基于智慧課堂平臺(tái)的高中物理教學(xué)實(shí)踐探索

渠雷雷 竇月 張宇 姚濤

摘要：為滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，在智慧教育理念的指導(dǎo)下，將新型教育技術(shù)與傳統(tǒng)課堂深度融合，以人教版高中物理必修二第五章《向心力》一節(jié)為例，探討智慧課堂平臺(tái)在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智慧課堂 高中物理 教學(xué)實(shí)踐

為積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展，教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，其中指出“應(yīng)用信息技術(shù)解決教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活中問題的能力成為必備的基本素質(zhì)”。在國家政策和科技企業(yè)的大力支持下，近年來，一大批中小學(xué)先后成為智慧課堂的試點(diǎn)學(xué)校，開始利用現(xiàn)代科技手段輔助教育教學(xué)活動(dòng)。

“智慧課堂”是科大訊飛有限公司推出的信息化課堂教學(xué)服務(wù)平臺(tái)，它依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了教育過程的數(shù)據(jù)化和智能化，在提升學(xué)生課堂參與度、個(gè)性化輔導(dǎo)、教學(xué)評(píng)價(jià)及時(shí)化等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

二、教學(xué)基本流程

為了實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)與高中物理學(xué)科教學(xué)的深度融合和創(chuàng)新，筆者利用“科大訊飛智慧課堂平臺(tái)”輔助日常教學(xué)，并依據(jù)相關(guān)學(xué)習(xí)理論和實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建了圖1所示的智慧課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。

在該結(jié)構(gòu)中，筆者按照課前—課中—課后的順序，將概念課教學(xué)的一般過程劃分為七個(gè)環(huán)節(jié)，并依托智慧課堂平臺(tái)，針對(duì)每一環(huán)節(jié)，從學(xué)習(xí)方式和技術(shù)支持兩方面給出了具體的實(shí)施措施。

三、基于智慧課堂平臺(tái)的教學(xué)案例

1.教學(xué)內(nèi)容：人教版高中物理必修二第五章第六節(jié)——《向心力》

2.教學(xué)環(huán)節(jié)：

環(huán)節(jié)一：學(xué)情分析、動(dòng)態(tài)掌握

教師：在課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，及時(shí)發(fā)布教學(xué)資源，并對(duì)智慧平臺(tái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，診斷學(xué)生學(xué)情，及時(shí)反饋信息。根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況數(shù)據(jù)，在課堂上利用教學(xué)平板投屏展示學(xué)生觀看微課的次數(shù)、觀看時(shí)長，以及預(yù)習(xí)作業(yè)的正確率。

學(xué)生：觀看教學(xué)資源，完成預(yù)習(xí)任務(wù)，依據(jù)智慧平臺(tái)反饋的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)了解自身學(xué)習(xí)情況，充分發(fā)展元認(rèn)知能力。

優(yōu)勢(shì)與特色：根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生的認(rèn)知程度，彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂中學(xué)情診斷缺乏數(shù)據(jù)支持的不足.

環(huán)節(jié)二：創(chuàng)設(shè)情境、提出問題

教師：創(chuàng)設(shè)問題情境，啟發(fā)學(xué)生思考。在細(xì)繩一端系一個(gè)小球，另一端系在一釘子上，并將釘子固定在木板上，給小球水平方向且垂直于繩的初速度，小球?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動(dòng)？

學(xué)生：觀察實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象，明確小球?qū)⒆鰣A周運(yùn)動(dòng)。

問題：將細(xì)線剪斷，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考是什么力讓小球做圓周運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生：繩子提供的拉力。

問題：假設(shè)水平面光滑（理想化），嘗試畫出小球的受力分析圖（小組合作交流）。

學(xué)生：交流討論，在紙上畫出小球的受力分析圖，拍照并上傳至平臺(tái)。

教師：利用智慧平臺(tái)中的“實(shí)物展臺(tái)”功能，實(shí)時(shí)投屏演示實(shí)驗(yàn)操作過程;利用“提問”模塊中的“隨機(jī)”和“搶答”功能，邀請(qǐng)學(xué)生回答問題;在平臺(tái)中選取學(xué)生的習(xí)作進(jìn)行講解。最后，引出向心力的概念，并強(qiáng)調(diào)向心力是按照作用效果命名的力。

優(yōu)勢(shì)與特色：

（1）通過實(shí)物展示，直觀展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作過程，讓教學(xué)更加直觀、易于理解。

（2）利用智慧課堂平臺(tái)中的互動(dòng)功能，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性，能夠有效提高學(xué)生的課堂參與度。

（3）教師結(jié)合智慧平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，及時(shí)了解學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，并給予學(xué)生有效的反饋，充分滿足教學(xué)中即時(shí)評(píng)價(jià)的需求。

環(huán)節(jié)三：科學(xué)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師：使用平板投屏功能播放鏈球運(yùn)動(dòng)的視頻，尋找生活中的向心力。

活動(dòng)：在一根細(xì)繩的一端拴一個(gè)小物體，掄動(dòng)細(xì)繩，使小物體做圓周運(yùn)動(dòng)，依次改變轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度、半徑、小物體的質(zhì)量，體驗(yàn)拉力大小的變化。

問題：向心力可能與哪些因素有關(guān)？

學(xué)生：可能與m、v（w）、r有關(guān)。

根據(jù)牛頓第二定律與向心加速度表達(dá)式推導(dǎo)出向心力表達(dá)式

F=mv

2r=mw

2r=m4πT

2

2r

教師：根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)記錄表格，小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

方案1：利用圓錐擺驗(yàn)證向心力表達(dá)式

方案2：利用手機(jī)軟件結(jié)合可測(cè)速轉(zhuǎn)盤進(jìn)行驗(yàn)證

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案，組裝實(shí)驗(yàn)器具，讓電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速器控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。利用手機(jī)中的秒表計(jì)時(shí)功能記錄時(shí)間，應(yīng)用Phyphox軟件測(cè)量轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及手機(jī)固定處的向心加速度，得到動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)。

方案3：DISLab數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證

應(yīng)用數(shù)字化傳感器及配套裝置，精準(zhǔn)地驗(yàn)證向心力與質(zhì)量、線速度或角速度及轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過程省時(shí)、直觀、易于操作。

優(yōu)勢(shì)與特色：

（1）利用平臺(tái)中的投屏功能，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生更加細(xì)致地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為形成假設(shè)和猜想做好準(zhǔn)備。

（2）利用現(xiàn)代設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及的物理量進(jìn)行測(cè)量，體會(huì)科技進(jìn)步帶來的便捷，認(rèn)識(shí)到物理與科技、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系，提高學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)手段解決物理問題的能力。

（3）使用數(shù)字化向心力實(shí)驗(yàn)裝置開展實(shí)驗(yàn)探究，向?qū)W生重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及原理，促進(jìn)物理觀念的形成和科學(xué)探究及科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

（4）在高科技支持的課堂中，可以融合翻轉(zhuǎn)課堂、同伴教學(xué)等多種教學(xué)模式，使各種教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

環(huán)節(jié)四：獲得數(shù)據(jù)、分析論證

教師：針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，利用智慧課堂平臺(tái)開展互動(dòng)和交流。

方案1：利用EXCEL中的相關(guān)命令對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，粗略驗(yàn)證向心力表達(dá)式。

方案2：手機(jī)軟件直接得出角速度與向心加速度的圖像，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

方案3：利用智能傳感器獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用計(jì)算機(jī)軟件繪制向心力與質(zhì)量、半徑、角速度之間的關(guān)系圖像，進(jìn)而得出結(jié)論。

學(xué)生：各小組對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行解釋、交流、評(píng)估，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表和結(jié)論上傳至智慧課堂平臺(tái)，在課堂上進(jìn)行分享展示。

優(yōu)勢(shì)與特色：

（1）讓學(xué)生具備利用現(xiàn)代科技軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的能力，提高課堂效率。同時(shí)，了解現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，感受智能設(shè)備在提高實(shí)驗(yàn)精確度方面的重要作用。

（2）在技術(shù)支持下，師生和生生間的交流互動(dòng)更靈活，教學(xué)方式更多元，課堂形式更智能。

環(huán)節(jié)五：思維加工、形成定義

教師：列舉不同物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，利用電子課本和互動(dòng)白板分析向心力的來源及本質(zhì)。

用智慧課堂中的電子課本展示向心力的定義，并使用“聚焦”功能突出重點(diǎn)，“白板”和“畫筆”功能進(jìn)行實(shí)例分析，讓學(xué)生進(jìn)一步理解向心力的概念。

優(yōu)勢(shì)與特色：直觀展示，聚焦重點(diǎn)，在學(xué)生頭腦中深化向心力這一物理觀念。

環(huán)節(jié)六：總結(jié)規(guī)律、介紹內(nèi)涵

教師：投屏播放鏈球視頻慢動(dòng)作回放。

學(xué)生：觀察鏈球運(yùn)動(dòng)的慢動(dòng)作回放，發(fā)現(xiàn)鏈子對(duì)球的拉力并不指向圓心。

教師：利用FLASH動(dòng)畫，展示一般曲線運(yùn)動(dòng)的分析過程，介紹切向力和徑向力，總結(jié)各自作用，并提出變速圓周運(yùn)動(dòng)的概念，引導(dǎo)學(xué)生思考應(yīng)該如何處理一般的曲線運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)勢(shì)與特色：利用FLASH動(dòng)畫軟件，讓學(xué)生對(duì)一般的曲線運(yùn)動(dòng)有更加清晰和直觀的認(rèn)識(shí)，從而啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深度思考，發(fā)展科學(xué)思維。

環(huán)節(jié)七：解決問題、鞏固提升

教師：精選習(xí)題，一鍵上傳至智慧課堂作業(yè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的答題情況（如圖8所示）。

習(xí)題1：研究各種力充當(dāng)向心力時(shí)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

習(xí)題2：變速圓周運(yùn)動(dòng)中最低點(diǎn)的情形。

習(xí)題3：定性研究一般曲線運(yùn)動(dòng)中的曲率半徑問題。

教師：開啟平臺(tái)的“智能推送易錯(cuò)習(xí)題”功能，幫助學(xué)生鞏固練習(xí)，并將課程學(xué)習(xí)資源和拓展資料上傳至資源平臺(tái)，供學(xué)生隨時(shí)隨地觀看學(xué)習(xí)。

學(xué)生：根據(jù)自己的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，了解自身掌握情況，下載所需的學(xué)習(xí)資源，不限次數(shù)地學(xué)習(xí)。

優(yōu)勢(shì)與特色：

1.數(shù)據(jù)化地呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，不僅為教師做出教學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支撐，也在一定程度上發(fā)展了學(xué)生的元認(rèn)知能力。

2.學(xué)生可通過師生互動(dòng)功能在課后與教師通訊，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)和溝通。

四、總結(jié)

智慧課堂依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，能夠在教學(xué)過程中實(shí)時(shí)診斷和反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，向教師和學(xué)生呈現(xiàn)直觀的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)教師的精準(zhǔn)教學(xué)和學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)。在平臺(tái)中各種互動(dòng)教學(xué)功能的支持下，師生互動(dòng)更加及時(shí)、有效和智能，對(duì)促進(jìn)學(xué)生理解知識(shí)內(nèi)容、提升其元認(rèn)知水平具有重要意義。深入探索智能技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的融合可能，是一項(xiàng)長期且艱巨的任務(wù)，還需要我們持續(xù)不斷地努力。

參考文獻(xiàn)：

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