驗,這種做法本身就是一種創新。在物質資源比較匱乏的時期,朱正元教授曾提出「壇壇罐罐當儀器,拼拼湊湊做實驗」的主張,現在實驗室條件已經得到了極大的改善,但新課程倡導學生主動參與、樂於探究、勤於動手,提倡學習方式多樣化,這樣僅靠實驗室的有限器材是不能滿足課改需要的,因此我們更應提倡學生用「壇壇罐罐」來做實驗。朱正元教授說:「不要迷信只有工廠製造的儀器才是儀器。」用一隻塑料杯可以做物體的慣性、水的表面張力、大氣壓力、摩擦力、熱的傳導和輻射、聲的共振、摩擦起電、光的反射與折射等10多個實驗。一支鉛筆,一個塑料瓶、一個易拉罐……都是很好的實驗資源。
例如:運用控制變數法研究「影響液體蒸發快慢的因素」的實驗中,需要一個恆溫容器來控制液體溫度保持不變,家用的調溫電火鍋就基本能滿足實驗的需要。又如我們利用小鞭炮來模擬火箭升空的實驗,把小鞭炮去除引火線,對折後固定,在對折後的破裂處點燃時會噴出火焰,能使放在下面的紙片燃燒起來。通過觀察小實驗後,再引導學生一起來解釋為什麼火箭發射台底要建一個大水池?為什麼我們在電視屏幕上看到火箭發射升空的瞬間會有大量的煙霧產生?在模擬小實驗的基礎上進行解釋,學生比較容易理解,也讓學生感受到高科技並不那麼神秘,激發學生的求知慾、點燃學生思維的火花。
2.運用數字化實驗工具,豐富實驗教學資源
隨著信息技術的發展,網路、多媒體、感測器等資源和工具正被逐步利用到課堂教學中,中學物理實驗教學的內容和方式都在不斷的創新和發展。上海市二期課改過程中,DIS(數字化信息系統)實驗系統的研發,更為中學實驗手段的多元化提供了技術支持,使物理實驗資源更加豐富。但在調查與訪談中發現,由於新的實驗器材不到位或教師在思想認識方面等原因,相當一部分教師對新實驗操作系統與感測器技術在教學中的運用不甚了解,甚至採取迴避態度,不願去接觸和使用。經驗告訴我們,新的技術和工具只有在不斷使用過程中才能更好地掌握它的使用方法,才能設計出更好的實驗、開發出更多的功能。
DIS實驗系統的應用目前在高中階段的教學實踐中取得了不少經驗,有很多突破和創造性的發展,但在初中物理教學中的實踐研究還處於起步階段,需要我們在教學過程中不斷實踐和運用,才能更好地發揮它的功能和作用。在各種感測器中,溫度感測器的應用可以相當廣泛,它使用非常方便,實驗裝置也比較簡單,學生很容易理解。如:先讓學生體驗在同一環境中的泡沫塑料塊和鐵塊的冷熱程度,再用溫度感測器測量兩者的溫度,發現得到的結論不一致,讓學生形成思維沖突,激發探究的興趣和熱情,即可以說明僅僅憑感覺來進行判斷有時不一定可靠,所以要進行科學的測量,同時又為溫度這個物理量的教學創設了很好的教學情境。又如:「摩擦做功使物體的溫度升高」的實驗,運用溫度感測器可以實時測量物體溫度的變化情況,使實驗更加直觀;在「比熱容」、「晶體的熔化」等實驗中都可以運用DIS實驗設備進行實驗,發揮出感測器在數據採集方面和數據分析方面的優勢。
3.製作並使用視頻素材,豐富實驗教學資源
在物理教學中,實驗起到了許多積極的作用,但有些傳統的實驗有較大的局限性。如有的可見度小;有的演示現象瞬息即逝;有的實驗需要很長的時間無法在課堂上完成;有的限於條件,演示效果很差;傳統的教學掛圖所提供的只是靜止的畫面,對講解現象的過程很不適用;有些物理實物模型本身又不易拆開,工作時各部分的情況不容易看清楚等等。正因為這些局限性,使學生對許多物理知識的理解造成一定困難,應根據教學需要不斷改進、開發和創造性地使用實驗資源。在教學實踐中,製作並創造性地使用視頻素材,取得了較好的效果。
(1)增加實驗的可見度,讓全體學生參與實驗的觀察。實驗過程中我們都希望可見度比較大,特別在一些實物演示實驗中,如可視程度小,往往只有派學生代表或前排學生觀察,而大部分學生在課堂上處於旁觀者的狀態,部分學習習慣較差的學生會游離於教學之外,課堂紀律也難以控制,因此很多實驗我們需要增加可見度。如在熱學實驗中,溫度的變化情況我們經常要通過觀察溫度計示數的變化進行測量,但常用溫度計比較小,即使是演示用的溫度計,教室後排的同學也難以觀察,通過實物展台或把相關實驗拍攝成視頻,把原來可視程度比較小的實驗儀器局部放大,全體學生都可以在大屏幕上觀察實驗現象或讀數的變化,大大增強了實驗效果。
(2)放慢實驗的過程,讓稍縱即逝的現象完美呈現。在物理實驗中,有些現象瞬息即逝,學生比較難觀察,通過製作視頻素材,可以把實驗的過程放慢,讓學生充分地感受實驗的變化過程。如,演示「改變內能的方式」的實驗過程中,我們經常採用在壓縮引火儀中放入硝化棉,快速按壓活塞,密閉氣體由於被壓縮,內能增大,溫度升高,使容器中的硝化棉燃燒。這個實驗的燃燒過程非常短,不超過一秒,所以學生不太容易觀察,我們可以用攝像機把該實驗過程拍攝下來,運用正常播放並結合慢放的手段(如圖1),把這個實驗過程在大屏幕上呈現,實驗更具有震撼力,效果得到了很大地提高。
(3)加快實驗的過程,拓寬課堂教學的時空。有些物理實驗的過程需要很長的時間,或者在課堂中很難完成,我們也可以通過視頻素材的製作和使用來實現。如:固體物質的擴散現象非常緩慢,需要經歷幾十小時、幾天、甚至幾年才能觀察到明顯的變化,課堂上根本不可能完成。我們採用固體高錳酸鉀顆粒,放到瓊脂中,在實驗室放置十幾個小時,整個過程運用攝像機完整地拍攝下來,在課堂上採用快放的方式,用幾分鍾時間來感受十幾個小時的變化,這個真實的實驗過程,比虛擬實驗或動畫模擬實驗,更具有說服力和可信度,增強了課堂教學的時空。
二、初中物理實驗教學資源的整合
整合是指一個系統內各要素的整體協調、相互滲透,使系統各要素發揮最大效益,達到最優狀態。實驗教學資源的整合是多維度的,可以從形式、內容、工具、方法等多方面進行整合,通過整合優化教學方法、完善學習方式,落實課改理念,從而培養學生學習物理的興趣、科學探究的意識和能力。同時在實踐中可以積累更多的素材和經驗,通過各種形式的交流,與更多的教師實現資源共享,推動實驗教學的發展。
1.整合演示實驗與學生探究實驗,突出教學重點
培養學生的探究意識和能力,是初中物理教學的重要組成部分。物理概念、規律學習過程中我們越來越注重讓學生自己去體驗和發現,通過探究實驗,歸納總結出規律,建立物理概念。課堂設計以情景—探究(體驗)—應用為主線,每一堂課的教學重點,往往通過實驗研究和總結得以突出,方法得以落實。通過教學實踐,我們感覺到,把學生探究實驗和教師演示實驗有機整合,更能突出教學重點,取得較好的教學效果。
如:「比熱容」概念的教學過程中,學生在充分討論的基礎上進行實驗「探究物體吸收熱量與物質種類的關系」(用相同質量的水和煤油,實驗裝置如圖2),並記錄實驗數據,學生通過分析,可以初步得出結論。然後教師再運用DIS實驗系統(如圖3),通過溫度感測器可以實時測量質量相同的水和煤油吸收相同熱量時,溫度隨時間變化的曲線(如圖4),直觀的圖像對學生的視覺沖擊是較大的,使學生可以實時觀察到物體吸收熱量與物質種類確實有關。然後對物理圖象分析處理,並結合學生實驗測量的數據進行比較,對「比熱容」概念的形成和理解有較大的作用。
又如「溫度和溫標」的教學過程中,以學生「製作簡易溫度計」作為教學的主線,結合教師演示的常用溫度計,找出相對應的部分(如圖5),從結構、工作原理和使用方法等幾方面進行對比,從而理解攝氏溫標的定標方式、溫度計的結構和使用方法等,突出了教學重點。
2.整合傳統實驗與數字化實驗,突破教學難點
信息技術的發展,使中學物理實驗工具也發生了變革,各種感測器的應用使傳統實驗中的測量技術得到了發展,如DIS實驗系統。傳統實驗工具和數字化實驗工具各有特點,傳統實驗工具經過幾代人的使用和改進,設計巧妙合理,操作簡單明了; DIS實驗系統集實驗數據採集、顯示、分析、處理等功能於一體等。DIS實驗系統之所以能較好地融入到中學物理實驗教學中並得以不斷地發展,正因為它與傳統實驗的有機整合,可以彌補原有實驗中的不足,創新實驗設計思路,使物理實驗教學得到更好地發展。
如:「晶體的熔化實驗」,晶體在熔化過程中需要吸收熱量但溫度不變,初中學生對此不太容易理解,運用DIS實驗系統可以比較快速、直觀地讓學生觀察到熔化過程中溫度隨時間變化的圖象(如圖6),降低了理解的難度,突破了教學難點。又如:在「氣體對外做功改變內能」的實驗中,用打氣筒往大號飲料瓶中打氣(如圖7),同時用溫度感測器實時測量飲料瓶中氣體溫度的變化,可以看到隨著瓶中空氣的增加,測量的數據不斷地增大,當瓶內氣體把瓶塞推出時,也可以實時觀察到瓶中氣體的溫度不斷降低,從而可以直觀地觀察氣體對外做功內能減小。
3.整合課內實驗和課外實驗,改革作業的形式和內容
新課程強調培養學生的創新精神和實踐能力,以學生為本,改進學習訓練方式、完善學習評價。如何落實減負增效,對學生課外作業的研究和實踐也是我們需要積極探索的問題。比如結合活動卡上的一些實驗活動,或者布置「長作業」,讓學生進行實驗設計和探究,學生可以利用生活中的一些廢舊物品來動手實驗和探究,在研究過程中可以更深入理解物理概念和規律,對培養學生理論聯系實際、物理學習的興趣都非常有效。同時還可以把學生課外實驗中的一些實驗方案、收集的一些實驗數據,作為課堂教學的資源,拓寬了課堂教學的時空,整合了課內外的實驗資源,改變了作業的內容和形式,使學生的興趣和能力及探究意識得到培養。
如:「簡易溫度計」的製作,並要求學生按照攝氏溫標的規定,在簡易溫度計上粗略地標上刻度;又如學習了「比熱容」概念後,讓學生分組探究不同材料的保溫性能,並能夠用實驗測量的數據,寫出實驗報告等。
實驗資源的開發與整合並不是要一味地追求信息技術手段的運用,不是為整合而整合,而是要結合我們的教學實際,使物理實驗在教學中激發學生學習物理的興趣,培養科學探究的意識和養成自主學習的習慣等方面發揮更大的作用,我們需要不斷思考和實踐。
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