依托數(shù)字教材破解初中物理課堂教學(xué)難題

摘 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和教師應(yīng)用信息技術(shù)能力的不斷提升，使用優(yōu)質(zhì)的數(shù)字資源破解實驗教學(xué)的難題，成為越來越多物理教師的選擇.數(shù)字教材利用多媒體技術(shù)將傳統(tǒng)紙質(zhì)教材內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化處理，知識表達(dá)更加生動形象，本文以人教版初中物理數(shù)字教材為例，介紹如何利用數(shù)字教材破解傳統(tǒng)教學(xué)難題，突破實驗教學(xué)困境，并開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)的探索.

關(guān)鍵詞：數(shù)字教材;初中物理;實驗教學(xué)

中圖分類號：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0022-04

作者簡介：孫少輝（1974-），男，河南洛陽人，本科，中小學(xué)高級教師，研究方向：信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)融合.

物理是一門實驗學(xué)科，實驗是教師開展物理教學(xué)的基礎(chǔ).但是在我國中西部地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約導(dǎo)致教育投入有限，教師在開展實驗教學(xué)時會受到一些客觀因素的制約，筆者曾于2019年1月通過問卷星發(fā)布網(wǎng)絡(luò)問卷在學(xué)科教師中開展調(diào)查，結(jié)果表明（調(diào)查報告網(wǎng)址：https：//www.wjx.cn/report/33016695.aspx）實驗室所配備的實驗器材數(shù)量不足、質(zhì)量低劣（如圖1所示），不但嚴(yán)重制約初中物理實驗教學(xué)的開展，也在一定程度上挫傷教師開展實驗教學(xué)的積極性.伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展和教師應(yīng)用信息技術(shù)能力的不斷提升，教師普遍認(rèn)為利用信息技術(shù)能夠有效彌補(bǔ)實驗器材不足，減少實驗器材損耗，增強(qiáng)實驗操作過程及實驗現(xiàn)象的可視性，杜絕可能發(fā)生的安全隱患，有效調(diào)動學(xué)生參與實驗探究的興趣.依托信息技術(shù)，使用優(yōu)質(zhì)的數(shù)字資源破解實驗教學(xué)的難題，成為越來越多學(xué)科教師的自覺選擇（如圖2所示）.

一線教師呼喚優(yōu)質(zhì)完整的數(shù)字化教學(xué)資源，基于這種現(xiàn)實需求，以人教社數(shù)字教材為代表的優(yōu)質(zhì)資源吸引廣大教師的持續(xù)關(guān)注.數(shù)字教材利用多媒體技術(shù)將傳統(tǒng)紙質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化處理，融合文字和音頻、視頻、圖片及動畫等元素（如圖3所示），使知識表達(dá)更加生動形象，教師在教學(xué)過程中可以輕松調(diào)用這些資源輔助課堂講解，也可以引導(dǎo)學(xué)生在課前依托數(shù)字資源更輕松、更高效地開展自學(xué).數(shù)字教材的開發(fā)和普及不但能夠促進(jìn)教師工作方式的變化，甚至能夠推動學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革.本文以人教版初中物理數(shù)字教材為例，介紹如何利用數(shù)字教材破解初中物理課堂教學(xué)中的難題.

1 利用內(nèi)置多媒體資源，破解傳統(tǒng)教學(xué)難題

1.1 放大教材插圖，輔助課堂練習(xí)或講解

出現(xiàn)在教材中的插圖也是重要的教學(xué)資源.教師可以利用數(shù)字教材系統(tǒng)中的縮放工具對教材內(nèi)容進(jìn)行放大、拖動，或以輔助課堂練習(xí)與知識點講解.例如，在研究刻度尺、溫度計、量筒等測量工具的用法時，教師就可以結(jié)合放大的插圖讓同學(xué)們識別不同工具的零刻度線和分度值，在認(rèn)識天平、汽油機(jī)等設(shè)備的構(gòu)成時，也可以結(jié)合放大的插圖輔助課堂講解（如圖4、圖5所示）.

1.2 播放實驗視頻，兼顧學(xué)生健康與體驗

在物理教學(xué)中有些實驗會涉及到有毒有害氣體的擴(kuò)散，影響師生健康;有些實驗周期較長，難以在短時間內(nèi)呈現(xiàn)實驗的全部過程;還有一些實驗由于器材等因素的限制，成功率較低，在這種情況下，利用數(shù)字教材整合的精彩實驗視頻可以彌補(bǔ)演示實驗的不足，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義.以九年級物理“分子熱運動”一課為例，二氧化氮氣體在空氣中的擴(kuò)散是一個非常重要的實驗（如圖6所示），但是二氧化氮氣體有毒，在實驗過程中略有泄漏，就會導(dǎo)致前排同學(xué)出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀.而硫酸銅溶液在清水中的擴(kuò)散實驗由于實驗周期過長（如圖7所示），難以在一節(jié)課的時間里完整地呈現(xiàn)全部實驗過程.此外，在利用兩根鉛柱演示分子引力實驗（如圖8所示）時，由于很難對鉛柱的接觸面進(jìn)行精細(xì)化處理，導(dǎo)致實驗的成功率比較低，對于力量弱小的女教師而言，這個實驗幾乎難以完成.借助于數(shù)字教材中的實驗視頻，能夠輕松破解上述難題.

此外，在人教版初中物理教材中，還有一些實驗性的習(xí)題，數(shù)字教材在習(xí)題講解模塊，除了提供標(biāo)準(zhǔn)答案方便教師講評時使用外，也內(nèi)置有此類實驗視頻，教師可以視情況選用（如圖9、圖10所示）.

1.3 利用Flash動畫，化抽象為直觀感性

在研究聲音特性時，一些學(xué)生由于缺乏必要的樂理知識，容易將聲音的強(qiáng)弱與音調(diào)的高低相混淆.利用數(shù)字教材中的Flash動畫，可以用鼠標(biāo)拖動滑塊生成20～20000Hz范圍內(nèi)特定頻率的聲音（如圖11所示），這些真實的聲音刺激著學(xué)生的耳膜，使學(xué)生對不同音調(diào)的聲音產(chǎn)生感性認(rèn)識，能夠有效激發(fā)學(xué)生的探索熱情.

船只通過船閘的過程，活塞式抽水機(jī)的工作原理，四沖程汽油機(jī)循環(huán)往復(fù)的工作過程等較為抽象，依靠教材中的插圖和教師的講解難以讓學(xué)生明白，借助于數(shù)字教材精彩的Flash動畫，能夠?qū)?fù)雜的物理過程變得直觀生動，能夠輕松突破這些教學(xué)難點（如圖12、圖13所示）.

2 依托仿真實驗資源，突破實驗教學(xué)困境

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020）》指出，信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，要鼓勵學(xué)生利用信息手段主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)運用信息技術(shù)分析解決問題能力.引導(dǎo)學(xué)生依托仿真實驗平臺探究電學(xué)知識，有著很積極的現(xiàn)實意義.NB物理實驗（網(wǎng)址：http：//www.nobook.com.cn/wuli.html）是北京樂步教育科技有限公司研發(fā)的優(yōu)秀仿真實驗平臺，能夠為師生搭建虛擬的物理實驗環(huán)境，師生可以自由地選取所需器材進(jìn)行實驗，既能滿足教師課堂演示的需求，也允許學(xué)生進(jìn)行開放式的自主探究.在數(shù)字教材中嵌入許多精彩的NB仿真實驗資源，巧妙使用這些資源，能夠輕松破解各類實驗教學(xué)難題.

2.1 依托仿真實驗，深化對演示實驗的理解

真實的演示實驗無疑對學(xué)生具有強(qiáng)大的吸引力，對實驗過程以及實驗現(xiàn)象完整、清晰的展示有助于學(xué)生對知識的理解和技能的掌握，但有些實驗結(jié)果會受到多種因素的影響，難以達(dá)成教學(xué)目標(biāo).仿真實驗則能通過信息技術(shù)手段剔除次要的干擾因素，呈現(xiàn)出較為理想的實驗結(jié)果，有助于學(xué)生深化對知識的理解和掌握.例如在研究固體溫度隨時間變化的規(guī)律時，海波熔化時的現(xiàn)象不易為同學(xué)們觀測（如圖14所示），加熱時如果稍有不慎（例如水浴時水溫過高，酒精燈火力過大等），就可能會導(dǎo)致海波熔化的過程過于短暫而導(dǎo)致教學(xué)的尷尬.在這樣一些特定情況下，教師利用數(shù)字教材中所整合的仿真實驗資源可以有效彌補(bǔ)實驗器材不足、實驗過程難以控制、實驗現(xiàn)象不易觀察等難題（如圖15所示），并有效避免實驗過程中危險行為發(fā)生，這些都是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)積極有益的補(bǔ)充.

當(dāng)然，在物理實驗教學(xué)中，如果具備條件的話，一定要通過真實的實驗幫助學(xué)生觀察物理現(xiàn)象、掌握物理規(guī)律.不過，在真實實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真實驗平臺進(jìn)行深入細(xì)致分析，更有助于學(xué)生對實驗原理、實驗過程，以及實驗結(jié)論的理解.

2.2 利用仿真實驗，優(yōu)化對分組實驗的預(yù)習(xí)

許多學(xué)校由于受到時間、空間等各種因素的限制，學(xué)生難得有機(jī)會進(jìn)入實驗室.對于一些較為復(fù)雜的實驗，如果學(xué)生課前準(zhǔn)備不足，很難在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗任務(wù)，從而無法達(dá)成實驗教學(xué)的目標(biāo).以探究電流跟電壓和電阻間的關(guān)系實驗為例，如果教師在課前有意識地引導(dǎo)學(xué)生通過仿真實驗平臺進(jìn)行反復(fù)的模擬練習(xí)（如圖16、圖17所示），對實驗的主要流程和電路的連接爛熟于心，學(xué)生走進(jìn)實驗室后，操作的效率能夠得到大幅度提升.

3 使用精彩的微課資源，開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)實踐

翻轉(zhuǎn)課堂是近年來基礎(chǔ)教育界課改的熱點，其根本要義是在課前推送精彩的視頻，方便學(xué)生輕松高效地進(jìn)行課前自學(xué).在數(shù)字教材中聚集一些優(yōu)質(zhì)的微課，例如初中電學(xué)模塊，研究電流跟電壓、電阻之間的關(guān)系既是教學(xué)重點也是教學(xué)難點，教師可以在課前將相關(guān)

的微課推送給學(xué)生（如圖18所示），引導(dǎo)學(xué)生登陸數(shù)字教材，跟著微課進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的課前預(yù)習(xí)，為課堂教學(xué)奠定扎實的基礎(chǔ).

總之，經(jīng)過一段時間的體驗，筆者認(rèn)為數(shù)字教材最大的優(yōu)勢和特色就在于聚集相對優(yōu)質(zhì)而豐富的數(shù)字資源，為那些資源儲備不足、信息技術(shù)應(yīng)用能力較弱的教師減輕備課負(fù)擔(dān)，有助于信息技術(shù)與學(xué)科的融合.當(dāng)然，相對于多樣化的實驗教學(xué)而言，數(shù)字教材暫時還不能解決所有的教學(xué)需求，事實上也沒有任何一個平臺能夠破解所有的教學(xué)需求.教學(xué)有法而無定法，貴在得法，兵無常勢水無常形，運用之妙，存乎一心，優(yōu)秀的教師能夠結(jié)合具體的教學(xué)需求，綜合運用各種教學(xué)手段，充分發(fā)揮包括數(shù)字教材在內(nèi)的各種教學(xué)資源和平臺的優(yōu)勢與特色，打造出精彩的課堂.

參考文獻(xiàn)：

[1]房永俊，黃冠華.數(shù)字教材在初中物理課堂中的應(yīng)用研究——以復(fù)習(xí)課《浮力》為例[J].教育信息技術(shù)，2020（09）：65-68.

[2]施玲艷.信息技術(shù)在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].新課程研究，2021（20）：45-46.

[3]李永春.基于數(shù)字教材的初中物理專題復(fù)習(xí)課教學(xué)——“密度測量的誤差分析與評估”教學(xué)與思考[J].湖南中學(xué)物理，2021，36（02）：88-91+77.

[4]顧圣元.基于數(shù)字教材的初中物理實驗支架式教學(xué)設(shè)計與分析[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2021（02）：21-24.

[5]孫良.活用數(shù)字教材 構(gòu)造希望課堂——初中物理“熱機(jī)”課例[J].教育傳播與技術(shù)，2021（S1）：21-24.

（收稿日期：2021-08-06）