为了让学生在初中阶段就进入信息世界的大门，笔者针对目前初中物理教材中关于电学部分的内容和实验问题，在电学中渗透信息技术的有关内容，同时借助信息技术开发实验，探索数字化教学创新之路。

　　一、电学与信息技术融合的必要性

　　随着科学技术的发展，信息日益成为经济社会发展的重要资源之一。信息素养是21世纪人们必须具备的素养，它对于国民整体素质的提升和国家发展具有重要的战略意义。物理学科侧重于培养学生利用知识解决问题的能力，信息技术则侧重于培养学生利用技术解决问题的能力，只有两种能力结合起来才能够有效培养学生解决现实问题的能力。因此，将物理课程与信息技术有机结合，在物理教学中渗透信息学知识，用信息技术手段辅助解决物理问题，在物理学科中植入信息技术的元素，对于信息时代创新人才的培养具有重要的意义。

　　现行课程标准下的初中物理教科书侧重于学科基础知识，与技术应用结合不够：（1）电学涉及的知识内容已落后于现代电子科技。课本内容以小灯泡为基础实验器材，而现实生活已是二极管、三极管、传感器等随处可见的电子世界，学生学习的知识在现实生活中找不到适合的载体和真实情境。（2）涉及新技术的题目（如光敏电阻、压敏电阻等）停留在做题和理论分析的阶段，以应试为主，缺乏实践，不利于培养学生在情境中解决现实问题的能力。（3）缺乏从传统电路到电子技术过渡线索，没有让学生感受信息技术带来的变革与力量，缺少对信息素养的渗透，不利于创新人才的培养。（4）学生发现新问题并解决问题需要电子信息技术的支持，但课本中缺乏相关知识或技能的渗透。因此，在物理电学中渗透电子信息技术知识，利用电子信息技术辅助教学，促进物理学与电子技术的深度融合是值得关注和亟待解决的问题。

　　二、电学与电子信息技术的融合方案

　　（一）融合框架

　　电子信息技术以电路知识为基础，应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理，因此电子技术本身既是数字化的内容，也是数字化的工具。在初中物理课程中的电学部分渗透电子信息学的知识，利用电子技术的工具辅助教学，这是在初中阶段实现物理课程与信息课程有机融合的有效切入点，是实现数字化物理教学的新方向。

　　电学与电子信息技术的融合思路：初中物理电学教学强调培养学生对电路的解释与分析能力，如电流、电压、电阻的概念及其之间的联系（即欧姆定律），而电子信息技术的用途是利用电子元器件（二极管、三极管等）和集成电路（单片机、芯片等）对信息实现控制，在这方面应侧重培养学生提取数字信息的能力与控制、处理和应用信息的能力。因此，将初中物理电学部分与电子信息技术在内容上进行融合，在应用（工具）上实现嵌入，在实验上采用新的电化方式，可以更全面地提高学生的信息素养和物理素养。

　　（二）融合路径

　　以初中物理教材为例，初中物理电学包括3个大单元，即简单电路、欧姆定律、电功与电功率，教学线索是从基本概念的建立过渡到概念之间的联系。电子信息技术主要包括电子元器件与电路及电子控制两部分内容，两个模块之间的联系是从分立元件到集成电路。电学与电子信息的融合有两条线索（如图1），一是在物理教学中融合电子化的内容，二是在物理教学中嵌入电子化的工具。

　　图1电学与电子技术的融合路径

　　电子信息技术为电学的学习增加了数字化的学习内容。在认识电路的教学中，教师除了按照课本介绍常用元器件如小灯泡、电动机、开关外，可以将电子信息技术的二极管、三极管、电阻、电容、电感等元器件介绍给学生，补充数字化的内容，同时通过基础电学元件与电子元件的对比，阐释电学发展的缘由。在组装电路的教学中，教师除了以小灯泡作为实验器材进行串联、并联实验外，还可以用二极管替代小灯泡，引入面包板，在面包板上做实验。教师在介绍电流时会涉及直流电与交流电的知识，可以通过Multisim仿真软件向学生展示振荡电路；而在进行电压的教学时，可以介绍比较器，介绍数字电路，同样可以用电路仿真软件向学生演示模拟信号是如何转化为数字信号的。

　　（三）融合实例

　　1.不同物质的导电性实验——导电性能检验。初中物理教材中介绍物体导电性时，提到水、大地、人体都是导体，但是由于这些物体的电阻很大，导致电路中的电流很小。图2呈现的是传统实验中的检验器，用小灯泡做显示源，对于大电阻的导体并不能反映真实结果，不能检测出水、人体、大地的导电性。这时，教师引入三极管，定性地向学生介绍其对电流的放大功能，并用三级管制作导电性能检验器，如图3所示。引入三极管后，LED所在支路的电流可以被放大100倍，从而可有效地检验水、大地、人体的导电性，这便实现了电学与电子技术的有机融合。图3（a）为用面包板与电子元器件搭建的实物图。教师可把检验器插入花盆，如图3（b），或者用人体充当被检验对象，如图3（c），学生可以看见指示灯LED亮起。这样不但可以有效验证结论，还可以激发学生对电子电路的学习兴趣，为其学习信息技术课程和在该领域的深造奠定基础。

　　图2传统检验导电性的实验装置

　　图3基于电子技术的检验导电性的实验装置

　　2.电路串联与并联实验——智控红绿灯。红绿灯的设计与连接是实验串联、并联常用的一个实例，传统的方法是利用小灯泡和单刀多掷开关来实现，而且实现不同信号灯的转换必须人工转换开关。现实的红绿灯并不是人工控制的，而是自动转换的，并且转换时间可依据不同的情况进行设置。因此，教师可以引导学生从传统电路设计走向智能电路设计。智能红绿灯的设计需要引入单片机（如图4），通过编制程序可以设置转换时间，利用数码管则可实现时间显示功能。

　　图4从传统红绿灯到智能红绿灯的设计

　　3.欧姆定律的应用实验——光控小夜灯。初中物理电学中关于探究电阻的大小与哪些因素有关，只介绍了长度、横截面积和材质，而现实生活中已经广泛应用了其他因素对电阻的影响技术，如光敏电阻、声敏电阻、压敏电阻、磁敏电阻等。这些电阻也是电子信息技术中传感器技术的基础，传感器就是利用这些可以随环境因素变化的电阻采集信号并输送给单片机，借助单片机再对信号进行处理，从而实现控制。因此，在这一节内容中向学生渗透传感器的知识，会帮助学生实现从基础电学知识向电子技术知识的正向迁移。图5（a）显示的是光控小夜灯实验中的光敏电阻元件。光敏电阻受光照时的电阻为亮电阻，阻值大小为0.5～20kΩ，而没有光照时电阻为暗电阻，阻值大小为0.5～200MΩ。因此根据欧姆定律可知，在光线不同的情况下光敏电阻与定值电阻的分压比不同，单片机利用这个分压值可以控制LED灯的亮暗。我们画出电路结构图，根据光敏电阻的光亮阻值，采用10kΩ电阻与其分担电源电压，单片机的判决电压设置为电源电压的1/2（1.5V）。由实验测试结果可知：光线亮时LED灯不亮，如图5（a）所示；在光线暗时LED灯亮，如图5（b）所示。这样学生不仅能分析电路动态电路的特点，还能够真正设计动态电路，并实现其功能。这种思想是利用传感器解决现实问题的通用思路，学生因此而获得的控制思想会帮助其发散思维，增强想象力和实现力。

　　图5光控小夜灯实验

　　三、电学与电子信息技术的融合效果

　　学习效果主要看两方面：学习的内动力和学习的外显行为。笔者采用对照实验的方式验证了以上融合方式的效果。实验班是利用融合教学方式进行电学授课的班级，对照班是没有利用融合教学方式进行授课的班级。通过主观学习态度调查问卷所获得的数据表明，采用融合方式进行授课的班级学生对电学的喜欢程度明显高于对照组，而且实验组的学生觉得电学更有意思，将来有更多的意愿想从事与电学有关的工作。

　　通过实验组和对照组在电学单元检测中的优秀率与及格率的对比发现，实验组的学生两极分化更加严重，高分人群多，低分人群也多。这说明融合教学方式更利于提高优秀学生的能力，但对于后进生的作用不大。通过实验组和对照组各个小题的得分率对比看出：实验组在电路分析能力和电路连接能力及迁移能力方面的成绩高于对照组，而在知识记忆方面的成绩低于对照组。考察的能力越高级，混合模式培养下的学生优势越明显。这说明这种模式有利于提高学生的高阶能力，但是在落实具体细节知识方面存在不足。

　　数字化技术的出现，必然引起教学内容、手段和模式的改革。物理作为科技人才培养的基础学科，教材的内容及实验的手段也应该紧跟时代的步伐。在教学中渗透信息技术，更新电学内容，恰当引入传感器、单片机等作为实验工具，这有助于培养学生数字化的思维和信息素养，对国家的信息技术人才储备具有重要的意义。在有限的课时内如何将物理知识内容与电子信息技术进行深度融合是研究的难点，仍需结合实际教学，做进一步探索。

　　参考文献：

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　　（作者系北京市十一学校龙樾实验中学教师）

　　责任编辑：祝元志