核心素養(yǎng)導向下信息技術(shù)與初中物理教學深度融合的策略研究

陳峰

隨著教育部《關(guān)于實施全國中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》的發(fā)布，越來越多的一線教師開始重視信息技術(shù)在教育教學中的應(yīng)用。在新時代大數(shù)據(jù)、人工智能、5G技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，尤其是在疫情防控常態(tài)化的形勢下，教育教學需要線上線下相結(jié)合，使得信息技術(shù)與學科教學的融合變得更加有意義。

江蘇省南京市秦淮區(qū)教師發(fā)展中心自2018年開始就深入開展“信息技術(shù)與教育教學深度融合”的研究，成立了“信息技術(shù)與學科教學深度融合中心組”，以初中物理為示范學科，聚焦多種信息技術(shù)在初中物理教學中的應(yīng)用，形成了案例、微課、示范課等多種形式的實踐應(yīng)用成果。本文梳理了之前的研究成果，從豐富內(nèi)容體驗、改變評價方式、變革教學模式三個方面，介紹幾何畫板、虛擬仿真實驗室、“金陵微?！痹诰€學習平臺等多種信息技術(shù)與初中物理教學的深度融合案例。

一、豐富內(nèi)容體驗，讓內(nèi)容直觀形象

物理學科以觀察、實驗為基礎(chǔ)，重視對情景的構(gòu)建，許多物理問題都是理想化了的模型，如果學生缺少足夠的體驗，將不能有效地構(gòu)建模型從而影響學習效果。借助虛擬仿真實驗室、幾何畫板等，不僅可以將實驗場景再現(xiàn)，讓學生仔細觀察實驗中的重要現(xiàn)象及步驟，還能夠模擬一些真實實驗無法實現(xiàn)的場景，幫助學生進行三維空間想象。學生在虛擬仿真實驗平臺上進行操作，將抽象、靜態(tài)的物理模型直觀化、動態(tài)化，讓難以準備的實物數(shù)字化，豐富學生對物理情境的感性認識，深化其對科學規(guī)律的理解。

案例1：用幾何畫板模擬油量表的模型

油量表模型包括了杠桿、滑動變阻器、電表等多個物理要素。初學變阻器的學生面對這一復(fù)雜問題時，難以辨析各要素之間的聯(lián)系，加上該模型是一個動態(tài)過程，學生需由靜態(tài)到動態(tài)分析，認知梯度較高。借助幾何畫板設(shè)計動態(tài)的油量表模型，可以觀察油面變化時，杠桿轉(zhuǎn)動，滑動變阻器接入電路中的阻值改變，將電壓、電流、電阻的變化關(guān)系加入其中，借助幾何畫板自帶的計算功能，可以動態(tài)地顯示出各物理量之間的變化（如圖1），直觀地觀看到電流的變化情況，增強學生的感性認知。

案例2：用虛擬仿真實驗室探究光的反射

虛擬仿真實驗室可以模擬真實實驗情境，學生利用仿真實驗室平臺，觀察實驗現(xiàn)象，經(jīng)歷實驗探究過程?！肮獾姆瓷洹边@一節(jié)的教學重點是探究光的反射定律，“反射光線與入射光線和法線在同一平面”這一結(jié)論的得出，學生很難總結(jié)并理解記憶，尤其是表述三線的順序問題。在真實的實驗探究中，學生觀察不到反射光到底在哪個平面中，因為現(xiàn)實的實驗中是看不到法線的。雖然法線并不是實際存在的，但其對描述反射光所在的平面是至關(guān)重要的。利用虛擬仿真實驗室，當顯示光路的紙板沒有垂直立在平面鏡上，入射光沿著紙板斜射到平面鏡上，此時會顯示過入射點垂直于反射面的法線，同時學生直觀地觀察到反射光的位置（如圖2），幫助學生進行三維空間想象。

二、改變評價方式，讓評價有趣及時

在平時的課堂教學中，教師會設(shè)置許多問題來組織教學，也會設(shè)置一些課堂練習鞏固新知，然而由于班級人數(shù)較多，教師很難兼顧到每一位學生，每次提問只能由個別學生回答，并不能讓所有學生都表達自己的觀點，學生的參與度不高，這就降低了課堂評價的效果。在傳統(tǒng)的練習評價中，學生要等到教師批改完再發(fā)下去之后，才能獲得反饋信息，這就錯過了練習發(fā)揮作用的最佳時期。在小組合作當中，由于時間的限制，僅僅能展示一到兩個小組的作品，其他小組討論交流的閃光點就很難被發(fā)現(xiàn)。借助“金陵微?！痹诰€學習平臺可以改變評價方式有效地解決以上問題。搶答、觀點云、趣味練習等課堂互動形式可以提高學生積極性；分組練習、全班練習等評價形式可以及時收集學生課堂反饋，提高學生課堂參與度；課后，教師可以運用“金陵微?！痹诰€學習平臺中的作業(yè)、學習墻等功能，將學生上課時錯誤率較高的題目發(fā)送給學生再次練習，幫助學生及時鞏固知識。教師可以及時了解學生課后遇到的問題，并通過大數(shù)據(jù)分析了解每一個學生本階段學習情況。

案例：測量液體的密度

測量液體的密度是密度知識的綜合應(yīng)用，教師借助“金陵微?！痹诰€學習平臺，可以拓展這節(jié)課的教學途徑、優(yōu)化教學策略，反饋及時可控，也可以引導學生主動思考。

活動一：學生來“找茬”。播放學生用量筒和天平測量液體密度的實驗操作視頻，全班學生在仔細觀察的過程中，找出視頻中不規(guī)范的操作，通過“金陵微?！痹诰€學習平臺中觀點云工具發(fā)表觀點，學生們的觀點就會在屏幕上滾動出現(xiàn)。通過這一工具，不僅教師能實時了解到學生的觀點，學生之間也可以看到同伴的觀點，還可以為同伴的觀點“打call”。結(jié)束收集后，學生們的觀點將被歸納整理，形成詞云圖，實現(xiàn)對實驗操作的精加工。

活動二：巧測液體密度。教師提供器材，如精準秤、圓柱形容器、水、刻度尺、膠頭滴管等，學生設(shè)計實驗，畫出實驗步驟簡圖。教師運用“金陵微?！痹诰€學習平臺中的互動功能，通過主觀題形式發(fā)送小組合作任務(wù)。通過“金陵微?！痹诰€學習平臺，教師不僅可以了解到每一位學生的設(shè)計思路，還能讓學生之間互相了解，幫助教師及時了解課堂中學生的閃光點和存在的問題，調(diào)動學生積極性，提高課堂效率。學生的測量方案有如下兩種：方案一，相同體積（高度）比質(zhì)量（如圖3），密度表達式為；方案二，相同質(zhì)量比體積（高度）（如圖4），密度表達式為。

活動三：設(shè)計制作密度計。對活動二中學生生成的兩種方案進行深加工、精加工和多維加工。方案一中，當測量不同液體時，只要將液體倒至標記處，測出液體的質(zhì)量，即可求得該液體的密度。如果我們事先將精準秤的示數(shù)對應(yīng)的密度值算好，并制成表格（如表1），該精準秤就成為一個密度計，測量液體密度時，只要將液體倒至標記處，測出液體的質(zhì)量，通過查表即可得到液體的密度值。為方便學生理解和使用該密度計，教師通過“金陵微?！痹诰€學習平臺中全班練習工具發(fā)布如下練習：1.液體的密度為2g/cm3，對應(yīng)的液體質(zhì)量是 ? ?？2.觀察精準秤背面的相關(guān)信息，該密度計所能測量的液體最大密度是 ? ?？3.理論上，可以鑒別的液體密度最小差異是 ? ?？

方案二中，在圓柱形容器上標出相同質(zhì)量的不同液體對應(yīng)的深度，每次倒入容器中的液體質(zhì)量相同，從標度上就可以讀出液體的密度。實驗中控制每次倒入容器中的液體質(zhì)量為70g，測得倒入70g水的深度為7.2cm。教師通過“金陵微?！痹诰€學習平臺中全班練習工具發(fā)布如下練習：計算出液體密度與表2中的密度值相等時，密度計中液體的深度h，并根據(jù)計算出的數(shù)據(jù)，在容器上標出對應(yīng)的刻度線。學生思考：制作好的密度計的刻度線分布是否均勻？所制作的密度計刻度線有什么特點？如何使密度計上兩條刻度線之間的距離大一些，以使測量結(jié)果更精確？

三、變革教學模式，讓學習能動自主

“雙減”政策的落實，旨在讓學生有更多的時間可以自主學習，主動學習。知識的建構(gòu)，并非只能在課堂上，也可以在課前或者課后。翻轉(zhuǎn)課堂、項目式學習等新教學模式的應(yīng)用，需要提供更多的資源，比如微課視頻資源。在常規(guī)的物理教學過程中，雖然學生也進行一些規(guī)定的觀察與實驗，但由于工具、資源和時空等限制，學生的探究實驗非常有限。在課前或者課后提供相關(guān)的微課視頻供學生自主學習，可以增強學生學習體驗，有效地促進學生開展物理深度學習。

案例：制作簡易投影燈

凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用一直是初中學生學習上的難點，書本上提到的投影儀或者幻燈機學生幾乎沒有見過，缺少客觀的體驗，很難對該物理知識有深層次的認識。其實凸透鏡在生活中的應(yīng)用很常見，夜晚路邊商店門口地面上旋轉(zhuǎn)的logo，就是凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用，即圖5所示的投影燈。利用兩個礦泉水瓶（直徑不同）、手電筒、焦距10cm的凸透鏡、手機貼膜（作為幻燈片）等工具便可制作一個簡易投影燈（如圖6）。

教師可以拍攝制作過程并制作成微課視頻，指導學生實踐學習，學生在制作的過程中，可以在多次觀看微課視頻的基礎(chǔ)上，進行獨立思考和制作。學生通過自己制作的投影燈探究實驗效果，激發(fā)出學習的熱情。同時教師要設(shè)計有層次有針對性的問題，如屏幕上的投影畫面是何種性質(zhì)的成像？投影片到凸透鏡的距離應(yīng)滿足怎樣的條件？投影的畫面是左右顛倒的，應(yīng)如何擺放投影片？畫面不清晰，你打算如何調(diào)整？要使畫面變得更大，如何操作？

四、結(jié)語

應(yīng)用信息技術(shù)豐富學生的體驗，改變評價方式，變革教學模式，激發(fā)學生學習興趣，提升其學習效果和核心素養(yǎng)，同時幫助學生適應(yīng)數(shù)字時代的要求，讓教學變得簡單，讓學生熱愛學習。作為一線教師應(yīng)立足應(yīng)用，靶向教學，激發(fā)提升自身信息技術(shù)應(yīng)用能力的內(nèi)部驅(qū)動力，推動信息化教育教學創(chuàng)新，全面提升學生核心素養(yǎng)。