開(kāi)展數(shù)字化教學(xué) 提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)

摘" 要" 數(shù)字化教學(xué)突破傳統(tǒng)教育模式的時(shí)空限制，具備高效教學(xué)、精準(zhǔn)教學(xué)、充分利用教學(xué)資源等特征。以“平拋運(yùn)動(dòng)”一課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)為例，嘗試在課前自習(xí)、課堂導(dǎo)入、物理演示實(shí)驗(yàn)、合作實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)運(yùn)用數(shù)字化教學(xué)資源，融入HPS教育，使課堂教學(xué)更有效，從而提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞" 數(shù)字化教學(xué)；微視頻；物理實(shí)驗(yàn)；HPS；平拋運(yùn)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）23-00-03

0" 引言

教育改革的核心理念是以人為本，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)中的親身體驗(yàn)。HPS（History of Science and

Philosophy of Science）是科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)的英文縮寫。筆者認(rèn)為，在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中要注重全面融入科學(xué)史、邏輯關(guān)系和合作學(xué)習(xí)。過(guò)去的物理教學(xué)，無(wú)論是小組合作學(xué)習(xí)、先學(xué)后教，還是綜合實(shí)踐學(xué)習(xí)等方法，都未能從根本上解決學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)、學(xué)習(xí)方式機(jī)械、學(xué)習(xí)內(nèi)容松散、學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成不盡如人意等問(wèn)題。然而，數(shù)字化教學(xué)資源的出現(xiàn)徹底改變了這一局面，顛覆人們對(duì)教學(xué)的傳統(tǒng)認(rèn)知。數(shù)字化教學(xué)資源是指通過(guò)數(shù)字化技術(shù)處理教學(xué)相關(guān)素材，以文本、圖片、音視頻、動(dòng)態(tài)生成等形式存儲(chǔ)在數(shù)字化平臺(tái)上，為教育教學(xué)服務(wù)的資源。教學(xué)效果如何應(yīng)由學(xué)生自己評(píng)判，由學(xué)習(xí)的最終結(jié)果評(píng)價(jià)。

平拋運(yùn)動(dòng)是最典型的曲線運(yùn)動(dòng)，是拋體運(yùn)動(dòng)中的重點(diǎn)內(nèi)容，也是運(yùn)動(dòng)合成、運(yùn)動(dòng)分解的具體應(yīng)用，對(duì)以后學(xué)習(xí)勻強(qiáng)電場(chǎng)中的類平拋等曲線運(yùn)動(dòng)有著決定性影響。本次教學(xué)利用數(shù)字化資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合運(yùn)動(dòng)合成與分解的理論，初步了解平拋運(yùn)動(dòng)的特征。通過(guò)合作學(xué)習(xí)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)理解平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)。在本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)通過(guò)多種方式學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)合成與分解的基礎(chǔ)知識(shí)，建立扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。如果教師不注重細(xì)節(jié)，可能會(huì)讓該課變成一堂關(guān)于運(yùn)動(dòng)合成與分解的傳統(tǒng)習(xí)題課。

1" 基于數(shù)字化教學(xué)的教學(xué)實(shí)踐研究：提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)

1.1" 課前自主學(xué)習(xí)，微視頻有奇效

達(dá)成目標(biāo)是學(xué)生完成了任務(wù)單之后理應(yīng)抵達(dá)的終點(diǎn)， 應(yīng)當(dāng)具備指引和評(píng)價(jià)功能。目標(biāo)忌含糊不清、指向不明， 應(yīng)該能讓學(xué)生看得明明白白[1]1。在仔細(xì)研究“平拋運(yùn)動(dòng)”課程的內(nèi)容后，筆者制定了本節(jié)課的課前自主達(dá)成目標(biāo)。

利用五分鐘微視頻，根據(jù)對(duì)人教版高中教材物理必修第二冊(cè)第14～15頁(yè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，完成任務(wù)單的學(xué)習(xí)任務(wù)。

1）復(fù)習(xí)小船過(guò)河問(wèn)題中兩分運(yùn)動(dòng)是完全獨(dú)立、互不干擾的；

2）知道平拋運(yùn)動(dòng)的定義，尋找兩個(gè)身邊平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)例；

3）分析所舉例子橫向和豎向兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)，理解“橫向勻速、豎向自由落體”。

這三個(gè)目標(biāo)罕譬而喻、易于理解，因此，學(xué)生對(duì)自主學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到的要求一目了然。其中“分析所舉例子水平和豎向兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)，理解‘水平勻速、豎向自由落體’”這一目標(biāo)，是經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲的，目的是鼓勵(lì)學(xué)生遇到具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)要積極探索，更重要的是需要明白它們之間的邏輯關(guān)系。

需要指出的是，微視頻和廣播電視大學(xué)的教學(xué)視頻在模式上有著本質(zhì)的不同。教師要立足整體設(shè)計(jì)和最佳教學(xué)進(jìn)行錄制，思路清晰、重點(diǎn)明確、生動(dòng)直觀，能為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供問(wèn)題導(dǎo)向的指引，具有令人難忘的畫面效果。對(duì)于較難的學(xué)習(xí)任務(wù)，教師必須用心錄制講課視頻支持學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的完成。錄制微視頻時(shí)，教師同樣需要付出大量的精

力[1]2，一般剪輯處理一段五分鐘的視頻需要花費(fèi)超過(guò)40分鐘的時(shí)間。雖然學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于制作視頻的時(shí)間，但其收獲的學(xué)習(xí)成果卻相當(dāng)于甚至超過(guò)一節(jié)課所能獲得的學(xué)習(xí)成果；學(xué)生在觀看五分鐘微視頻時(shí)，可根據(jù)個(gè)人基礎(chǔ)的差異進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，如慢放、暫停、重放等，而教師則不再受到時(shí)間和空間的限制，可以隨時(shí)隨地成為每個(gè)學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。展現(xiàn)“教師引領(lǐng)新境界”，并逐漸將HPS融入物理教學(xué)。

1.2" 新課導(dǎo)入，微視頻見(jiàn)功夫

高中物理教學(xué)常采用不同方式引入新課，例如，將物理史知識(shí)、趣味實(shí)驗(yàn)與微視頻相結(jié)合的方式等。物理史知識(shí)導(dǎo)入是一種融入HPS教育的明顯方式，通過(guò)一兩分鐘的紀(jì)錄片展示著名科學(xué)家或物理學(xué)發(fā)展史，解釋一些常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，并加入一些有趣的故事，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)探究興趣。趣味實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入是指教師利用物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行新課導(dǎo)入。在實(shí)際課堂中，由于距離和時(shí)間等原因，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入效果不太明顯，但通過(guò)微視頻投影則可以解決這個(gè)問(wèn)題。這些方法輪流使用可以消除單一導(dǎo)入方法帶來(lái)的導(dǎo)入形式枯燥乏味、缺乏變化和耗時(shí)低效等缺點(diǎn)。

在批改學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)單之后，有必要有針對(duì)性地講解錯(cuò)誤率較高的問(wèn)題所對(duì)應(yīng)的知識(shí)。可以用拍照或錄制視頻的方式顯示錯(cuò)誤率較高的問(wèn)題，使用簡(jiǎn)單的畫面語(yǔ)言對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行講解，這樣可以節(jié)省教師的時(shí)間，減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，提高課堂效率，從而促進(jìn)師生的共同成長(zhǎng)[2]。

如果學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)單不是太差，教師只需選擇個(gè)別學(xué)習(xí)單進(jìn)行投影講解。學(xué)生在徹底消化課前自主學(xué)習(xí)單中的相關(guān)知識(shí)之后，即刻展開(kāi)自學(xué)檢測(cè)，耗時(shí)約兩分鐘。自學(xué)檢測(cè)被視為教師了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況的關(guān)鍵手段之一，它是自學(xué)效果的直接反饋，在教學(xué)中具有顯著的作用，對(duì)于教學(xué)效果的評(píng)估至關(guān)重要[3]。

理論上，五分鐘可以完全消化吸收自學(xué)內(nèi)容的知識(shí)。之后，筆者引入兩個(gè)趣味性較強(qiáng)的視頻材料，讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)。

1）柯受良飛躍黃河壺口瀑布；

2）某動(dòng)物園，一只猴子出逃，掛在樹(shù)上的猴子察覺(jué)到被人用麻醉槍水平瞄準(zhǔn)了，麻醉子彈飛出槍口瞬間，猴子從樹(shù)枝上自由落下，伺機(jī)逃走……你認(rèn)為這個(gè)小東西能跑掉嗎？

學(xué)生對(duì)此展開(kāi)熱烈的討論。緊接著，筆者話鋒一轉(zhuǎn)，“耳聞之不如目見(jiàn)之，目見(jiàn)之不如足踐之，足踐之不如手辨之”，帶學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促使他們繼續(xù)分析平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

1.3" 自主探究實(shí)驗(yàn)，微視頻大顯身手

通過(guò)書(shū)本得到的知識(shí)要轉(zhuǎn)化為能力需要經(jīng)歷實(shí)踐的過(guò)程。教師應(yīng)該為學(xué)生架設(shè)書(shū)本知識(shí)和社會(huì)實(shí)踐之間的橋梁，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性。因此，需要對(duì)學(xué)生的自主探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索。在實(shí)驗(yàn)課上應(yīng)用微視頻可以有效地解決傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)課中存在的觀察不足、時(shí)間不夠等問(wèn)題。在應(yīng)試教育主導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間是有限的。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生常常無(wú)法觀察或沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是如果了解高考物理的組成，就知道實(shí)驗(yàn)教學(xué)越來(lái)越重要。以江蘇高考物理卷為例，經(jīng)簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)后，筆者發(fā)現(xiàn)近五年高考物理實(shí)驗(yàn)題中，學(xué)生參與或直接觀察的切身體會(huì)題占比越來(lái)越高，意味著演示實(shí)驗(yàn)的重要性越來(lái)越突出，這說(shuō)明實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少?，F(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，除非小班化教學(xué)，否則坐在后面的學(xué)生很難看清楚講臺(tái)上教師的演示實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)教師演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以以微視頻的形式呈現(xiàn)時(shí)，問(wèn)題就迎刃而解了，關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵點(diǎn)可以通過(guò)視頻慢放功能體現(xiàn)，重要的注意點(diǎn)可以反復(fù)播放，實(shí)驗(yàn)的目的和過(guò)程可以一目了然地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生可以重復(fù)觀看、反復(fù)學(xué)習(xí)。

為了驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)橫向與豎向的規(guī)律，筆者設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生都有生活體驗(yàn)，至少在影視劇中曾看到類似的場(chǎng)景。所有合作小組的桌面上都有雙軌平拋演示器，讓學(xué)生合作探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，需要確定觀察什么、如何觀察。

問(wèn)：如何驗(yàn)證豎直方向自由落體？

答：如果能夠找到一個(gè)參照對(duì)象進(jìn)行對(duì)比，看看向下的規(guī)律是否相同，就可以驗(yàn)證。

問(wèn)：怎樣驗(yàn)證向下的規(guī)律相同？

答：1）判斷下落時(shí)間是否相同；2）判斷是否同時(shí)落地；3）計(jì)算末速度；4）觀察兩小球是否始終在同一個(gè)高度……

之后，為了深入探討以上四種主流方式的有效性，學(xué)生被分成幾個(gè)小組進(jìn)行討論。每個(gè)小組在討論后推薦一位學(xué)生展示本組的觀點(diǎn)，并接受其他組成員的質(zhì)疑，以便大家能夠共同評(píng)估各種方法的優(yōu)劣。經(jīng)過(guò)激烈的辯論和反復(fù)的驗(yàn)證，學(xué)生最終達(dá)成共識(shí)：觀察兩個(gè)小球是否在同一個(gè)高度是最優(yōu)的方式。這種方法不僅直觀易行，而且能夠準(zhǔn)確反映出豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。相比之下，其他三種方法雖然也有一定的參考價(jià)值，但在實(shí)際操作中較為煩瑣，誤差較大。因?yàn)橹灰^察的兩個(gè)小球在同一個(gè)高度，那就有理由認(rèn)為，平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的規(guī)律是相同的，所以該方法成為判斷豎直方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最佳選擇。

開(kāi)始合作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中又提出新問(wèn)題：下落速度太快，根本無(wú)法觀察。于是重新對(duì)這個(gè)方案進(jìn)行論證，有學(xué)生問(wèn)“能否使過(guò)程變慢”，過(guò)程自然不可能變慢；又有學(xué)生說(shuō)“看電影《紅番區(qū)》時(shí)，成龍從一棟樓跳到另一棟樓，當(dāng)時(shí)是慢鏡頭播放”，問(wèn)題突然被解決了，可以利用手機(jī)拍攝下來(lái)，慢鏡頭播放，中間還能暫停觀看，“由動(dòng)到靜，由靜到動(dòng)”，隨心所欲。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)視頻是現(xiàn)場(chǎng)直播，可以讓學(xué)生手持手機(jī)拍攝，利用手機(jī)投屏到屏幕上，學(xué)生又發(fā)現(xiàn)，即使利用手機(jī)一般的慢放功能，也未必能夠觀察到兩小球等高現(xiàn)象，因?yàn)樾∏蛟谶@個(gè)雙軌平拋演示器上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間僅僅0.1s左右，學(xué)生略微遲疑后提出用手機(jī)播放器的幀幀播放功能手動(dòng)微調(diào)，視頻幀幀播放截圖如圖2所示，問(wèn)題終于得到解決。解決問(wèn)題的過(guò)程雖然充滿反轉(zhuǎn)，但動(dòng)靜結(jié)合，效果極其明顯，突破了時(shí)間和空間的局限。而且在這種形式的實(shí)驗(yàn)中，每位學(xué)生不僅要積極參與實(shí)驗(yàn)操作，還要負(fù)責(zé)指導(dǎo)和協(xié)調(diào)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。這樣的安排不僅能夠充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造力，還能增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力。而且，師生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程細(xì)節(jié)的觀看更加仔細(xì)，能夠使抽象的知識(shí)具象化，勝過(guò)教師的千言萬(wàn)語(yǔ)。如圖2a所示，可以清晰地觀察到平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng)同時(shí)開(kāi)始，兩個(gè)小球在同一個(gè)水平面上，表明向下的規(guī)律是一樣的。同樣，圖2b能表明水平方向向左的規(guī)律是一樣的。這種形式的探究，能夠較大程度地挖掘?qū)W生的潛能，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，學(xué)生超乎尋常的表現(xiàn)會(huì)給教師以啟迪，也給教師帶來(lái)驚喜和快樂(lè)，真正做到“以人為本，以生為本”，做到學(xué)生可以掌控自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)跨空間、跨時(shí)間的學(xué)習(xí)[4]。

2" 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化教學(xué)的迅速發(fā)展，對(duì)教師提出了更高的要求，所對(duì)應(yīng)的數(shù)字化教學(xué)設(shè)計(jì)更是一個(gè)系統(tǒng)工程，要求教師提升專業(yè)能力，解決問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)，靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生興趣，更新教學(xué)理念，適應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，提供高質(zhì)量教育服務(wù)。需要具備學(xué)科基礎(chǔ)、信息技術(shù)能力、心理悟性、批判性思維能力、藝術(shù)修養(yǎng)。數(shù)字化教學(xué)要求教師必須不斷學(xué)習(xí)，提升素質(zhì)。當(dāng)然，必須意識(shí)到微視頻不是萬(wàn)能的，任何技術(shù)的使用都“過(guò)猶不及”，它不能完全取代教師在課堂上的“因材施教，因地制宜”，微視頻只是為學(xué)生提供了一個(gè)更高效的學(xué)習(xí)平臺(tái)。

3" 參考文獻(xiàn)

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