运用信息技术 提高学科素养

刘永树

如何借助信息技术来处理实验数据，迅速得出实验结论，达到提高学生核心素养的目的？笔者以“电流与电压和电阻的关系”为例，谈谈自己的看法。

一、Excel数据处理，使实验结论一目了然

“分析与论证”环节要求学生具备较强的归纳能力，最终目的是能从物理现象和实验数据中分析归纳出科学规律。

师：各小组完成电流与电压的关系探究任务后，请将实验数据填入设计的电子表格中。然后，小组内讨论、交流如何用电子表格处理实验数据，通过分析实验数据，能得出怎样的实验结论？

生1：我代表第1小组汇报。我们组将收集的实验数据按升序排列（表1），比较每次电压和电流，发现当电压成倍变大时，电流也成倍变大，且电压与电流的比值一定。由此可得出，当电阻一定时，电流与电压成正比。

生2：我代表第2小组汇报。我们组用电子表格将表1的实验数据生成了电流与电压关系图像。具体做法是，先选择电压和电流两行实验数据，再选择“插入”“图表”，然后选择“xy散点图”“带平滑线和数据标记的散射图”，系统自动生成电流与电压关系图像（图1）。延长该直线，发现直线通过坐标原点，说明此图像是正比例函数图像。分析图像后，我们认为，当电阻一定时，电流与电压成正比。

师：以上两个小组对实验数据的分析有理有据。第1小组从正比数学定义角度分析，得出实验结论。第2小组会借助信息技术生成函数图像，省时省力，也能迅速得出实验结论。

在“分析与论证”环节，教师要给学生足够的课堂时间，充分发挥学生的团队优势，让学生自己发现问题和解决问题。

二、化曲为直，使实验结论准确无误

学生将实验数据转变成图像时，会出现非线性图像。

师：各小组完成电流与电阻的关系探究任务后，请将实验数据填入设计好的电子表格中。然后，小组内讨论、交流，通过分析实验数据，能得出怎样的实验结论？

生1：我代表第3小组汇报。我们组探究的是电流与电阻关系的实验，将收集的实验数据填入电子表格中（表2）。经过小组讨论，我们对实验数据进行筛选，去掉（1.5，0.15）和（1.8，0.12）两组实验数据，因为这两组数据没有运用控制变量法。我们对剩下的三组实验数据进行升序排序，发现了数据间的规律：当定值电阻两端的电压不变时，定值电阻的阻值由5Ω→10Ω→15Ω逐渐变大，通过定值电阻的电流由0.2A→0.1A→0.06A。分析实验数据大小关系，当电阻的阻值变大时，通过电阻的电流反而变小，并且电阻的阻值成倍变大时，通过电阻的电流反而成倍缩小，但电流与电阻的乘积为定值。由此推断，当电压一定时，电流与电阻成反比。

师：表2中的数据能不能用图像来处理呢，通过图像能否得出相同的实验结论，请各小组讨论交流，然后推荐代表发言。

生2：我代表第4小组汇报。我们组用电子表格对表2的实验数据进行处理，生成电流与电阻关系图像。具体做法是，先选择电阻和电流两行实验数据，再选择“插入”“图表”，然后再选择“xy散点图”“带平滑线和数据标记的散射图”，系统自动生成电流与电压关系图像，如图2所示。由于图像很像一条双曲线，我们认为电流与电阻成反比关系。

生3：我代表第5小组汇报，质疑第4小组的分析和结论。他们说，圖2的图像很像一条双曲线，但不能肯定是双曲线，既然不能肯定是双曲线，也就不能得出电流与电阻是反比关系。

师：设想下，如果图2中的图像是反比例函数，也就是电流与电阻成反比，那么电流的倒数与电阻（或者电流与电阻的倒数）是什么关系？电流的倒数与电阻图像又会是怎样的？

生4：我代表第6小组汇报。我们组经过观察、讨论，认为电流与电阻的图像类似反比例图像，如果这样的话，电流与电阻的倒数的图像就是正比例图像。我们组决定利用电子表格的自动计算功能，将电流值先变成电流的倒数（表3）。选择电阻和电流的两项倒数数据，“插入”“图表”，选择“xy散点图”“带平滑线和数据标记的散射图”，自动生成的图像如图3所示。延长该直线，图像是一条通过坐标原点的直线，说明电流的倒数与电阻成正比。

生5：我代表第7小组汇报。我们想补充的是，为什么用电流的倒数作为纵坐标呢？我们是这样想的，如果电流与电阻成反比，从数学角度上看，电流的倒数肯定与电阻成正比;反过来，如果电流的倒数与电阻成正比，也可得出电流与电阻成反比。

师：第6小组的方法太好了，他们能将不确定的反比双曲线图像变成确定的正比直线图像，这是非常了不起的办法。第7小组解释了第6小组做法的理由，两个小组运用的思维其实就是逆向思维。我们把曲线图像转化为直线图像的方法叫化曲为直法，这样得出的实验结论才更可靠。

在分析与论证环节，运用Excel强大的数字处理功能，不仅可以节约课堂时间，还能降低学生学习难度，显著提高课堂教学效率，对培养学生的核心素养起到了关键作用。

（作者单位：十堰市竹溪县城关初级中学）

责任编辑  张敏