智慧課堂在物理實驗教學中的應用研究
——以初中物理《凸透鏡成像規(guī)律》實驗教學為例

尹傳海

(馬鞍山市新市初級中學，安徽 馬鞍山 243141)

0 引言

初中物理是以實驗為基礎的學科。物理實驗是幫助學生形成物理觀念，獲得知識和實驗技能的重要手段，能培養(yǎng)學生的觀察能力、分析問題及解決問題的能力。因此，在中學物理學科教學中，實驗具有不可替換的作用。對于初中生來說，直觀的實驗現(xiàn)象，可以讓抽象的物理概念更直觀、易懂，更利于學生接受，從而激發(fā)其學習物理的興趣。傳統(tǒng)物理實驗課堂教學有如主要是教師講、學生聽，教學過程中以講代做等問題，物理實驗教學需要探索新的教學方法。伴隨著課堂改革的進程，智慧課堂走進人們的視野，也走入了課題組的視野。課題組旨在通過對“智慧課堂”這種新型課堂教學模式的探究。立足課堂實驗教學，彌補傳統(tǒng)實驗的缺點，優(yōu)化物理實驗課堂教學，提高物理實驗課堂教學效果。

1 物理實驗的傳統(tǒng)教學模式及存在的問題

課題研究之初，課題組就本地區(qū)物理實驗教學現(xiàn)狀進行了大量調查，調查結果顯示，在物理實驗傳統(tǒng)教學模式中，預習、實驗操作、復習等教學環(huán)節(jié)流于形式，紙上談兵現(xiàn)象嚴重?，F(xiàn)分為三個環(huán)節(jié)進行具體的分析。

1.在物理實驗的傳統(tǒng)教學模式下的“實驗前”環(huán)節(jié)，教師一般會根據實驗內容準備材料，完成教學設計，學生預習、完成實驗、書寫實驗報告。這種教學模式會導致實驗前教師和學生缺少互動，教師對學生的預習效果和可能存在的疑問不能及時把握，使教學過程缺少針對性，教學效果較差。

2.在物理實驗的傳統(tǒng)教學模式下的“實驗中”環(huán)節(jié)，一般有“實驗理論知識講授”、“教師演示實驗”、“學生重復實驗”三個部分，是實驗課堂教學的主體。在“實驗中”環(huán)節(jié)，可能存在這些問題:①“教師先說，學生跟著做”，互動單一、教學效果差，教學有很大的局限性；②主要是“驗證”實驗，而不是探究實驗、探索知識；③小組成員間的合作意識差，參與度低。這些問題往往會導致實驗課堂教學效率不高。

3.在物理實驗的傳統(tǒng)教學模式下的“實驗后”環(huán)節(jié)，要求學生收集實驗證據，經過交流與合作，分析與論證總結出實驗結論；教師根據學生實驗，進行分析，幫助學生掌握實驗結果?！皩嶒灪蟆杯h(huán)節(jié)，往往會出現(xiàn)“學生的反饋不足、師生缺乏互動”的情況。

綜上所述，傳統(tǒng)的物理實驗課堂，有利于教師把握教學進度，但會出現(xiàn)“教學相長”不能體現(xiàn)、學生個性發(fā)展不足等局限性，難以培養(yǎng)學生的對物理實驗結論及過程提出質疑，也不便于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，因此，需要教師對傳統(tǒng)物理實驗課堂教學方法進行一些改變。

2 智慧課堂教學模式的特點及其應用優(yōu)勢

在我們的實驗探索中，智慧課堂教學模式呈現(xiàn)出如下特點：

1.智慧課堂在教學理念與目標、技術手段、交互方式、評價與反思等方面形成“學生主體，教師主導”的理念進行個性化教學，引導學生主動構建知識，提高探究意識和創(chuàng)新能力。

2.借助智能終端開展智慧課堂教學活動，不再局限于實驗室及課表時間，有助于學生充分利用零碎時間，靈活地進行教與學的各項活動。

3.智慧課堂是一種開放、實時、廣泛和多樣性的交互模式，是通過虛擬教學平臺和智能終端展開交互活動，能夠實現(xiàn)對交互活動的靈活調整，滿足學生個性化的需求。

4.智慧課堂中的評價與反思是一種更加靈活、多元、開放、全面的智慧化考核與評價方式，可以幫助學生在整個教學過程中對自身的表現(xiàn)和知識掌握情況有了更全面的認識。

智慧課堂是一種將“教與學”、“線上與線下”、“全面發(fā)展與個性化發(fā)展”有機結合的智慧化的“開放式”教學模式。在智慧課堂理念下開展物理實驗課堂教學，可以使教、學變得更加多樣、靈活、開放、趣味。實現(xiàn)學習過程由“被動認知”向“主動探求，創(chuàng)造智慧”的轉變，對培養(yǎng)學生的質疑、探究、創(chuàng)造精神有著重要意義。

3 智慧課堂設備的應用模式簡介

“智慧課堂”是“借助互聯(lián)網技術和智能終端的支持，構建智慧化虛擬學習平臺，滿足教育的開放性、互動性、多元性、實時性”等特點的新型的線上線下混合式智慧教學模式。學校所建的智慧課堂由于已與省資源平臺實現(xiàn)了互聯(lián)互通，教師與學生可通過省資源平臺賬號直接登錄，平臺中的班級是基于實體班級而建，可實現(xiàn)基于網絡環(huán)境下的泛在式學習模式，即無需受時間、空間限制，只要有網絡和終端的情況下，師生可隨時互動交流和自主學習。同時，智慧課堂平臺提供了大量學習資源和理科模擬實驗工具，有利于揭示物理現(xiàn)象內部的發(fā)展變化，化抽象為具體，化無形為有形，有效的彌補了傳統(tǒng)教學手段的不足，為學生自主學習提供便捷。

基于智慧課堂設備所具備的資源和功能，通過在課堂實驗教學實踐研究，初步形成了“AI 創(chuàng)新實驗教學法”，具體如圖1：

圖1.AI 創(chuàng)新實驗教學法

“AI 創(chuàng)新實驗教學法”是指使用智慧課堂設備輔助實驗教學，打破時空限制，延伸實驗教學的一種泛在式實驗學習方法。下面以《凸透鏡成像規(guī)律》實驗教學為例，簡述此法的應用。

4 “AI 創(chuàng)新實驗教學法”在實驗教學中的應用

4.1 課前初探奠定實操基礎，精準掌握學情

過去，教師憑經驗去猜測對學生了解的程度，現(xiàn)在，課前，我們可以利用學生端的平板電腦布置幾個任務：1.展示你在生活中見過的透鏡，并分享到班級群；2.推送短視頻《一滴露水引發(fā)的火災》；3.近視眼鏡和老花鏡有哪些區(qū)別？課前收集到圖片，既可以幫助學生課前預習，也可幫助學生交流，更能貼近學生的認知。三個任務的完成，教師對出現(xiàn)的案例能及時作出分析，更加準確地了解學生的學情，對教學思路、授課內容及時調整。

《凸透鏡成像規(guī)律》是本章的重點和難點，第一課時完成實驗，初步得出實驗結論;第二課時，從光路圖的角度對成像原理進行理解加深。第二個課時，首先進行課前小測，利用學生端平板電腦進行選擇題的檢測，由即時分析得到的數據為依據，分析學生的掌握情況并確定本節(jié)課的教學進度和難度。在本節(jié)課的最后5 分鐘，再次進行課堂小測，同樣用幾道選擇題，根據即時分析得到的數據對學生的上課效果進行評價。由于智慧教室的使用，正答率與作答情況可以當堂檢測，輔以備用題庫，未能掌握問題、重要知識點都一清二楚，得以在課堂中鞏固加深;并且，凡是課堂訓練與練習中，學生出現(xiàn)的錯答都會及時歸納在學生自己特有的糾錯系統(tǒng)中，針對性更高，實現(xiàn)了精準糾錯。學生學情的清晰掌握，為改進課堂實驗教學設計提供指引。

這樣，課前，一是教師利用智慧課堂設備發(fā)布全面、具體、恰當的教學目標；二是精心準備實驗素材，把動畫、視頻、課件、練習等各種教學資源進行整合，通過智慧課堂平臺發(fā)給學生，學生根據教學目標進行自主學習。在學生自主學習和練習中，教師通過移動學習終端的大數據統(tǒng)計功能，可以充分了解學生課前預習情況，及時調整自己的教學設計，使課堂教學更具有針對性，從而為課堂教學提高效率。如在“凸透鏡成像規(guī)律”的教學過程中，為讓學生對透鏡有個直觀認識，教師在移動學習終端中創(chuàng)建有關透鏡圖片、微課視頻資源，以供學生查閱，布置一些線上作業(yè)，讓學生通過資源初學后完成練習，幫助學生初步了解所學內容，加深印象，為實驗操作教學奠定基礎。智慧課堂平臺具備大數據獲取與統(tǒng)計功能，教師通過平臺對學生預習作業(yè)完成情況進行統(tǒng)計分析，充分了解學生掌握程度，為課堂上實驗教學確定方向。由于平臺中班級圈是以實體班級為基礎而建成的，師生利用班級圈交流初學情況，師生互動、生生互動，相互質疑釋疑，為課中實踐打下良好基礎

4.2 課中實踐提高實驗操作能力

教學過程的核心是課堂教學，要提高課堂教學效率，必須激發(fā)學生積極參與實驗活動，促進學生全面的發(fā)展。為讓課堂更加高效，本課采用智慧課堂設備與實操相結合的方法完成實驗教學。

1.應用設備彌補課堂視覺不全。大多數演示實驗都存在后排學生看不清的問題，為彌補其缺陷，老師可利用設備中虛擬實驗功能完成教學。

2.使用平臺中視頻、微課等資源，突破重難點。教學中培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和認識物理規(guī)律、鑒別能力是最根本的，要讓學生知道實驗的結論不是實驗教學的目的。利用移動學習終端輔助物理實驗教學則可以突破教材內容的局限，擴展學生的思維空間，深化認識，使學生更加透徹地理解教材內容，為教材中結論性的話找到依據。

學生通過虛擬實驗模擬，對整個實驗過程已經非常熟悉了，再讓學生動手操作，學生非常熟練的組裝器材，小組合作、探究、非常順利的完成實驗并得出實驗結論。這樣，通過虛擬實驗模擬后再進行實驗，既活躍了課堂氣氛，又激發(fā)了學生的求知欲。合理利用“投屏”這一功能對展示學生實驗過程是一種非常有效、值得贊賞和推廣的教學手段，比起傳統(tǒng)的實物投影，它不需要學生走上講臺或者搬動實驗器材，也不會受攝像頭角度的限制，可以更加靈活自如地展示實驗現(xiàn)象及過程，大大優(yōu)化了教學內容的呈現(xiàn)，促進課堂教學的有效互動。在《凸透鏡成像規(guī)律》的第二課時，也有一個環(huán)節(jié)很適合利用投屏功能。在凸透鏡成像規(guī)律的光路分析完畢后，教師提出問題：“虛像可以用眼睛觀察，實像能否被眼睛觀察到呢？”然后進行演示：將蠟燭位于凸透鏡兩倍焦距以外，調節(jié)光屏到透鏡的距離直到光屏上接收到清晰的像，此時確定像的位置即是此時光屏的所在;取下光屏，移動眼睛位置看是否能直接觀察到該實像。為了展示人眼看到的現(xiàn)象，教師用手機或平板電腦中的攝像頭模擬人類的眼睛，將攝像頭位于實像和透鏡之間、攝像頭距離凸透鏡的距離大于像距的地方，對比兩者的區(qū)別，由此說明實像也能被眼睛看到，只是眼睛要在離透鏡的距離大于像距的位置，這時等同于用眼睛觀察位于像距上一個實物，如果考慮眼睛的明視距離則還需要在更遠的位置觀察。又如蠟燭越少越低則像升高還是降低，對比透鏡降低所成的像上升還是降低，遮去一半透鏡，是否仍能成完整的像。

5 研究結果分析

在以往的實驗課堂教學中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的物理實驗教學一般采用黑板和粉筆的板書的形式講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟，學生聽的似懂非懂就去動手實驗，實驗效果一般都不理想。實驗效果是通過現(xiàn)場提問和紙筆測試，工作量大，易受儀器設備、實驗條件等因素限制，主觀性、隨意性強。通過研究，課題組形成了不同于傳統(tǒng)模式的評價方法，借助“智慧課堂”的大數據分析自適應課程平臺非常快速、準確的解決學生和老師精準化的教與學的問題；平臺基于教與學過程中的大數據采集和分析，形成過程評價與終結評價模型，精準的診斷學生的知識結構，精準推送學習內容，實現(xiàn)分層教學、因材施教。（如圖2、圖3）

圖2.傳統(tǒng)評價方式

圖3.智慧課堂評價方式

6 結束語

實踐證明，“智慧課堂”作為一種理念、也作為教育教學手段是教育信息化發(fā)展的趨勢與愿景，同時這一理念的實現(xiàn)、在課堂教學的作用發(fā)揮還在不斷更新和改進過程中。實踐過程中，教師能感覺到它給物理實驗教學帶來了很多傳統(tǒng)課堂不能提供的便利，包括生生、師生的交互功能，課堂的延伸功能，豐富的本地、互聯(lián)網課程資源，還有實時的反饋功能。在現(xiàn)代教育技術不斷提高的今天，我們應該選擇合適的教學工具，為物理實驗教學提供更大的幫助和支持。在物理實驗應用智慧課堂設備進行輔助教學，也是“從生活走向物理，從物理走向社會的”課程標準、物理核心素養(yǎng)理念的體現(xiàn)。積極利用信息化、智能化手段輔助物理實驗教學，可增強學生對物理學科的學習興趣，增強參與意識，提高學生的實驗理解能力、觀察能力、動手能力。將傳統(tǒng)的教學方法與新型教學手段、模式有機結合，適時而用、取長補短，有助于推動物理實驗課教學達到更優(yōu)化的程度。