法國清 于文明

摘 要：以“熔化和凝固”為例，基于傳感器技術進行實驗改進，結合電腦進行圖像分析;利用平板實時上傳圖像，記錄、保存實驗過程;優(yōu)化學生學習方式，促進學生深度學習，發(fā)展學生核心素養(yǎng).

關鍵詞：傳感器技術;初中物理;信息化教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）18-0061-03

作者簡介：法國清 （1975-），女，山東膠南人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理教學;

于文明（1980-），男，山東淄博人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理教學.

1 引言

我國《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：高中物理課程在內(nèi)容上注重與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當代科學技術發(fā)展的重要成果和科學思想，同時關注物理學的技術應用帶來的社會問題，培養(yǎng)學生的社會參與意識和社會責任感.該標準還指出：利用現(xiàn)代信息技術，引導學生理解物理學的本質(zhì)，整體認識自然界，形成科學的思維習慣，增強科學探究能力和解決實際問題的能力.

傳感器技術應用于初中物理教學適應了教育信息化的要求.

初中階段正是培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新能力的關鍵時期，在初中階段接觸傳感器，有利于學生進入高中后更順利地完成課程標準中規(guī)定的內(nèi)容，實現(xiàn)更好的銜接.

筆者以山東科學技術出版社九年級下冊“熔化和凝固”一節(jié)為例，淺談傳感器技術在教學中的初步實踐.

2 “熔化和凝固”教學設計

2.1 引入

教師：自然界的物質(zhì)常以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)存在著，那么，物質(zhì)的狀態(tài)是不是一成不變的呢？下面，我們來觀察一個美不勝收的實驗——“冰爆水母”（如圖1所示）.

學生：觀察、思考、交流.

教師：由“冰爆水母”的實驗我們可以看出，物質(zhì)的狀態(tài)不是一成不變的，隨著溫度的變化，物質(zhì)會在固、液、氣三種狀態(tài)之間變化.當物體溫度發(fā)生變化時，物質(zhì)會從一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài).

通常是固態(tài)的銅、鐵、鋁等金屬，在溫度很高時也會變成液態(tài)或氣態(tài).2019年春，張店區(qū)“流星鐵花鬧元宵”的畫面，被甩出的高溫鐵漿達到了流星如瀑的震撼效果，讓元宵節(jié)更有傳統(tǒng)的味道.

通常是氣態(tài)的氧氣、氮氣、氫氣等，在溫度很低時也會變成液態(tài)甚至固態(tài).

我們把物質(zhì)各種狀態(tài)間的變化叫作物態(tài)變化.

設計意圖：通過創(chuàng)設實驗情境，讓學生觀察到美麗、意外的實驗效果，學生在感受物理之美、驚嘆現(xiàn)象之余，不免引發(fā)關于現(xiàn)象本質(zhì)的思考.學生在觀察、思考中主動進入學習狀態(tài)，在教師的分析講解中很自然地進入情境，明確“物態(tài)變化”這一概念，有利于學生物理觀念的形成.

2.2 問題

學生：將蠟燭點燃，將蠟油滴在紙上，觀察這個過程中的物態(tài)變化.

教師：給出“熔化”和“凝固”的概念，引導學生自主閱讀課本，再次明確“熔化”和“凝固”兩個概念.

學生：舉例說明生活中的熔化和凝固現(xiàn)象.

教師：不同物質(zhì)熔化和凝固時有什么規(guī)律？

設計意圖：學生動手體驗、觀察實驗現(xiàn)象，經(jīng)歷“熔化和凝固”概念的得出過程，實驗現(xiàn)象直觀明了，利于學生主動建構熔化和凝固的概念;學生舉例過程實際上就是學生留心觀察生活，學以致用的過程，也體現(xiàn)了物理與生活的密切聯(lián)系.

2.3 探究

提出問題：不同物質(zhì)在由固態(tài)變成液態(tài)或由液態(tài)變成固態(tài)時，溫度的變化規(guī)律相同嗎？

猜想與假設：學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗提出猜想——

固體在放出熱量時溫度會下降;給物體加熱，會使物體溫度升高.

設計實驗：研究海波和石蠟的熔化和凝固過程.

教師：要想給物體加熱，需要用到哪些實驗器材？強調(diào)酒精燈、溫度傳感器等儀器的正確使用方法.

進行實驗和收集證據(jù)（如圖2所示）.

教師：強調(diào)探究過程的分工要求，4個組進行海波實驗探究，3個組進行石蠟實驗探究.

（1）6人一組，1號同學負責軟件，溫度顯示+圖像生成，最后形成初步實驗報告單.

（2）2號同學負責組織組裝和拆卸實驗儀器，確保溫度傳感器的示數(shù)正確.3號、4號同學協(xié)助.

（3）4號同學報告物質(zhì)狀態(tài)，尤其注意狀態(tài)的關鍵點;3號同學按節(jié)點報時間和溫度;5號同學記錄.3號同學負責在“探究凝固過程”開始時加入凝結核;4號同學負責涼水，并在凝固后加入干冰.

（4）5號同學記錄海波和石蠟在關鍵點的實驗數(shù)據(jù)，同步完成本組物質(zhì)的“熔化和凝固曲線圖”，進行人機圖像對比.

（5）6號同學負責溫度圖像變化曲線、熔化和凝固的物態(tài)變化過程、本組同學實驗探究過程的影像，并進行全程觀察.

（6）分工合作，所有同學全程要緊盯固體的溫度變化和關鍵節(jié)點及對應的狀態(tài)，先完成小組形成實驗報告單并保存到桌面，將錄制的實驗過程保存好，方便與其余小組交流學習，然后對照實驗曲線，按照“描點法”畫出熔化和凝固的圖像.

學生：按上述分工要求進行實驗.

分析與論證.

學生：根據(jù)實驗圖像，分析、歸納，得到實驗結論.

教師：歸納、梳理.

設計意圖：傳感器是實現(xiàn)將物理實驗數(shù)字化的核心.本實驗中溫度傳感器代替了傳統(tǒng)實驗中的溫度計，節(jié)省了實驗時間;溫度傳感器與筆記本電腦結合使用，學生可以直接從電腦屏幕上準確、直觀地分析實驗數(shù)據(jù)，提高了實驗效率，很好地培養(yǎng)了學生分析圖像、得出結論的歸納能力;利用平板拍照，及時上傳各組所得的實驗圖像，教師可以更全面、及時地收集學生的實驗信息;利用平板記錄學生實驗過程（如圖3所示），利于學生之間的學習交流、反思.關于圖像的人機對比過程，既提高了學生的描點作圖能力，又讓學生在對比中真切感受到信息化帶來的快捷;這一過程，學生分工明確，每個學生都積極參與其中，學生的主體地位得到了很好的體現(xiàn).

坐標圖像在數(shù)學、化學、生物等學科的學習中都有涉及，物理課上，通過坐標圖像分析采集的數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學生的讀圖、歸納能力，有助于學生將此能力遷移到其他學科.“學生的學”不再局限于傳統(tǒng)實驗的數(shù)據(jù)分析，而是通過圖形的變化對數(shù)據(jù)有了宏觀的掌握;用精準數(shù)據(jù)進行分析的過程，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神，在分析中學生真切地感受到信息化在物理教學中的作用.

2.4 應用

學生完成學案上的題目.

設計意圖：及時的練習有利于學生對所學知識的及時鞏固，有利于教師反饋自己的教學效果，因為：“講了不等于懂了，懂了不等于會了，會了不等于通了”，所以及時的反饋很重要.

2.5 拓展

課后作業(yè)：查閱傳感器的有關知識，了解傳感器在生活中的應用.

設計意圖：課堂不是學習的結束，課后是學生學習的進一步延伸.上網(wǎng)或在書本中查閱相關知識，獲取新知，對于學生來說也是一種非常重要的主動獲取知識的能力，正所謂“學無止境”.

3 結束語

信息化時代下，課堂信息化是必然的趨勢.基于傳感器技術的初中物理信息化教學，充分體現(xiàn)了初中物理深度學習活動所遵循的 “教師為主導，學生為主體”的原則，以發(fā)展學生的核心素養(yǎng)為目標.因為實驗過程的優(yōu)化，加之信息技術的充分運用，教師需要有更多的時間觀察學生的實驗過程，收集學生的問題，指導學生成長.在這個過程中學生的科學探究能力、科學思維能力得以很好的培養(yǎng)，學生積極建構物理觀念，學生的科學態(tài)度與責任也得以培養(yǎng).總之，基于傳感器技術的初中物理信息化教學，有利于深度學習的真實發(fā)生，有利于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng).

參考文獻：

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（收稿日期：2021-06-01）