信息技術(shù)支持下的中學(xué)物理差異教學(xué)研究*

徐 果

(蘇州工業(yè)園區(qū)青劍湖學(xué)校 江蘇 蘇州 215122)

美國哈佛大學(xué)教育研究生院著名心理學(xué)家、教育家霍華德·加德納說過，“每個(gè)孩子都是一個(gè)潛在的天才兒童，只是經(jīng)常表現(xiàn)為不同的形式”.現(xiàn)代社會是一個(gè)需要各種人才的時(shí)代，全體學(xué)生都是可造之才，從這個(gè)基本思想出發(fā)，物理教學(xué)中差異的存在就是客觀、必然的了.在物理集體教學(xué)中應(yīng)立足于學(xué)生智能層面的差異,實(shí)施差異教學(xué),通過有效的教學(xué)手段和學(xué)習(xí)評價(jià)，最終促使學(xué)生能高效學(xué)習(xí)，具備良好的物理核心素養(yǎng).

1 緣起——國內(nèi)外關(guān)于差異教學(xué)的研究現(xiàn)狀

差異教學(xué)最早是以“因材施教”“個(gè)性教育”“分層教育”等研究方式出現(xiàn)的[1].通過文獻(xiàn)梳理，筆者了解到國外對差異教學(xué)研究最具代表性的國家是美國，在這個(gè)國家，個(gè)性化教育是每一階段教育目標(biāo)的重要組成部分且貫穿于各個(gè)教育領(lǐng)域之中.許多學(xué)者對此也做出了很大貢獻(xiàn)，其中弗吉尼亞大學(xué)教授湯姆林森被譽(yù)為“迄今為止對差異教學(xué)研究最全面的人”，她在自己的《多元能力課堂中的差異教學(xué)》一書中首次提出了在“常規(guī)課堂”中面向“全體學(xué)生”的“差異教學(xué)”,以及 “如何最大限度地在班級教學(xué)中使每個(gè)學(xué)生得到最大程度的提高”，將差異教學(xué)的核心思想明確為“學(xué)生的個(gè)別差異是教學(xué)的組成要素,是教學(xué)資源，而非負(fù)擔(dān)”[1].

近些年，國內(nèi)關(guān)于差異教學(xué)的研究也開始變得深入、系統(tǒng)、科學(xué)起來，其中的代表人物是華國棟、程向陽等人，華國棟在他的著作《差異教學(xué)論》中率先給出了差異教學(xué)的定義，即在班集體教學(xué)中立足于學(xué)生的個(gè)性差異，力促學(xué)生在原有的基礎(chǔ)上得到充分的發(fā)展[2].隨著差異教學(xué)理念的推廣，我國部分學(xué)校也逐漸開展了實(shí)踐研究，如杭州市天長小學(xué)、上海晉元中學(xué)都在差異教學(xué)的相關(guān)教學(xué)實(shí)踐中取得了不錯(cuò)的成績.

對比國外差異教學(xué)的研究，目前我國的差異教學(xué)研究仍存在許多問題，如忽視學(xué)生個(gè)性差異的存在、承認(rèn)差異但不知如何對待差異、把差異看成教學(xué)負(fù)擔(dān)甚至力圖消除差異……這些都是與“尊重差異、追求優(yōu)質(zhì)”的現(xiàn)代差異教學(xué)理念相悖的.為解決這些問題，新時(shí)代的教育者需要努力探究出更具有針對性、科學(xué)性和可行性的差異教學(xué)模式，而作為新時(shí)代標(biāo)志并對教育變革起到巨大推動(dòng)作用的多媒體技術(shù)和信息技術(shù)，也將為差異教學(xué)的有效實(shí)施提供強(qiáng)大的技術(shù)支持.下文中筆者將基于現(xiàn)代信息技術(shù)，針對物理學(xué)科的差異教學(xué)進(jìn)行論述.

2 實(shí)踐——信息技術(shù)支持下的物理差異教學(xué)策略的構(gòu)建

華國棟教授在《差異教學(xué)論》中提到，計(jì)算機(jī)技術(shù)在制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、創(chuàng)設(shè)課堂情境、提供學(xué)習(xí)資源和資料、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性等方面發(fā)揮著不可替代的作用[2].由此可見,計(jì)算機(jī)技術(shù)是教學(xué)中很重要的資源，在常規(guī)班集體教學(xué)中，立足于學(xué)生的個(gè)性差異，利用信息技術(shù)對教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行差異化的設(shè)計(jì)和實(shí)施，一定可以大大提高物理課堂的有效性.

2.1 利用信息技術(shù)模擬物理情境 促進(jìn)學(xué)生最大程度發(fā)展

差異教學(xué)強(qiáng)調(diào)“還學(xué)于生”，關(guān)注學(xué)生在課堂中的主體地位，成為學(xué)習(xí)主體之后，學(xué)生會更深刻、更積極主動(dòng)地建構(gòu)知識，從而使自身得到最大程度的發(fā)展.建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)總是與一定的社會文化背景即“情境”相聯(lián)系的，通過相關(guān)情境體驗(yàn)，學(xué)生可以更有效地學(xué)習(xí).如圖1戴爾的“經(jīng)驗(yàn)之塔”所示，視頻、圖片等直接的體驗(yàn)都可以提升知識的轉(zhuǎn)化率，如今網(wǎng)絡(luò)中豐富的圖片和視頻資源對此就可以起到很大的支持作用[3]，比如磁懸浮列車、電動(dòng)機(jī)等不適合直接搬到課堂上的實(shí)物就可以借助圖片讓學(xué)生直觀地看到；再比如在學(xué)習(xí)靜電現(xiàn)象涉及到雷電等放電現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生雖知道它的危害但幾乎沒有人親身體驗(yàn)過，在這里借助視頻就可以很容易讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴，從而了解雷電放電的劇烈性.

圖1 戴爾的“經(jīng)驗(yàn)之塔”

此外，由于時(shí)空的限制，物理教學(xué)也會面臨一定的局限性.例如，八年級“宇宙探秘”這一節(jié)的教學(xué)，由于星空、宇宙大爆炸及地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)這些都是宏觀且抽象的，在課堂上很難做到直接創(chuàng)設(shè)情境，因此以往學(xué)生主動(dòng)探究的積極性并不高，大多數(shù)學(xué)生反映存在學(xué)過很快就會忘記的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)效率非常低下.但如果教師在教學(xué)中借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，如一些星空模擬軟件讓學(xué)生仿佛身臨其中，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果將會大大改善.

其中 SkyView Free就是一款非常好的天文觀測教育應(yīng)用APP，它使用手機(jī)的屏幕和傳感器為您提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)視圖，學(xué)生可以將智能手機(jī)和平板電腦變成AR取景器，你只需打開它，無論晝夜，它都將指引你鎖定星星位置并加以辨別.將你的設(shè)備對準(zhǔn)天空，它就能辨別出你所處位置上空的星座、星球和衛(wèi)星，包括國際空間站ISS和哈勃，接著只需直接點(diǎn)擊星體或者星座，就可以進(jìn)一步看到它的表面形狀及相關(guān)的知識.除此之外，SkyView還包括一個(gè)“時(shí)間旅行”功能，可讓您根據(jù)對每個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的了解，查看過去或?qū)頃霈F(xiàn)的天空[4].如圖2和圖3就是通過SkyView看到的月球表面以及月地距離等知識，借助它，學(xué)生們可以隨時(shí)隨地置身于一個(gè)非常逼真的太空環(huán)境中去觀測星空、去學(xué)習(xí)宇宙知識.

圖2 通過SkyView看到的月球表面

圖3 通過SkyView觀察的月地距離

由此可見，在物理教學(xué)中合理利用信息技術(shù)手段可以變靜為動(dòng)、變抽象為具體，同時(shí)更加直觀可視化，通過信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)物理情境，更是讓學(xué)生親歷學(xué)習(xí)的過程、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的發(fā)展.

2.2 利用信息技術(shù)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí) 突破傳統(tǒng)教學(xué)的統(tǒng)一性

隨著課程改革及個(gè)性化教育的發(fā)展，傳統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)模式受到越來越多人的反對，為了使學(xué)生的個(gè)性得到發(fā)展、學(xué)習(xí)積極性得到提高，課堂就需要給學(xué)生更多自主學(xué)習(xí)的權(quán)利，尤其是對于物理教學(xué).物理是一門注重探究過程及思維培養(yǎng)的學(xué)科，但由于課堂時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)器材的局限，往往造成學(xué)習(xí)速度較快的學(xué)生“吃不飽”、速度慢的學(xué)生“吃不消”的現(xiàn)象.基于此，筆者在初中物理課堂上引入了PHET仿真軟件，該軟件是一款模擬實(shí)驗(yàn)軟件，借助它，不僅可以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還能激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲[5].

PHET(The Physics Education Technology)是美國科羅拉多大學(xué)的物理教育科技計(jì)劃的簡稱，由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者卡爾·威曼于2002年創(chuàng)立，是一套以“互動(dòng)、探索、學(xué)習(xí)”為宗旨的互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容不限于物理，也包含了很多地球科學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等主題，其目的是通過圖形視覺、互動(dòng)操作的方式以及線上數(shù)位工具的便利，讓學(xué)生可以從實(shí)作體驗(yàn)里，更具體、有效并且有趣地學(xué)習(xí)各種科學(xué)知識[5].PHET 為科學(xué)和數(shù)學(xué)教學(xué)創(chuàng)建免費(fèi)的、開源的交互式仿真演示，任何人都可以從PHET的網(wǎng)站免費(fèi)下載或使用模擬軟件，在美國有數(shù)千所中學(xué)及大學(xué)已開始使用PHET作為教學(xué)手段，目前它已被翻譯成包括中文在內(nèi)的上百種語言，被播放使用了數(shù)億次[6].

其中物理板塊作為PHET最主要的組成部分，威曼創(chuàng)立它的初衷就是提供一個(gè)以互動(dòng)和探索為導(dǎo)向的自由物理現(xiàn)象模擬教學(xué)，PHET鼓勵(lì)學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)，激勵(lì)學(xué)生在直觀的、游戲化的環(huán)境中進(jìn)行探索和發(fā)現(xiàn).以初中物理中的光學(xué)部分為例，此部分在普通課堂上多以教師演示實(shí)驗(yàn)為主，然后用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來要求所有學(xué)生，在典型的實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生也多是在知道實(shí)驗(yàn)步驟之后盡快地找到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，幾乎沒有科學(xué)探究的過程.而在有了仿真軟件之后，學(xué)生就可以完全掌握學(xué)習(xí)進(jìn)程的主動(dòng)權(quán)，可以方便快捷地去探索反射規(guī)律、折射規(guī)律、甚至挖掘到光的全反射現(xiàn)象.在PHET光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以用熟悉的激光燈來建立與現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)聯(lián)，然后學(xué)生可以在其中像現(xiàn)實(shí)中的操作一樣來移動(dòng)激光筆方向，從而改變?nèi)肷浣谴笮∪鐖D4和圖5所示，記錄相應(yīng)的反射角和折射角大小，通過分析得出光的反射定律和折射定律.

圖4 入射角為41.6°時(shí)光的反射和折射

圖5 入射角為58.3°時(shí)光的反射和折射

在整個(gè)課堂探究過程中，速度慢的學(xué)生不必著急，可以選擇適合自己的速度和難度，這樣就避免了后進(jìn)生在學(xué)習(xí)上的受挫感，而且由于PHET軟件不受時(shí)間和場地的限制，后進(jìn)生就有充足的時(shí)間來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而達(dá)到最終完成學(xué)習(xí)任務(wù)的目的；智力相對較好、速度快的學(xué)生在完成基本的知識探究之后，還可以根據(jù)自己的疑惑來進(jìn)一步進(jìn)行自主探究，如通過改變波長可以進(jìn)一步探究光的顏色對光的反射及折射的影響，在操作界面的“Material”選項(xiàng)中，學(xué)生也可以任意改變材料來增大實(shí)驗(yàn)難度從而探究出許多目前書本上學(xué)不到的知識，如從圖5、圖6中可以發(fā)現(xiàn)不同的材料對光的折射的影響，從圖7中發(fā)現(xiàn)光的全反射現(xiàn)象等.相比于僅僅讓學(xué)生做題而言，這樣的學(xué)習(xí)方式反而能讓學(xué)生更好地理解物理概念及物理規(guī)律.由此可見，PHET倡導(dǎo)自主探究，力求讓學(xué)生置身于相關(guān)情境中進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的好奇心,使學(xué)生對物理學(xué)習(xí)充滿興趣，這與建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，倡導(dǎo)通過協(xié)作學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性來完成知識建構(gòu)的理論相符.

圖6 改變?nèi)肷洳牧蠟樗?/p>

圖7 光的全反射現(xiàn)象

2.3 利用信息技術(shù)背景下的大數(shù)據(jù)分析 提高差異教學(xué)的有效性

在教育中關(guān)注學(xué)生差異，注重培養(yǎng)其優(yōu)勢智能固然可以使學(xué)生得到更好的發(fā)展，但是面向班級全體學(xué)生，如何分辨他們之間的差異，又如何快速識別他們的優(yōu)勢智能呢？

隨著近幾年來人工智能的發(fā)展，這一困擾一線教師多年的問題將會在不久的將來被迎刃而解：眾所周知，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來使“虛擬經(jīng)濟(jì)”飛速發(fā)展，尤其是各大電商，個(gè)個(gè)都賺的金盆滿缽，細(xì)究其中的原因，我們會發(fā)現(xiàn)原來都是“注重個(gè)體差異”的功勞.以淘寶為例，它通過千萬用戶的瀏覽及購買記錄等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而精準(zhǔn)鎖定各用戶之間的差異，再根據(jù)這些差異進(jìn)行產(chǎn)品推廣，最終提升用戶體驗(yàn)及購買率.同樣的，人工智能在教學(xué)中也可以反饋班級整體數(shù)據(jù)、識別班級中不同層次學(xué)生的活躍指數(shù)，當(dāng)然更可以針對每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及作業(yè)情況進(jìn)行分析，如學(xué)生哪些知識點(diǎn)掌握薄弱、哪一學(xué)科發(fā)展較好、哪些能力較強(qiáng)……教師通過這些數(shù)據(jù)，就可以在保障教學(xué)規(guī)模的情況下快速識別出學(xué)生差異及其優(yōu)勢智能，在識別學(xué)生之間的差異之后，再次利用大數(shù)據(jù)會更有利于促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)和差異化教學(xué).例如教師可以根據(jù)已掌握的學(xué)生智能差異情況采取一些個(gè)性化的方式(例如人工智能可以根據(jù)學(xué)生差異分層布置作業(yè)),學(xué)生也可以通過自己的大數(shù)據(jù)(例如人工智能可以根據(jù)個(gè)人學(xué)習(xí)及作業(yè)對錯(cuò)情況推送相關(guān)題型及知識)有選擇地進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，這樣就可以更加高效地獲取知識.由此可見，在大數(shù)據(jù)下，整個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為都可以被跟蹤記錄，并進(jìn)行量化分析，這將有利于從本質(zhì)上認(rèn)識學(xué)習(xí)的發(fā)展規(guī)律，提高差異化教學(xué)的科學(xué)有效性.

3 感悟——多元評價(jià) 讓每個(gè)學(xué)生都享受學(xué)習(xí)帶來的收獲

“多一把尺子，就多一批好學(xué)生”，在一線教學(xué)中，教師應(yīng)該以發(fā)展的眼光評價(jià)學(xué)生，要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)勢智能，同時(shí)也要合理借助信息技術(shù)的支持，關(guān)注學(xué)生的智能個(gè)性化，找到激發(fā)、利用學(xué)生優(yōu)勢智能的差異教學(xué)方法.為保證以信息技術(shù)為支撐的中學(xué)物理差異教學(xué)得到有效實(shí)施，建立一個(gè)多元化的評價(jià)體系也成為一個(gè)關(guān)鍵問題，因?yàn)樵u價(jià)對學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)行為有調(diào)整和控制的作用，它是對學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)展和行為變化的評價(jià)，其目的是為了讓所有學(xué)生在原有基礎(chǔ)上得到發(fā)展，而決不是為了確定學(xué)生在集體中的排名位置.因此，建立一個(gè)促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的多元化的評價(jià)體系不僅要注意評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的多元化，還要關(guān)注評價(jià)主體多元化、評價(jià)內(nèi)容多元化以及評價(jià)方法多元化，這樣多元化的評價(jià)方式可以幫助學(xué)生消除心理障礙,提高學(xué)習(xí)興趣,更多的是可以促進(jìn)學(xué)生的自我發(fā)展，讓每個(gè)學(xué)生都享受學(xué)習(xí)帶來的收獲.

綜上所述，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的支持，在物理教學(xué)中全面了解學(xué)生物理學(xué)習(xí)各方面的差異，實(shí)施有效的差異教學(xué)，不僅僅是提高了學(xué)生的思維品質(zhì),培養(yǎng)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，更是促進(jìn)了學(xué)生得到最大程度的發(fā)展，展示了每個(gè)學(xué)生絢麗多彩的創(chuàng)造個(gè)性.