教育信息化2.0时代提高初中物理实验教学有效性的策略*——以苏科版八年级物理“凸透镜成像的规律”教学为例

郑智伟

(常州市第二十四中学天宁分校 江苏 常州 213017)

朱超颖

(常州市第二十四中学 江苏 常州 213000)

1 初中物理实验教学的重要性

初中物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程[1]，并且实验教学是物理教学的重要组成部分.

首先，物理实验是初中物理教学的坚实基础.在物理概念、物理规律的教学中由于部分学习内容抽象，加上课程本身具有较强的思维性、逻辑性、复杂性，导致初中物理教学必须以实验为基础.在教学过程中需要将理论知识与实践相结合，避免“纸上谈兵”式的教学，通过物理实验帮助学生锻炼观察能力、发展实验能力，提高科学素养[2].

其次，物理实验是初中物理教学的重要方法.物理实验将复杂的条件简化，借助实验设备，突出了研究对象的主要因素，排除了次要的非本质因素，帮助学生创造一个恰当的实验环境，以发现和验证知识.在此基础上，通过演示实验或学生实验，将需要认识的某种性质或关系以比较纯粹的形态表现出来，进而让学生观察实验现象，形成自己的概念，以便学生理解物理概念、掌握物理规律.

最后，物理实验是初中物理教学的重要抓手.基于物理实验直观具体、生动形象的显著特点，在教学中通过合理运用物理实验，提高学生的求知欲望，让学生更加积极主动地参与到教学过程中，进而将物理知识与自然现象、生活实际相联系.

2 传统初中物理实验教学的困境分析

随着教育信息化2.0时代的来临，传统初中物理实验教学所面临的困境逐步显现，主要表现在教学观念存在误区、组织方式较为单一、教学技术应用较浅等方面.

首先，传统初中物理实验教学的教学观念存在误区.部分教师对于初中物理教学的定义仍然停留在传授知识上，没有充分认识到实验教学在培养学生核心素养中的重要意义[3].片面追求学生对知识点的掌握，忽略了对学生观察能力、动手能力、科学态度、合作精神等方面的训练和培育.加之部分教师认为有的物理实验条件难以控制，如水的沸腾实验难以控制水沸腾的时间，故有的教师为了按时完成教学任务甚至选择不在课堂上呈现，仅仅将课堂作为教书的讲堂，形成了重“知识学习”轻“过程探究”的现状，不利于师生的发展.

其次，传统初中物理实验教学的组织方式较为单一.传统课堂教学组织方式主要为班级授课制，在这种组织方式下教学中更多地强调学生的均衡，容易忽视学生的个体差异.并且在实验教学的学生实验中，部分教师在课堂上会把一些需要测量的数据告诉给学生，学生只能按照老师讲的步骤，得到相应数据、结论，匆匆了事.部分学生没有通过思考而进行的被动操作，限制了学生的思维，大多数的学生并没有达到实验的目的，对于激发和培养学生的创新意识，提高学生的思维能力并没有起到很好的作用，达不到新课程提出的目标要求.

最后，传统初中物理实验教学的教学技术应用较浅.在初中物理教学中，实验是激发和提高学生学习热情的有效渠道之一，但从当前初中物理实验教学现状来看，教学技术在应用时存在技术与学习脱离的困境.一方面，部分教师自身信息素养不足，在课堂上并未能够灵活运用现代教育技术，进而难以为所教学的内容提供有效服务；另一方面，教学技术仅仅成为教学资源再现的简单工具，并且可能由于学生突然生成的问题导致利用教学技术“精心设计”的环节被打乱，不利于教学活动的有效开展.

3 教育信息化2.0时代提高初中物理实验教学有效性的策略

由于初中物理实验教学在物理教学中具有重要地位，加之随着时代的进步，传统实验教学存在一定的困境，故在教育信息化2.0时代如何提高初中物理实验教学的有效性是关键.接下来本文将以苏科版八年级第四章第3节“凸透镜成像的规律”为例，尝试从教学观念、教学组织、教学技术3个层面提出相关策略，以期提高初中物理实验教学的有效性.

首先，在教学观念上需以培养核心素养和关键能力为目标定位.在“凸透镜成像的规律”教学中，为了保证科学探究的真实性和有效性，预防学生的盲目探究和教师的越位引导，将“探究凸透镜成像的规律”学生实验分解为3个探究环节，分别为初探凸透镜成像的规律(准确找到一个倒立、缩小的实像并能准确记录物距和像距)，再探凸透镜成像的规律(在光屏上寻找不同性质的实像并记录实验数据)以及终探凸透镜成像的规律(能够找到正立、放大的虚像)，通过螺旋式上升的认知过程指导学生自主学习.如在初探凸透镜成像规律的环节中，根据所进行的猜想与假设，即“物距影响凸透镜成像的性质”，让学生尝试选择所需要的实验器材.由于在此前已学习过小孔成像、平面镜成像，学生易得出需要物体(或光源)、凸透镜、光屏3种实验器材，再通过引导结合所需探究的影响因素为物距，易知需要刻度尺，教师此时顺势引出光具座并进行简单介绍.在此基础上，帮助学生进一步明确物距和像距，以及实验操作时需注意的要点.

教学片段：

师：既然要探究的是凸透镜成像规律，那么肯定要让物体反射的光线或光源发出的光线经过凸透镜后成像.如果老师将凸透镜固定在光具座50 cm刻度处，移动物体的位置到18 cm刻度处，此时在凸透镜的右侧左右移动光屏的位置，直到光屏上呈现出最清晰的像，记录光屏的位置为68 cm刻度处，并记录物距和像距，之前有同学在实验纸上记录物距为18 cm，像距为68 cm，请问是否正确？若不正确如何改正？

生：不正确，物距和像距记录错了.物距是物体到透镜的距离，应为32 cm，像距是像到透镜的距离，应为18 cm.

师：很好，看来同学们已经知道如何准确记录物距和像距了.如果给定焦距为10 cm的凸透镜，请同学们两人一小组在光屏上找到倒立、缩小的实像.先将实验器材依次安装在光具座上，然后开始实验.并将相关实验数据记录在实验记录纸上.

生：学生动手依次安装实验器材，并尝试在光屏上寻找清晰的倒立、缩小实像.但在实验过程中存在遇到无论怎样移动光屏都无法在光屏上找到像、所成的像较为模糊时就记录物距和像距、当物和像大小相近时难以准确判断成像性质等问题.(教师巡视，并将学生实验操作时遇到的问题进行拍摄.)

设计意图：通过展示学生记录错误的实验数据，再让学生对其进行评价，在这样评价他人的过程中有助于学生进行自我反思.

由于在凸透镜成像中倒立缩小实像最易找到，故让学生寻找倒立缩小实像，随后教师运用信息化手段，将拍摄到的错误操作或问题实时发送到学生的平板上或投屏到公屏，进行一一地呈现，再让其他学生指出其错误所在并进行改正，通过即时评价从而总结出如何寻找实像.这样的教学观念相较于直接告诉学生如何操作而言，更加注重学生的自主学习，进而有助于让学生自己发现问题，运用已知，自己解决这一类“跳一跳就够得到”的问题.既让学生加深了印象，又培养了学生的实验能力.

其次，在教学组织上需强化学生的动机与兴趣、注重差异化及个性化教学.如学生在进行再探凸透镜成像规律实验时，由于学生间存在差异性，导致部分学生完成较快，能够快速准确地收集到凸透镜成不同性质实像时的物距及像距，为避免这部分学生荒度课堂时间，当这部分学生完成再探实验后，利用平板或公屏推送选做实验：“实验中，若将凸透镜用不透明物体遮去一半，光屏上所成的像还完整吗？像的亮度有无变化？”“实验中，降低(或升高)物体(F光源)的高度，则光屏上像的位置如何变化？”通过正视学生间的差异，加强教师与不同学生间的互动，让学生的自主学习高效化.

最后，在教学技术上需将技术有机地运用到初中物理实验教学的全过程，强化信息技术与初中物理实验教学的深度融合.如再探凸透镜成像规律中，为使实验结论根据普遍性，将各小组的实验数据均输入到Excel表格中，以期通过大数据的方式找寻凸透镜成像的规律[4].但发现实验数据较为杂乱无章，不便于总结凸透镜成像的规律，故利用信息化的便捷性，将所有小组的实验数据以物距为主线进行降序排列，如图1所示，可以清晰地发现成像性质.为提高教学的有效性，进而对倒立缩小实像、倒立等大实像以及倒立放大实像分别筛选，通过对不同性质像的物距逐一分析，最终得到物距大于一倍焦距部分的凸透镜成像规律.

图1 Excel表格中部分数据

在再探凸透镜成像规律实验中，通过分析与总结发现物距小于一倍焦距时，不能在光屏上找到清晰的像，但是此时光源是否能够通过凸透镜成像？若可以此时的像在何处？像的性质又是什么？以此引发学生的进一步思考，进行终探凸透镜成像规律.学生通过动手实际操作后，能够找到与物同侧的正立、放大虚像，进而将凸透镜成像的规律补充完整.在此基础上，为进一步强化学生对于物距小于一倍焦距时成正立放大虚像的理解，借助信息化技术，为学生展示随着物距减小，像的正倒、大小、虚实的变化情况，如图2所示.通过这样连续、动态的过程，帮助学生进一步理解、记忆并从整体上把握凸透镜成像的规律，以提高实验教学的有效性.

图2 凸透镜成像的规律的动态动画