叶妙璇

摘   要：“互联网+教育”背景下将信息技术融入科学探究将是创新物理实验教学的新方向，科学探究的七要素在不同的探究课上应该有所侧重，在不同课培养不同的关键能力问题上融合信息技术，真正落实物理学科核心素养的培养，发展学生终身受益的学习能力。

关键词：信息技术;科学探究;物理核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0016-3

1    信息技术融入初中物理科学探究的教学意义

在这个“知识爆炸”的信息时代，要求学生具有较强的创新精神、良好的信息素养以及终身学习的能力，这和我们在物理学科中，注重学生核心素养的培养、发展终身受益的学习能力的目标是一致的。

在初中物理教学中，教学活动不该只关注学生知识的获得，而是应该让学生亲自经历科学探究活动促进深度学习，提升终身学习的能力。

学生“信息”型认知结构的特点要求我们改革传统的教学方式，“互联网+教育”背景下将信息技术融入到科学探究课的教学中，有利于激发学生深层学习的热情，引发学生积极学习的内在情感，提高科學实验的可探究性，进而形成深层次体验的课堂。

2    信息技术融合科学探究的教学探索

《义务教育物理课程标准（2011年版）》提出科学探究的七要素：提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。在日常科学探究课上，由于时间有限，七要素无需面面俱到，否则就会出现探究流于形式的问题，学生只是走过场。在不同的科学探究课上，根据教学内容和学生的学情，七要素要有所侧重。信息技术的融合，可以助力学生体验深层次的科学探究课堂。

2.1    融合信息技术的提出问题与猜想假设，是学生产生科学探究与深层学习的内驱力

常有这样的情况：教师重视如何设计实验、进行实验、实验结论是什么，而对于提出问题与猜想假设不那么在意。认为，学生要学习的是如何解决问题，而不需要了解问题是怎么来的，为什么要解决这个问题。所以，科学探究课的上课铃声一响，教师直接把今天的探究课题名称一抛，就让学生进入下一个环节，学生被动地开启学习任务。长此以往，学生可能渐渐地就不会思考自己为何要学习，缺失了学习的内驱力，又如何能让学生保持热情地终身学习和探索这个世界。

大数据时代，网络资源库成为除了现实世界以外，学生可以对生活进行观察和思考的另一个“天然场所”。学生凭着便利的硬件条件和自身一定的信息素养，可以随时随地获取相关信息。只要教师提供与课程相关的资源包，让学生在自主获取相关信息后，再去打开教师事先提出的有价值的问题或任务，那么就能激发学生的求知欲望，驱动学习。

案例1：在“科学探究：透镜”这一课前，笔者给全班学生发送了一个文档，文档中有两个内容：内容1是请同学们根据“透镜”“放大镜”等关键词上网查阅新闻等相关信息;内容2是请同学们提出（写下）三个与透镜有关的问题（带到探究课上用）。

有指向但没有限制的开放性任务，给足学生自主探索的自由，激发学生学习的兴趣。到了课堂，学生就能直接分享出他们所了解的信息：“3月上海某生态园父子放大镜实验火烧2000平方米草坪”“25年老司机告诉你汽车大灯安装的什么透镜”，通过这些抓眼球的生活事件和现象，让学生了解到今天课堂上他们想要进行科学探究的内容是什么，而他们之所以要探究是为了能更好地在生活中解决更多的实际问题，探究价值完全不需要教师多说一句话，学生就有着强烈的内驱力奔赴这场探究活动。

2.2    融合信息技术的实验设计，增加科学探究的可探究性、发展学生的创新思维

在日常科学探究的教学中，教师不时包办了设计实验的工作，仪器的选择多数还是最传统的仪器，比如，测量时间用的是机械停表、观察音叉振动的幅度和频率使用的是铁架台上悬挂的小球或者水杯中的水、测量力的大小使用的是精确度并不高的弹簧测力计、探究磁场使用的是小磁针或者铁粉等，但这类科学探究方案的设计仅适合学生在初二年级刚开始接触物理之际，掌握基础仪器的使用与收集数据，熟悉科学探究的过程。但如果这样的设计始终贯穿整个初中阶段的科学探究课，那么它带来的弊大于利，实验方案陈旧、仪器简陋，使得实验的可探究性偏低，不利于之后的分析与论证，也限制了学生的创新思维发展。

互联网时代，网络的全面覆盖、智能手机的普及使用，以及科技的前沿知识和最新技术成果融入到各行各业，信息技术已经变成我们身边的一个随手可用的手段。创新科学探究的方案设计、仪器的选择等，不仅可以增加科学探究的可探究性，还能增强它的趣味性，也有利于学生发展创新思维，培养科学探究能力。

案例2：在“科学探究：声音的特性”一课，对于探究声音的响度（或音调）的影响因素，引导学生设计的实验方案是使用手机软件phyphox观察音叉发声的振幅（或频率），通过分析波形图判断振幅（或频率）对响度（或音调）的影响。应用这个软件学生需要经历分析波形图这一信息处理的过程，学生获取知识的方式不是直接被告知，而是经历了知识的形成过程。

phyphox这个软件可做的科学探究实验还有很多，例如，可以测量磁场、光强度、气压、变速运动的加速度等。除了这个软件，手机还有很多功能或者软件可以用来做科学探究实验。比如，“慢动作拍摄功能”可以用来探究小球弹跳过程中的能量转化，通过慢动作延时拍摄小球接触地面到反弹离开地面的过程，拉大时间帧回放视频，学生将清楚地看到小球的形变情况，解决了传统实验中对这类时间过短的实验现象不易观察的问题。另外，“虚拟实验室”可以用来探究“真空无法传声”“阻力对物体运动的影响”“电路短路”“家庭电路”等课题。学生发现手机不再只是具有通信、娱乐的功能，还是一台可随身携带的多功能实验仪器，这能驱使学生平日学习之余随时随地地探索科学方面更多好玩的事情。

2.3    融合信息技术的数据收集、处理与分析，发展学生的探究能力和提升探究的热情

在日常实验探究课上，学生对亲自动手探究的热情不大。在分组实验的过程中个别学生只是看着同组同学做实验，自己完全不参与。这其中的原因是很多学生认为探究实验无非是对已经被证明过的结论再验证一遍的过程，索然无味。如果不提升他们的探究热情，更别提能发展他们的探究能力了。

除了实验操作过程观察、体验物理现象，实验数据的收集、处理与分析论证，也是学生经历科学探究的一个重要内容。传统的探究课上，学生一般只收集3～5组的数据进行分析，这过少的数据里若再出现错误数据，会降低学生进行数据分析的效率，降低他们的探究热情。融合信息技术的数据收集、处理与分析能大大改善这一情况。

案例3：在“科学探究：速度的变化”一课中，“探究小车沿斜面下滑的速度变化情况”这一探究活动，学生对于“小车沿斜面下滑速度越来越快”的结论本就心中有数。且由于小车下滑的斜面长度有限、小车下滑时间过短，数据收集、处理的传统做法是学生一般只采集小车所通过的上半段、下半段、全程的路程与所用的时间这三组数据，再利用速度公式进行计算和分析。数据太少和计算太简单讓学生对实验结论的分析论证变成完完全全的形式主义，大多数学生直接根据已有的经验对实验结论进行解释与描述。

笔者的创新做法是在分组实验过程中要求学生使用平板电脑将小车沿斜面下滑的过程拍摄成短视频，实验结束后，在平板电脑上打开“剪辑师”这一视频编辑软件，导入实验短视频，通过放大时间轴，精细地选取小车下滑过程中的多个时间段，并在暂停的视频画面中找出小车在斜面自带刻度尺上对应的路程数据，将它们记录下来，再利用速度公式进行计算和分析。采用这样的方式可以解决原有的不易记录时间的问题，学生对足够多的数据和证据进行解读之后，进一步开展热烈的小组交流活动，最后论证而来的结论也具有足够的说服力，整个过程大大激发了学生的探究热情。

案例4：在“科学探究：电流与电压、电阻的关系”一课中，数据收集、处理的一般做法是收集3组数据，手动在坐标纸上将表格数据绘制成函数图像，再进行分析论证，但不足的数据与手动绘图往往让学生无法顺利地获得正确的函数关系，尤其是电流与电阻的反比关系。笔者在这一探究活动中，要求学生在实验过程中至少测量并记录5～7组数据，实验结束后应用Excel软件处理数据，导入数据后可以立刻观察到数据点分布在一条反比例曲线上，软件根据这条曲线来拟合这些数据点，而学生可以方便、快捷地根据这个拟合结果获得电流与电阻的反比关系。

在大数据时代到来之际，应用信息技术来处理数据，就是一项关键能力，可以促进学生形成良好的信息素养并发展学生的科学探究能力。

2.4    融合信息技术的交流与评估，发展学生的创新思维和树立科学态度

教学时间有限，在科学探究课上一般没有足够的时间让学生经历对一个问题的所有猜想与假设进行全方位的探究，通常会采取分组实验，把要探究的内容分配到各小组，实验结束后再一起分享数据进行交流。交流、分析论证是学生的思辨活动，经历这一过程，才能真正培养学生的高阶思维，而融合信息技术会让这一思辨活动过程更高效。

案例5：在“科学探究：物质的比热容”一课中，笔者融入“智慧课堂”这一信息技术，让学生将利用Excel绘制的“物质温度-时间图像”上传到班级空间，笔者根据在学生分组实验指导过程中发现的问题，选取两组图像展示在大屏幕上。第一组对比图像（水的温度-时间图像）是来自两个实验小组，学生很快就发现了问题：同样是水，为什么水温上升快慢不同？第二组对比图像是来自同一个实验小组，分别是水和煤油的温度-时间图像，学生再次发现问题：其他条件相同的情况下，这一组实验中的煤油升温一开始比水快，为什么后来出现升温速度比水慢的情况？

清晰直观的图像对比引起学生的思维冲突，激发了学生探究和交流的兴趣，在热烈的讨论中他们逐渐了解到：第一组影响水升温快慢的原因可能是两小组所用加热器的供热速度不同，也可能是所加热的水的质量或初温不同，还可能是两小组装置的散热不同。而在第二组对比中，煤油出现升温速度比水慢的原因是因为该小组所设计的加热方案是水浴法加热，一开始试管中的煤油、水与烧杯中水的温差一样，所以吸热速度一样，煤油升温快于水，与实验结论相符。一段时间之后，试管中煤油与烧杯中水的温差小于试管中水与烧杯中水的温差，煤油吸热速度慢于水，于是出现煤油升温慢于水的情况。

在这些实验中，信息技术的融入提高了整个实验的可探究性，通过这样反复思考、交流实验设计和解决分组实验过程中的问题，学生所进行的是有深度的科学探究，学生不仅发展了科学探究的能力，也因为对结论的质疑与进一步的探究发展了创新思维和树立了正确的科学态度，进一步落实了物理核心素养的培养。

3    结束语

随着5G时代的到来，进行信息技术融合的先天条件越来越好。在设计、组织教学的过程中，教师应主动地将信息技术融入到教学中，但也要注意如何把握教学的核心，因为过度使用信息技术手段也会是另一种变相的“灌入式”教学。在信息技术与科学探究教学融合的探索过程中，应积极开发新的融合案例，更新传统的教学手段，实现教学方式的多样化，以满足学生个性化发展需求，让基于核心素养的物理教学真正落地。

参考文献：

[1]庄旭虹，叶平宝.以学生为主的实验探究教学建议——以沪科版教材为例[J].中学物理，2020，38（09）：2-4.

[2]杨勇诚.初中物理教学中提高科学探究实效性的五项建议[J].中学物理教学参考，2020，49（05）：1-4.

[3]孙东振.促进深度学习的初中物理实验教学优化——以“实验探究：物质比热容”实验教学为例[J].中学物理，2020，38（09）：33-35.

（栏目编辑    赵保钢）