高中物理生态化教学资源的开发和利用，本文主要内容关键词为：教学资源论文,高中物理论文,生态论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
生态化是指将生态学原则渗透到人类的全部活动范围中去，用人类和自然协调发展的观点去思考和认识问题，并根据社会和自然的具体可能性，最优化处理人和自然的关系。[1]
物理生态化教学是指物理教师整体协调与组织教学系统内外诸多要素，主动开发和利用各种课程资源，营造对学习者有意义的真实情境，组织有利于发展学习者主体性、独特性和社会性的活动，将学习者的学习与个体发展置于开放性的，与其他成员、物理环境和社会环境不断互动的物理课堂教学系统之中，从而促进学习者有效达成物理教学目标的过程。[2]物理生态化课堂教学在内容设计上要求把“学校物理”与实际生活紧密联系起来，在充分利用好学校条件资源的基础上，筛选现实环境中可利用的、与教学内容关联的“潜在资源”来创设真实或接近真实的物理学习情境。由此可见，为了维持物理课堂生态系统的平衡发展，优化教学过程，生态化课堂教学要求既要利用现有的课程资源，又要因地制宜，多渠道、多方式地开发新的物理教学资源，特别是开发身边潜在的物理教学资源。
一、重视教科书等文字教学资源的开发与利用
书本是最古老的教学资源，也是主要的教学资源，因此要重视直接从教材中开发物理教学资源。教师可以优化教学内容，对教材进行再创造，使教学更和谐有序，从而达到优化课堂教学的目的。如在讲解了匀变速直线运动规律之后，可以补充讲解图像推导法。用v-t图的斜率知识推加速度公式，用面积法推位移公式，使学生可以从另一角度理解运动规律，使学习更灵活、多样，并且容易记忆。还可以增加演示实验，以配合教材使用。总之，教材的二次开发应该摒弃不必要的铺垫，融进教师鲜明的个性设计，具有探究性、开放性和丰富性，建构一种研究性的程序与氛围，让教学活动充满趣味和启发，让学生得到更多的体验或感染。
另外，各种科技图书、期刊和报纸也是重要的文字教学资源，很多内容可为物理教学所利用。教师要指导学生有效地阅读这些课外资料，以拓展学生的知识面，激发学生热爱科学、探索科学的热情，实现资源共享。
二、倡导非常规物理实验器材的应用，开发日常生活中的物理教学资源
“非常规物理实验”是指利用学生熟悉的生活易得品、材料、器具、人体以及儿童玩具等开发进行的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验，又称“随手取材”的物理实验。与常规物理实验相比，它更能激发学生的兴趣，更能引起学生参与学习的主动性和积极性，更有利于促进学生手脑并用和发展学生实践能力、探究与创新能力。
教师可有意识地把可乐瓶、易拉罐、饮料吸管、胶带纸等带进课堂进行演示实验和学生分组实验，拉近物理学习与生活之间的距离。可鼓励学生用常见的生活器具做家庭物理实验。如利用可乐瓶透明、绝缘性能好、比较牢固、易加工等特点，用它来做“完全失重现象”“水流星表演”等小实验；利用玩具手枪测量子弹射出时的速度；利用电视机的荧光屏做静电实验；选用玩具陀螺，将它旋转起来，用滴管将墨水滴在它的旋转面上，从纸面上留下的痕迹，可观察分析曲线运动的速度方向；学习弹簧伸长与弹力关系后，可以利用圆珠笔中的弹簧，设计一个测量该弹簧的劲度系数的实验；学习机械能守恒定律后，还可以利用圆珠笔估测弹簧压缩时所具有的弹性势能，等等。这样使学生将日常生活与物理联系起来，更容易激发学生的兴趣和求知欲，在日常生活中体验学习物理的快乐。
三、计算机辅助物理实验系统（DIS系统）的应用
计算机辅助物理实验系统利用计算机接口技术，进行物理量采集、测量、数据记录及处理等，实现了中学物理实验设备与计算机的组合使用。它具有以下显著的优势：以真实实验为基础；填补测量空白，拓展了实验范围；优化实验数据的呈现、记录和处理方式，改进了实验方式，提高了实验质量。特别是可以对采集到的数据进行处理，通过引入公式、曲线拟合等各种方法探索实验过程的规律，并以图线和表格等形式直观地显示处理的结果；还可以通过图线的暂停、放大和回放等功能帮助捕捉体现物理规律的关键细节。
如利用DIS系统可以探究加速度与力、质量的关系，实验装置图及数据图线处理见图1。
借助DIS系统，还可以比较方便地根据不同的目的设计实验，如可设计某个实验专门观察某一过程，研究一些物理量之间的关系等等。实验既可以是探究性的，也可以是开放性的，学生借助DIS系统可以更自由地设计某个实验来验证他们的想法，为学生大胆创造提供实验平台。如运用如图2所示装置，来研究滑动摩擦力与接触面积的关系及测量最大静摩擦力。
在活动组织上，要求教师选择探究内容时必须是有计划的并且符合学生认知水平和知识范围。教师应给学生明确的探究目标，创建一个可以供学生自由交流、提出问题、积极承担并努力完成小组任务的探究环境。在整个实验过程中，教师需要在教学设计上对该如何完成探究目标有清楚的认识，提出引导问题，帮助学生探究或激发学生做出决定。为了填补学生在计算机采集数据时学习任务的空白，教师需要不断地引导学生思考相关问题。如：哪些变量是有用的，猜想即将出现的现象，对出现的实验现象做出合理的解释等。
四、加快多媒体课程资源的开发与利用
现代信息技术的迅猛发展和网络技术的广泛应用，为物理课程提供了丰富的课程资源。将信息技术与物理课程整合，既有利于学生学习物理知识和技能，又有利于学生收集信息、处理信息和传递信息能力的培养。挂图、幻灯片、录像带、视听光盘、多媒体软件等都是常用的课程资源，这些资源可为学生的充分感知创造条件，也可以重新组织情景、突出事物的本质特征，促进学生对重、难点知识的理解。
图1
有些物理实验不能做，却可以通过多媒体仿真实验来实现，多媒体最大的优势是可以“动”“静”结合，并相互转换，创设情境。学生通过观察生动形象、直观逼真的模拟实验，可以加深对知识的理解。例如对教学内容比较抽象的分子、自由电子、电流和磁场等可以用多媒体创设更加直观便捷的课堂教学情境；通过让学生观察α粒子散射的动画模拟实验，呈现实验装置、实验过程、实验现象，从而激发学生探究原子结构奥秘的兴趣，积极分析实验现象、猜想、推理原子的结构情况；利用Flash制作一个曹冲称象的动画，可以让学生看到等效替代的一些基本特征。
图2 利用DIS系统研究滑动摩擦力的实验
有些物理实验过程太快，实验中的一些细节一闪而过，致使学生对整个实验过程中出现的现象很难把握。可以利用多媒体技术放大、调控实验现象的作用，以生动形象的视听效果，模拟再现一些物理现象和过程，将瞬息即逝的短暂过程或现象延缓、拉长、重现，做到动中有静，静中有动，不但物理情景非常鲜明形象，而且可以无限地延伸学生的各种感官，拓宽感受的失控领域。例如自由落体运动、平抛运动的慢镜头模拟展示运动过程；利用多媒体动画技术把游标卡尺的结构投放到大屏幕上，使每个学生看得清清楚楚，就能更好地学习游标卡尺的读数及使用。
要重视视频资源的建设，用视频资源提供教室中难以呈现的自然现象，与现代科技联系的事物以及微观世界的图像。如通过惊心动魄的雪崩视频让学生感受重力势能，这样的视频展示，给人留下极其深刻的印象，其效果是语言或图片等媒体难以比拟的。
随着计算机和网络的不断发展，网络课程资源的重要性也不断增大，要积极开发和利用网络课程资源。对网络课程资源的利用主要包括网络课程资源的搜索和获取、对资源的下载及管理、利用网络组织学生进行课题研究等方面。如在“万有引力定律”这部分教学内容时，我们可以通过网络搜集需要的物理学史、天文知识、物理观念和方法、现代科技等方面的知识。
五、教学资源开发和利用的实践——“超重与失重”教学案例
1.课题导入
演示1：如图3所示，在纸带中间部位剪个小缺口，纸带的一端牵挂一重物，重物另一端用手托住，提起重物向上匀速运动，这时纸带没有断；然后向下匀速运动，纸带依然没有断；提着重物向下加速运动，突然停住，纸带断裂！问：纸带为什么会断，到底在什么时候断？
（这个实验的设计简单而巧妙，做向下加速实验前，可先让同学们猜测。让人直接体验了超重又有些意料不到。）
演示2：取一袋有水的可乐瓶，在底面打一小孔，水从孔中喷出。现让可乐瓶竖直向上抛，问：此时，水还会不会再从小孔中喷出？（也可以师生共同做抛接水瓶游戏）
（将孔开在底部和做竖直抛起，增强思维冲突。这一问，还真不敢轻易下结论！实验前，可先让同学们猜测。）
学生在趣味实验的激发中，在问题的引领下，“我要学、我想学”的情绪洋溢着整个课堂。趣味实验虽简单，但学生对其的热情高涨出乎教学前的预料。
图3
图4 记忆型超重失重演示器
2.分组实验——感受超重（失重）现象
教师在考虑学生实验操作技能和现有发展水平的基础上，让学生自行设计实验方案感受超重（失重）现象时，实验仪器用的是教师自行改装的“记忆型超重失重演示器”，即台秤加装定向片与记忆指针，自行改装成的“记忆型”，如图4所示。重物对平台的压力大小可以通过指针的偏转来显示，通过定向旋钮，记忆指针分别可以“定格”压力在变化过程中的最大和最小值。这个仪器用记忆指针将其“定格”，在分组实验中，体验超、失重，效果非常好，突破“瞬间即失”的实验难点。
3.丰富现象，回归实践环节
实例1：一个同学站在健康秤上完成一个下蹲和起立的过程，另外一个同学观察健康秤示数的变化情况。让学生仔细观察读数：人站在秤上静止时健康秤的示数为多少？在下蹲的过程中健康秤的示数发生了怎样的一种变化？最后当他蹲下后静止时示数又为多少？在站立的过程中健康秤的示数发生了怎样的一种变化？然后，重放过程的录像，可以慢镜头看清每个环节。
实例2：让学生谈平时乘电梯时的感受，并试着解释。然后看事先拍摄的运动的电梯内学生健康秤示数变化的视频，以强化学生正确的生活体验，纠正错误的体验。
DIS实验模拟：用布娃娃代替人，做用力放下后停住与拉起后停止的运动，来模拟“下蹲和起立的过程”和“乘电梯过程”（布娃娃的底部放置有压力传感器），描绘出的压力和时间的变化关系曲线如图5所示，让学生体会到科技的力量。
图5
实例3：观看“神州5号的发射、运行、回收过程”剪辑录像，并配一些图片让学生思考：
①升空时杨利伟为何要采取躺着的姿势？杨利伟说：“当飞船升空时，感到有载荷，即胸部有压力，平时训练时这种压力可达到8个G。”
②杨利伟又说：“在箭船分离时，感到身体突然被抛了一下，就飘起来，船里的尘埃也飘起来了”……
让学生试着理解这些话语或事件，并提供相应网页链接鼓励学生课后继续查阅自己感兴趣的一些问题，如太空饮食，太空睡觉等等。此环节，学生可能会举出过山车下滑、跳楼机或蹦极运动的惊险与刺激，身体轻飘的感觉，被甩的感觉等等，教师应及时捕捉学生创新思维的火花，并正确引导，指出问题的实质。
讨论交流三个事例，使问题获得从感性到理性的升华。DIS实验让学生感受到新科技给物理实验带来的革新。相关链接指引学生课外学习的方向。课堂上提供的丰富教学素材和相关链接，既介绍超重和失重现象的利与弊，又让学生体会物理与科学的联系，感受科技离我们并不遥远，激发学习的兴趣，培养学生想象力及综合分析问题的能力，并鼓励学生课后搜集、查阅资料。
4.反馈应用，巩固知识
①用冰淇淋纸杯做失重实验。如图6所示，把两个金属螺母（直径10mm～12mm）拴在一根橡皮筋的两端，再把橡皮筋的中点用一短绳固定在冰淇淋纸盒（或铁罐）底部正中，让螺母挂在空盒的口边上。实验时让空盒从约2m的高处自由下落，你会发现螺母被橡皮筋拉回盒中，并发生“咔嗒”的撞击声。请你试一试，并思考：为什么下落时，螺母会被拉入到盒内？
②用手电筒做超重、失重实验。将手电筒竖直向上放置，打开开关，旋松后盖使小电珠恰能点亮。实验时手持电筒，保持它在竖直方向，突然向上运动，你会看到小电珠熄灭。如果使上述电筒的后盖稍许再旋松一点，直至小电珠刚刚熄灭，然后手持手电筒突然向下运动，小电珠就会点亮。
图6
通过生活趣味极强的“做一做”进一步巩固结论，让学生运用超重、失重知识解释生活中的现象和问题，培养学生分析、解决问题的能力和动手能力，真切感受到超重和失重就在我们身边，体验物理知识的生活化。