朱征寧

（蘇州市第一中學(xué)校，江蘇 蘇州 215005）

隨著教育信息技術(shù)的不斷革新，越來(lái)越多的文本和影像呈現(xiàn)技術(shù)運(yùn)用于課堂之中，尤其是物理學(xué)科，它源于自然和生活，又大量應(yīng)用數(shù)學(xué)的計(jì)算，還要通過(guò)自己的實(shí)際操作進(jìn)行探究，因此物理的課堂必然會(huì)有各種各樣的內(nèi)容需要被呈現(xiàn).所有任何最新的信息技術(shù)呈現(xiàn)方式，都會(huì)最先出現(xiàn)在物理課堂上.交互式電子雙板系統(tǒng)（由于本文不涉及其交互功能，下文均簡(jiǎn)稱(chēng)電子雙板）是最近幾年剛剛被引入到課堂，代替原有的投影儀或電子白板.作為一個(gè)前期的試用者，筆者在摸索和嘗試中發(fā)現(xiàn)它的雙板呈現(xiàn)的多樣性相比于以往的單板呈現(xiàn)方式更符合學(xué)生認(rèn)識(shí)的過(guò)程，有助于提高他們?cè)趯W(xué)習(xí)概念及方法時(shí)理解的清晰度，使學(xué)生能更快地應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程中去.

1 電子雙板環(huán)境及理論基礎(chǔ)

雙重編碼理論（dual coding theory）是電子板的重要理論基礎(chǔ)之一.它是由心理學(xué)家Paivio及他的研究團(tuán)隊(duì)提出的.該理論認(rèn)為，在人們的長(zhǎng)時(shí)記憶中，存在著兩個(gè)負(fù)責(zé)信息的編碼、組織、加工和存取的表征系統(tǒng)：言語(yǔ)編碼系統(tǒng)和非言語(yǔ)編碼系統(tǒng).言語(yǔ)編碼系統(tǒng)由言語(yǔ)碼表征言語(yǔ)信息，比如字母、數(shù)字、音素、音節(jié)；非言語(yǔ)系統(tǒng)由心象碼表征非言語(yǔ)信息，比如看得見(jiàn)的具體物體、聽(tīng)得見(jiàn)的聲音、物體的重量、溫度、味道等.該理論表明，同時(shí)以視覺(jué)（圖像）形式和語(yǔ)言（文字）形式呈現(xiàn)信息能夠增強(qiáng)記憶和識(shí)別.知識(shí)可視化將知識(shí)以圖解的方式表現(xiàn)出來(lái)，為基于語(yǔ)言的理解提供了很好的輔助和補(bǔ)充，大大降低了語(yǔ)言通道的認(rèn)知負(fù)荷，加速了思維的發(fā)生.

而雙重編碼理論應(yīng)用于電子雙板課堂教學(xué)是利用電子雙板的雙畫(huà)面顯示，讓雙板的其中一板呈現(xiàn)言語(yǔ)信息，另一板呈現(xiàn)非言語(yǔ)的圖像、視音頻等，當(dāng)然實(shí)際上課過(guò)程中也可以雙邊都是語(yǔ)言或非語(yǔ)言信息，但可能是不同角度的，使兩塊板之間建立起主輔、對(duì)比等具有一定邏輯性的關(guān)系，使兩者同時(shí)呈現(xiàn)并共同服務(wù)于同一個(gè)知識(shí)主題，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者大腦語(yǔ)言系統(tǒng)與非語(yǔ)言系統(tǒng)激活，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，方便教師組織課堂教學(xué)活動(dòng).

2 課堂實(shí)錄

電子雙板系統(tǒng)引入課堂教學(xué)，有很多的實(shí)用技巧，以下是筆者在備課過(guò)程及上課實(shí)際使用過(guò)后的一點(diǎn)思考.

2.1 左屏攝像頭、右屏傳感器，全方位觀察DIS實(shí)驗(yàn)

在準(zhǔn)備“牛頓第三定律”這節(jié)課的過(guò)程中，筆者看了諸多的教學(xué)設(shè)計(jì)，但大多偏重于感性實(shí)驗(yàn)的展示.筆者認(rèn)為高中物理有別于初中物理的最大特征正是從感性認(rèn)識(shí)過(guò)渡到理性認(rèn)識(shí).初中講牛頓第三定律，主要為了體現(xiàn)作用力的相互性，做了大量的、豐富的感性實(shí)驗(yàn)是必需的，否則不能體現(xiàn)作用力是相互的普遍性.但是到了高中不能再重復(fù)初中的實(shí)驗(yàn)，高中講牛頓第三定律應(yīng)該更側(cè)重相互作用力的定量研究，期間也必然會(huì)使用到二力平衡的特性.這樣這節(jié)課不僅能得出完整的牛頓第三定律，更能了解到一對(duì)相互作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別與聯(lián)系.如果這個(gè)地方含糊處理，就會(huì)導(dǎo)致不少學(xué)生學(xué)習(xí)受力分析時(shí)總是混淆相互作用力和平衡力.

因此筆者考慮本課側(cè)重在相互作用力的定量研究上，學(xué)生剛剛學(xué)過(guò)三大性質(zhì)的力，其中彈力和摩擦力對(duì)應(yīng)的相互作用力相對(duì)容易研究，但是重力作為非接觸力的典型代表，較難研究其相互性，但為了體現(xiàn)相互作用力特征的普遍性，筆者選擇了磁力作為非接觸力代表，然而遇到了問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)用彈簧秤測(cè)量很困難，就算勉強(qiáng)平衡也很難進(jìn)一步研究在非平衡狀態(tài)下的情況.

最終筆者選擇了用DIS數(shù)字傳感器，為了讓所有人看到演示實(shí)驗(yàn)，用了一個(gè)攝像頭拍攝實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及操作過(guò)程的細(xì)節(jié)，通過(guò)投影呈現(xiàn)給學(xué)生但是傳感器采集的數(shù)據(jù)圖像也是要讓學(xué)生同步看到的，于是雙板顯示的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)了出來(lái).如圖1所示，左屏為傳感器的數(shù)據(jù)采集圖表，右屏為兩個(gè)相互吸引但未接觸的小磁環(huán)（質(zhì)量很小，相對(duì)磁力而言重力可以忽略），無(wú)論是平衡還是非平衡狀態(tài)學(xué)生通過(guò)雙板能同時(shí)看到兩個(gè)動(dòng)態(tài)的情景，將兩個(gè)不同維度的影像同時(shí)展示在學(xué)生眼前，就如同看“3D”電影，讓學(xué)生體會(huì)更真實(shí)，更深刻.

圖1

其實(shí)類(lèi)似的雙板雙顯的應(yīng)用可以在很多場(chǎng)景使用，例如在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中讓左屏用攝像頭顯示教師操作電路的細(xì)節(jié)，右屏用另一個(gè)攝像頭顯示電表的讀數(shù)變化.這樣的例子很多，此處不一一枚舉，完全可以發(fā)揮教師的教學(xué)想象力.

2.2 左屏理論、右屏實(shí)驗(yàn)，輕松掌握滑動(dòng)變阻器分壓接法技巧

前文實(shí)例中的雙板雙顯的內(nèi)容都是兩個(gè)不同維度的影像或者兩個(gè)視頻內(nèi)容，它更多的是增強(qiáng)視覺(jué)效果.下面筆者在準(zhǔn)備“電阻的測(cè)量”這節(jié)課時(shí)，發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)應(yīng)用形式，這個(gè)形式更加體現(xiàn)其雙重編碼的原理.這節(jié)課筆者主要從3個(gè)方面切入，讓學(xué)生初步了解電阻測(cè)量基本操作部分的各個(gè)環(huán)節(jié).一是電表量程的選擇，二是控制電路的選擇，三是測(cè)量電路的選擇.其中關(guān)于控制電路的選擇一直是難點(diǎn)，到底是選擇分壓接法還是限流接法，滑動(dòng)變阻器選大的還是小的.為了讓學(xué)生更深刻了解和掌握其中規(guī)律，筆者選擇如下方法.

實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定一個(gè)阻值約為5Ω的電阻Rx的阻值.現(xiàn)有電源（3節(jié)干電池，E＝4.5V），滑動(dòng)變阻器（20Ω，2A），開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)若干，以及下列電表：電流表 A1（0.6A，r約0.125Ω）；電流表A2（3A，r約 0.025 Ω）；電 壓 表 V1（3V，r約3kΩ）；電壓表 V2（15V，r約15kΩ）.

請(qǐng)畫(huà)出電路圖，并選擇合適器材連接電路，完成數(shù)據(jù)記錄表1.

表1 數(shù)據(jù)記錄表

雙板顯示內(nèi)容如圖2所示，開(kāi)始時(shí)學(xué)生都是用的限流接法，這也是初中常用電路.在實(shí)際操作中立刻有學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：

學(xué)生：“0.5V”達(dá)不到，最小到“0.7V”.

于是引出測(cè)量范圍更大的分壓接法（具體引出方法，本文不做敘述）.

圖2

學(xué)生初次學(xué)習(xí)分壓接法，無(wú)論是電路圖還是實(shí)物電路都很陌生，雙板顯示如圖3所示，學(xué)生在邊學(xué)畫(huà)電路，邊跟著教師搭建電路的過(guò)程中輕松掌握滑動(dòng)變阻器的分壓接法.

圖3

而滑動(dòng)變阻器的選擇，我們可以通過(guò)將實(shí)際操作與幾何畫(huà)板觀察結(jié)合當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值為200Ω時(shí)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察電壓表示數(shù)變化.再將滑動(dòng)變阻器的阻值改為20Ω時(shí)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察電壓表示數(shù)變化.如圖4、圖5所示，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)在滑動(dòng)變阻器的阻值為200Ω時(shí)，隨滑片移動(dòng)要么變化不明顯，要么急速變化，難以操作，而滑動(dòng)變阻器的阻值為20Ω時(shí)，相對(duì)好操作些，如果待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器阻值相近或更大，Ux-RAP圖幾乎呈線(xiàn)性.這樣就方便的得出分壓接法的適用條件：（1）要求的測(cè)量范圍較大或測(cè)量電壓要求從0開(kāi)始；（2）待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器相近或更大.

圖4 滑動(dòng)變阻器的阻值為200Ω時(shí)U-RAP圖像

圖5 滑動(dòng)變阻器的阻值為20Ω時(shí)U-RAP圖像

這樣的模式使得理論與實(shí)際相結(jié)合，同時(shí)呈現(xiàn)讓學(xué)生記憶深刻，理解透徹，十分符合物理學(xué)科的就物說(shuō)理，及物窮理的學(xué)科特征.

2.3 左屏電勢(shì)能、右屏重力勢(shì)能，全程類(lèi)比深度理解電勢(shì)能

前面2個(gè)例子都是體現(xiàn)視覺(jué)的直觀性，但是物理課經(jīng)常涉及十分抽象的概念，很難找到直觀的情景.例如電勢(shì)能就是一個(gè)非常抽象的概念，在準(zhǔn)備“電勢(shì)能”這節(jié)課時(shí)，常常是要將電勢(shì)能和重力勢(shì)能進(jìn)行類(lèi)比，而困難往往是如何將他們的類(lèi)比關(guān)系呈現(xiàn)出來(lái).在這里筆者將電子雙板的左板始終以電勢(shì)能為線(xiàn)索，右板始終以重力勢(shì)能為類(lèi)比對(duì)象，分別在4個(gè)類(lèi)比點(diǎn)進(jìn)行類(lèi)比遷移.

（1）如圖6所示，類(lèi)比重力勢(shì)能，引出電勢(shì)能概念.

（2）如圖7所示，類(lèi)比重力做功與路徑無(wú)關(guān)，得出電勢(shì)能有確實(shí)意義的條件：電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān).

（3）如圖8所示，類(lèi)比重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，得出電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系.

圖6

（4）如圖9所示，通過(guò)類(lèi)比發(fā)現(xiàn)判斷電勢(shì)能變化的方法與判斷重力勢(shì)能變化的方法之間的區(qū)別與聯(lián)系.

如此，在整節(jié)課的問(wèn)答中，讓電勢(shì)能始終與重力勢(shì)能在類(lèi)比狀態(tài)下同時(shí)出現(xiàn)在學(xué)生面前，使得他們?cè)趯?duì)電勢(shì)能概念的理解和記憶有了充足的時(shí)間和深度.

這種呈現(xiàn)方式不僅適合概念學(xué)習(xí)，同樣也適合問(wèn)題解決的方法和策略.例如在高三復(fù)習(xí)階段有很多問(wèn)題的解決方法是相似的，我們可以通過(guò)兩個(gè)問(wèn)題的解決過(guò)程對(duì)比總結(jié)出方法，或者通過(guò)左邊問(wèn)題的解決方法遷移到右邊問(wèn)題的解決過(guò)程中去.

圖7

圖8

圖9

3 課后反思

以上3個(gè)實(shí)例只是電子雙板在呈現(xiàn)方式上一些簡(jiǎn)單的探索.相信還有更多的雙板對(duì)比方式有待挖掘，常見(jiàn)的物理思維方法都可以通過(guò)這種對(duì)比形式進(jìn)行滲透.雙板不僅是“1”＋“1”＝“2”，更像是從二維空間到三維空間，會(huì)發(fā)現(xiàn)有更廣闊的世界有待探索，但是我們也不能對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)太過(guò)依賴(lài)或者唯技術(shù)論.上課就像是鋪路，學(xué)生就是走教師鋪的路，而信息技術(shù)手段也僅僅是橋梁，不能亂架、多架，否則本來(lái)很平穩(wěn)的路也變得高低起伏，走得不順.應(yīng)在平常路所不能到達(dá)處，或要繞圈子的地方架設(shè)，使之成為不可代替的絕佳方案，讓道路變得更加平直好走.