康賢明 鄭世燕

(1. 福建省泉州市城東中學(xué),福建 泉州 362000;2. 泉州師范學(xué)院物理與信息工程學(xué)院,福建 泉州 362000)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》要求：“通過多樣化的教學(xué)方式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)，整體認(rèn)識(shí)自然界，形成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)科學(xué)探究能力和解決實(shí)際問題的能力”。筆者對(duì)人教版高中物理教材(2019年版)中整合信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析、梳理和總結(jié)，供同行參考。

1 研究樣本

筆者選用的研究樣本為人教版高中物理教材(2019年版)，共6本，筆者將教材中整合了信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了梳理，結(jié)果如表1所示。

表1

2 特征分析

2.1 概況

6本教材中共有16個(gè)實(shí)驗(yàn)整合了信息技術(shù)，若按模塊分，統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：必修一7個(gè)，必修二3個(gè)，必修三1個(gè)，選擇性必修一2個(gè)，選擇性必修二2個(gè)，選擇性必修三1個(gè)。若按物理學(xué)分支細(xì)分，其中有：學(xué)實(shí)驗(yàn)11個(gè)，電學(xué)實(shí)驗(yàn)3個(gè)，光學(xué)實(shí)驗(yàn)1個(gè)，熱學(xué)實(shí)驗(yàn)1個(gè)。除“關(guān)于甩手動(dòng)作的物理原理研究”和“觀察振蕩電路中電壓的波形”的實(shí)驗(yàn)沒有對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)外，其余14個(gè)實(shí)驗(yàn)都有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，且傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在教材中的欄目大多數(shù)是“實(shí)驗(yàn)”，而整合信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)所在的欄目都是補(bǔ)充性欄目，如“做一做”“拓展學(xué)習(xí)”“思考與討論”等，這說明教材并沒有拋棄傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，仍然以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為主、整合了信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)為輔。

2.2 信息技術(shù)手段分析

DIS和手機(jī)中的傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)顯示。教材中有10個(gè)實(shí)驗(yàn)利用DIS傳感器采集數(shù)據(jù)，3個(gè)實(shí)驗(yàn)利用智能手機(jī)中的傳感器采集數(shù)據(jù)。傳感器的使用離不開傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材，傳感器要和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合才能發(fā)揮其功能。

智能手機(jī)搭載了大量精巧的傳感器，加之智能手機(jī)有造價(jià)低、普及率高的特點(diǎn)，集數(shù)據(jù)測(cè)量、采集于一體，測(cè)量快速、準(zhǔn)確、便攜，適合戶外實(shí)驗(yàn)，近年出現(xiàn)了大量利用手機(jī)做物理實(shí)驗(yàn)的研究。教材也與時(shí)俱進(jìn)，新增加了3個(gè)手機(jī)實(shí)驗(yàn)，分別是“用手機(jī)測(cè)自由落體加速度”“用手機(jī)的加速度傳感器測(cè)量電梯上升中加速度”和“關(guān)于甩手動(dòng)作的物理原理研究”。

視頻可記錄真實(shí)的物理過程，對(duì)視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和分析是物理實(shí)驗(yàn)的重要方法。教材有2個(gè)實(shí)驗(yàn)利用了視頻技術(shù)，分別是“用數(shù)碼錄像逐幀分析平拋物體的運(yùn)動(dòng)”和“用數(shù)碼相機(jī)和計(jì)算機(jī)繪制彈簧振子的x-t圖像”，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都是用視頻記錄運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和分析。頻閃照相是記錄運(yùn)動(dòng)過程的傳統(tǒng)方法，教材仍把頻閃照相設(shè)置在實(shí)驗(yàn)主欄目中。頻閃照相要在暗室中完成，對(duì)環(huán)境條件要求較高，在實(shí)際教學(xué)中實(shí)現(xiàn)的難度較大。隨著智能手機(jī)功能的提升，手機(jī)攝像技術(shù)越來越先進(jìn)，且普及程度高，利用視頻記錄技術(shù)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)相比傳統(tǒng)的頻閃照相更為便捷，且視頻記錄技術(shù)的原理與頻閃照相的原理類似。筆者認(rèn)為，教材可以將視頻記錄技術(shù)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)主欄目中，替代頻閃照相技術(shù)。

2.3 一個(gè)值得商榷的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

“借助傳感器與計(jì)算機(jī)測(cè)速度”這個(gè)實(shí)驗(yàn)編在“位置變化快慢的描述——速度”一節(jié)，筆者認(rèn)為值得商榷。舊版教材中除了這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)外，還在“科學(xué)漫步”欄目介紹了數(shù)字計(jì)時(shí)器，利用光電門傳感器測(cè)時(shí)間，進(jìn)而測(cè)量速度，而新教材只在練習(xí)與應(yīng)用中設(shè)置了一道關(guān)于光電門計(jì)時(shí)器的習(xí)題，對(duì)光電門的原理沒有具體介紹。理解速度的概念，了解平均速度與瞬時(shí)速度的區(qū)別與聯(lián)系，在討論平均速度和瞬時(shí)速度聯(lián)系的過程中，逐步體會(huì)極限的思想方法是本節(jié)的教學(xué)重、難點(diǎn)?！敖柚鷤鞲衅髋c計(jì)算機(jī)測(cè)速度”這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅不能解決該難點(diǎn)，而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理復(fù)雜，普通層次的學(xué)生難以理解，如果采用勢(shì)必增加教學(xué)負(fù)擔(dān)。而舊版教材中“用光電門傳感器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)卻是很好的整合方式，借助光電門，可以設(shè)計(jì)出能幫助學(xué)生理解“瞬時(shí)速度”和“極限思想”的實(shí)驗(yàn)。

3 教學(xué)建議

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我們應(yīng)清晰地認(rèn)識(shí)到并不是所有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)都要與DIS等信息技術(shù)相結(jié)合，關(guān)鍵還在于教學(xué)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。如前所述，這16個(gè)實(shí)驗(yàn)有14個(gè)實(shí)驗(yàn)所在的欄目都是補(bǔ)充欄目，需要教師根據(jù)學(xué)情、生情合理選擇。

在教學(xué)中要利用教材提供的資源，而不是教教材。教材提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以遷移應(yīng)用。如在研究“平拋運(yùn)動(dòng)”“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”中所用的視頻技術(shù)，可以用來研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)等。再比如，運(yùn)用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，由于受到實(shí)驗(yàn)器材的限制和系統(tǒng)誤差的影響，往往需要對(duì)實(shí)驗(yàn)做一些近似處理，這樣不易使學(xué)生深切感受牛頓第二定律的正確性。可以借鑒文獻(xiàn)[3]中介紹的實(shí)驗(yàn)方法，利用手機(jī)傳感器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，突破該實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。