信息技术环境支持下构建高效物理课堂的实践研究＊

文 翁宗琮

信息时代的学习要求从传统的维持性学习向未来的创新性学习转变，信息技术环境支持下的高效物理课堂刚好为学生提供了这一平台。信息技术环境支持下构建高效物理课堂的实践研究，目的是促使教学问题简单化、教学方式数字化、教学成果展示网络化和教学过程信息化、互动化。实践表明，信息技术环境支持下的高效物理课堂具有较强的实操性和较好的教学效果，为中学物理课堂教学带来活力。

一、问题的提出

在中学物理教学过程中，探究实验是十分重要的组成部分。物理学规律是从大量的实验事实中提炼出来的，因此不仅可靠，而且逻辑性强。中学阶段的探究实验有助于培养学生的知识获取技能、知识迁移技能和知识创新技能。但是笔者通过多年的物理教学发现，虽然让学生到实验室动手实验是第一选择，但是由于学校的实验室建设没有及时跟进与更新，或者实验室人员配备不足等客观原因，多数教师选择了课堂演示实验。这种讲台上的演示实验，后排的学生几乎要“连猜带蒙”来理解。这样一来，有的教师就干脆用多媒体课件或软件来演示实验，美其名曰“信息技术与物理学科整合”。单纯地用软件或者多媒体课件来代替演示探究实验是不科学的，因为这种信息与知识的交流方式让学生无法形成从感性到理性的知识体系，难以真正掌握物理基础知识。

二、信息技术环境支持物理课堂的现状

随着信息技术的迅速发展和应用的普及，信息产业已成为我国的支柱产业，其规模已居世界第二位。北京师范大学的黄荣怀教授提出：“第四代数字校园(智慧校园)能够有效支持教与学，丰富学校的校园文化，真正拓展学校的时空维度，以面向服务为基本理念，基于新型通信网络技术构建业务流程、资源共享、智能灵活的教育教学环境。[1]”目前，基于WlFl 无线网络的智能设备以及各种传感器设备已经比较成熟，如何在物理课堂中有效地使用这些设备是笔者一直在研究的问题。

三、信息技术环境支持下构建高效物理课堂的途径

1.基于温度传感器的海波熔化与凝固实验

(1)研究背景

晶体与非晶体熔点和凝固点是广州市中学物理教材八年级第三章《物态变化》中十分重要的概念。《义务教育物理课程标准(2011年版)》提出了以下要求：“经历物态变化的实验探究过程，知道物质的熔点、凝固点和沸点，了解物态变化过程中的吸热和放热现象。用物态变化的知识说明自然界和生活中的有关现象。”在进行此章节的教学过程中，大部分教师都通过做海波熔化演示实验，结合晶体熔化图像得到熔点定义，结合晶体凝固图像得到凝固点定义，最后得出结论：“同一种物质(晶体)的凝固点和它的熔点相同。”但是无论是学生动手实验还是教师演示实验，在操作过程中都会发现海波的温度一直缓慢上升，利用传统温度计根本无法观察海波在48℃停留，或者停留的时间十分短暂，不能得出课本所描述的结论。

(2)应用模式

为了改进这个探究实验，笔者利用USB 温度传感器代替传统的温度计进行演示实验(如图1 所示)。

图1 利用温度传感器测量海波熔化温度

温度传感器的好处是可以设定采集温度的时间间隔，并实时将采集的数据传到EXCEL 表格。教师利用EXCEL 表格可以在课堂实时生成数据图像（如图2 所示）。

笔者将温度数据采集时间间隔设定为每10 秒采集一次数据，结果发现海波在46.69℃有160 秒的停留，结合实时生成的图像，给学生更加直观的认知体验，并极大地提高了学生的学习兴趣。此装置还可以用于汽化与液化等章节的教学，提高课堂教学效率。

图2 温度传感器收集的海波熔化数据曲线图

2.基于超声波测距传感器的机械运动演示实验

(1)研究背景《机械运动》是广州市2012年9月开始使用的修订后的人教版八年级物理教材的第一章，学生在学习这一章节的过程中感到非常吃力，尤其是无法将运动与图像联系起来。

(2)应用模式

由于《机械运动》是起始章节，如果能够充分吸引学生的注意力和激发学生的学习兴趣，对今后的物理学习会有极大的帮助。因此笔者利用具备USB 接口的超声波传感器进行机械运动的演示。超声波传感器能够感应并收集小车运动的速度数据，实时生成相应的运动图像，使学生能够直观地将运动的快慢与运动图像联系起来，从而掌握相关知识点。此举也符合课程标准所提出的要求：“用速度描述物体运动的快慢。通过实验测量物体运动的速度。用速度公式进行简单计算。”

3.基于“WlFl 摄像机”的“翻转课堂”

(1)研究背景

翻转课堂（Flipped Class Model）是一种区别于传统课堂的新型教学模式。传统的教学模式是教师在课堂上讲课，布置作业，让学生回家练习。与传统课堂教学模式不同，在“翻转课堂”教学模式下，学生在家中完成知识的学习，而课堂变成了师生之间和生生之间互动的场所，包括答疑解惑、知识的运用等，从而达到更好的教育效果[2]。所谓的WlFl 摄像机是指支持WlFl 点对点连接智能手机(如iOS、Android)，且有基于移动终端的APP 用于无线遥控操作的设备，同时还应支持1 080P 高清拍照和摄像。

(2)应用模式

在课堂上用支架将WlFl 摄像机挂在天花板的灯管上（如图3 所示），然后用手机查看拍摄画面调整角度，同时用手机遥控拍摄。下课后再通过视频编辑软件将一节课的内容剪辑成几段不同知识点的视频，每段时长大约10 分钟，并通过优酷等网站进行分享。由于WlFl 摄像机的架设和拍摄都十分简单，教师一个人就可以轻松完成所有的工作。因此，将平时每节课都录制下来也变成一件可以轻松完成的事情。

图3 安装简单实用方便的WIFI 摄像机

基于WlFl 摄像机的翻转课堂教学模式的优势在于教师不必在课后重新利用Camtasia Studio 等软件重新制作教学视频，在上课过程中就可以将课堂情况录制下来。这种教学模式可以让学生在课后通过电脑或移动终端回顾课堂的教学过程，巩固知识点。

4.基于LifeCam Studio 高清摄像头的探究实验回放

(1)研究背景

教师在讲台上演示物理探究实验的时候，往往会遇到一个问题，那就是第三排开始往后的学生通常看不清演示的器材和内容。中学生上课经常会有精神不集中的现象，如果教师的探究实验不能吸引学生的注意力，那么物理课堂的教学效果将会大打折扣。这也是部分教师宁愿使用多媒体课件来代替课堂演示探究实验的原因。

(2)应用模式

笔者解决这个问题的办法是利用1 080p 高清摄像头Microsoft LifeCam Studio 辅助教师在课堂上演示物理探究实验（如图4 所示）。这种做法的好处是让最后一排的学生也能够看清楚教师的演示实验，而且该摄像头具备自动对焦功能，让学生不会错过实验的每一个细节。此外该高清摄像头还能将探究实验过程实时录制下来，让教师通过网络进行分享，学生也可以在家里回顾课堂探究实验的内容，加深印象。

图4 具备自动对焦功能的高清摄像头

5.基于“百度贴吧”的移动学习及数字化资源分享

(1)研究背景

Clark Quinn 把移动学习定义为：移动学习是移动计算技术与数字化学习的结合，包括可随时随地获取的学习资源、强大的搜索能力、丰富的交互性、对有效学习的强力支持和基于绩效的评价。它是通过诸如掌上电脑、个人数字助理或移动电话等设备所进行的数字化学习[3]。在我国，北京大学现代教育技术中心移动教育实验室也给移动教育下了一个定义：移动学习(教育)是依托目前比较成熟的无线移动网络、国际互联网和多媒体技术，学生和教师通过使用移动设备来更为方便灵活地实现交互式教学活动[4]。

(2)应用模式

信息技术环境支持下的物理课堂的优势在于能够生成很多数字化资源，例如课堂录像、探究实验录像、传感器实验数据、电子白板实时笔迹、课堂练习、PPT 课件等，但是如何将这些庞大的数字资源整合到一个平台是一个值得深入思考的问题。笔者倾向于使用百度贴吧来整合物理课堂所生成的各种数字资源，利用百度贴吧的优势在于：

①利用“百度贴吧”建立“物理pbl 互助小组”（如图5 所示），分享课堂上教师所使用的PPT 和练习题的电子文件，以及上课视频剪辑而成的物理微课和探究实验视频，引导学生利用网络进行小组互助学习。

②由于贴吧具有基于PC、Android、iOS 等平台的APP，学生可以利用智能手机、平板电脑等设备进行移动学习。

图5 利用百度贴吧整合各种数字化学习资源

四、信息技术环境支持下物理课堂的教学效果分析

为了验证信息技术环境支持下物理课堂的实施效果，笔者以自己2012 学年所任教的初二(1)班36 人作为实验班，以初二(9)班37 人作为对比班，前测选取2012 学年广州市黄埔区第一学期期末教学质量监测，后测选取2012 学年年广州市黄埔区第二学期期末教学质量监测，两次考试均为全区统考。通过spss 软件进行T检验，得出结论：实验班和对比班的学生在第一学期的物理成绩基本相似，即起点相同(见表1)。

表1 2012 学年广州市黄埔区第一学期期末教学质量监测

表1 经双侧T 检验，P=0.988 ＞0.05，说明第一学期这两个班的成绩无显著差异，即几乎相同。经过一学期信息技术环境支持下物理课堂的教学，成绩见表2。

表2 2012 学年广州市黄埔区第二学期期末教学质量监测

表2 经双侧T 检验，P=0.043 ＜0.05，说明这两个班成绩有显著差异，实验班的成绩明显优于对比班。

五、结论

通过对上述数据的分析对比，笔者认为，在物理课堂合理运用信息技术手段，有助于创设有趣的课堂探究氛围，培养学生的主体参与意识，在实施一个学期后，实验班的物理成绩明显优于对比班。信息技术环境支持下的中学物理课堂更能激发学生的学习热情和自主性，使学生更能有效参与物理学习，掌握物理知识的积极性变得更高。通过信息技术的辅助，学生能更灵活地应用所学物理知识，对物理探究性问题的解决更有帮助。

[1]黄荣怀，张进宝，胡永斌，杨俊锋.智慧校园:数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012，18(4):12-17.

[2]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012(4):46-51.

[3]崔光佐，李树芳，孙辨华，陈虎，陆子平.移动教育:现代教育技术的一个新方向[C]//全国高等学校教育技术协作委员会第二届年会学术交流会论文集.重庆:西南师范大学出版社，2001.

[4]胡通海.移动学习的定义、特征和结构[J].软件导刊，2010，9(7):178-180.