信息技術(shù)賦能物理教學(xué)模式創(chuàng)新設(shè)計(jì)

劉東波 馮麗 劉濤

摘? 要? 智能技術(shù)時(shí)代，以信息化引領(lǐng)教育理念、教育模式創(chuàng)新，已經(jīng)成為當(dāng)下教育發(fā)展的鮮明特色，信息技術(shù)與學(xué)科課程的深度融合，正在潛移默化地改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式。以人教版初中物理“電流與電壓和電阻的關(guān)系”一課的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討在國家“雙減”政策背景下，如何優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，讓信息技術(shù)賦能物理課堂教學(xué)模式創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效益，切實(shí)達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

關(guān)鍵詞? 信息技術(shù)；物理教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；智慧教學(xué)

中圖分類號：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）21-0147-04

作者：劉東波，鄒城市教師進(jìn)修學(xué)校（鄒城市教育教學(xué)研究中心），高級教師，主要研究方向?yàn)榻逃畔⒒瘧?yīng)用；馮麗、劉濤，鄒城市鮑店煤礦學(xué)校，一級教師（273500）。

0? 引言

以信息化引領(lǐng)教育理念、教育模式創(chuàng)新，已經(jīng)成為當(dāng)下教育發(fā)展的鮮明特色，信息技術(shù)與學(xué)科課程的深度融合，正在潛移默化地改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出：“物理課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，與小學(xué)科學(xué)和高中物理課程相銜接，與化學(xué)、生物學(xué)等課程相關(guān)聯(lián)，具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)。”[1]以上對物理課程特點(diǎn)的描述和培養(yǎng)目標(biāo)的確定，決定了信息技術(shù)融入物理教學(xué)的必要性。

隨著教學(xué)條件的優(yōu)化和教學(xué)理念的變化，從最初的一本書、一張嘴、一塊黑板的呈現(xiàn)方式，到信息技術(shù)應(yīng)用到物理教學(xué)的全過程，包括物理知識傳授、演示、分組實(shí)驗(yàn)、課后實(shí)踐等環(huán)節(jié)，給物理課堂教學(xué)帶來新的生機(jī)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到空前的提高，物理教學(xué)的效果有了質(zhì)的飛躍。下面以人教版初中物理“電流與電壓和電阻的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡述信息技術(shù)賦能物理教學(xué)設(shè)計(jì)與思路的模式創(chuàng)新。

1? 教材及學(xué)情分析

“電流與電壓和電阻的關(guān)系”是一節(jié)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)探究課，主要解決兩個(gè)方面的問題：一是探討電流跟電壓的關(guān)系；二是探討電壓一定的情況下，電流跟電阻的關(guān)系。實(shí)際上就是學(xué)習(xí)研究歐姆定律，這是初中電學(xué)部分的基本定律，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探討電學(xué)知識、剖析電路的基礎(chǔ)，是本章的重點(diǎn)。如圖1所示，本節(jié)內(nèi)容具有較強(qiáng)的綜合性，既要用到電路、電流、電壓和電阻的知識，又要用到電流表、電壓表和滑動變阻器等實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生要通過實(shí)踐探究，總結(jié)電流、電壓和電阻的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)難度系數(shù)比較大，首要問題在于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、測試數(shù)據(jù)的精確度以及數(shù)據(jù)的整理和分析方面，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率較大，實(shí)驗(yàn)評估、交流也很重要。本節(jié)課能夠讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、填寫實(shí)驗(yàn)表格、采集數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)、交流合作等科學(xué)探究的全過程，因此，不管是在知識學(xué)習(xí)上，還是在培養(yǎng)學(xué)生動手操作、解決實(shí)際問題的能力上，都具有重要意義。

2? 信息技術(shù)為情境創(chuàng)設(shè)賦能

運(yùn)用信息技術(shù)手段能夠營造特定的學(xué)習(xí)氛圍，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生獲得最佳學(xué)習(xí)效果。本課例中，以一段Flash導(dǎo)入（播放視頻片段），教師適時(shí)地發(fā)問：“電流（卡通形象）為什么不說話了？你們曉得經(jīng)過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩頭的電壓和導(dǎo)體的電阻存在如何的關(guān)系嗎？”吊起學(xué)生的胃口，接著拋出期待：“他的猜想是否正確？我們就讓實(shí)驗(yàn)來評判吧?！币幌伦幼プW(xué)生的關(guān)注點(diǎn)，激起他們探索新知的積極性和求知愿望。由于原創(chuàng)動畫貼近學(xué)生生活認(rèn)知，情境創(chuàng)設(shè)的指引性強(qiáng)，就為學(xué)生提出問題、做出猜測與假設(shè)做好鋪墊。

3? 信息技術(shù)助力物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新

把信息技術(shù)有機(jī)融入物理教學(xué)探討的各個(gè)環(huán)節(jié)（圖2），如提出問題、猜想與假定、擬定計(jì)劃與實(shí)施、搜集數(shù)據(jù)、分析歸納、交流與分享等，突出教師主導(dǎo)、學(xué)生主體相結(jié)合，以學(xué)定教，既要關(guān)注“如何教得好”，更要思考“如何促進(jìn)學(xué)生學(xué)得好”。

3.1? 借助虛擬仿真（VR）技術(shù)增進(jìn)知識理解

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)演示能夠使學(xué)生觀察了解物理現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律，但由于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間短，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，學(xué)生來不及詳細(xì)察看，沒有充分思考的余地。而借助多媒體虛擬仿真技術(shù)則可重復(fù)模擬演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，還原物理現(xiàn)象，使許多不易查看的現(xiàn)象變得有形、有聲、有色，變說不清、看不全為一目了然，能夠幫助學(xué)生對物理現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行觀察分析。學(xué)生通過自己的認(rèn)知，建立正確的物理世界觀，充分彰顯自己的主體地位，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

3.2? 利用學(xué)科工具軟件指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)能夠測試電流和電壓、電阻間定量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)電路圖（圖3）

本課關(guān)鍵點(diǎn)是設(shè)計(jì)出改變定值電阻兩端電壓的電路圖。通過小組討論后，基本上會有兩種方法：第一種是改變電源的電壓；第二種是利用滑動變阻器改變定值電阻兩端的電壓。對第一種方法，所有學(xué)生很好理解和接受；而對于第二種方法，學(xué)生比較易于理解的是調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值能改變電路中的電流，但改變定值電阻兩端的電壓，并不是所有學(xué)生都能接受的。

通過組織學(xué)生進(jìn)行分組設(shè)計(jì)、研討，借助于電學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件模擬實(shí)際電路，連接好電路后，移動滑動變阻器，觀察電壓表的示數(shù)是否變化。讓所有學(xué)生明白和接受這種設(shè)計(jì)不但是可以的，而且操作簡單，并且能多次改變定值電阻兩端的電壓值。然后讓他們?nèi)ミM(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐呀?jīng)觀察測試過模擬電路的連接，再連接實(shí)際電路時(shí)難度大大降低。利用工具軟件進(jìn)行電路的模擬設(shè)計(jì)，可以節(jié)省時(shí)間，直觀性強(qiáng)，而且具有動態(tài)性，易于理解。

3.3? 利用信息技術(shù)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的可視化和可重復(fù)性

借助傳感器、控制器等數(shù)字手段可以更快更準(zhǔn)地采集到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而節(jié)省寶貴的授課時(shí)間。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析能力，能夠?qū)W(xué)生從簡單、枯燥、煩瑣的計(jì)算歸納推理中解脫出來，把更多的時(shí)間和精力用于思考如何解決問題上來。如在“電流與電壓和電阻的關(guān)系”一課中，摒棄傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中分別對它們之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證的做法，而是通過指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)據(jù)分析的方法來探究電流和電壓的關(guān)系。在學(xué)生掌握數(shù)據(jù)分析方法后，引導(dǎo)他們通過對第一次實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，得出在電壓一定的情況下電流與電阻的關(guān)系。

把本該重復(fù)做兩遍的實(shí)驗(yàn)減少為一遍，使學(xué)生少做很多無用功，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。更可貴的是，這樣設(shè)計(jì)使學(xué)生既能經(jīng)歷體驗(yàn)科學(xué)探究的全過程，又能培養(yǎng)動手操作、思考分析的能力，進(jìn)一步熟悉科學(xué)探究中被廣泛采用的一種方法——控制變量法，還能學(xué)會充分利用數(shù)據(jù)從不同的角度分析得出結(jié)論，在解決實(shí)際問題的過程中激發(fā)積極的情感體驗(yàn)，完成知識建構(gòu)，具有非常重要的意義（圖4）。

4? 利用智慧教學(xué)對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行重構(gòu)

混合/智慧教學(xué)環(huán)境下，基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，改變傳統(tǒng)的知識傳授方式，注重課前、課中、課后的閉環(huán)式知識建構(gòu)。上課前，教師通過推送精心設(shè)計(jì)好的學(xué)習(xí)資源和任務(wù)單，指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，借助問卷星等小工具進(jìn)行教學(xué)前測，準(zhǔn)確掌握學(xué)生自學(xué)預(yù)習(xí)情況，以便在接下來的課堂教學(xué)中做到有的放矢。通過互動交流，教師能夠根據(jù)提前了解到的學(xué)習(xí)困難點(diǎn)，給予學(xué)生精準(zhǔn)有效的輔導(dǎo)，小組內(nèi)和小組之間相互交流合作更有助于知識的學(xué)習(xí)以及團(tuán)隊(duì)合作探究能力的提升。

在探討電流與電壓的實(shí)驗(yàn)中，教師根據(jù)學(xué)生特長合理進(jìn)行學(xué)習(xí)小組的分配，每個(gè)小組用的定值電阻阻值不同。各組實(shí)驗(yàn)收集到的數(shù)據(jù)通過與智慧黑板屏幕相連的Pad終端實(shí)現(xiàn)共享，電腦自動生成電流和電壓的關(guān)系的圖像。為了消除學(xué)生的疑惑，可以利用希沃移動授課中的拍照功能，把學(xué)生歸納生成的圖像和系統(tǒng)自動生成的圖像做比較。這一實(shí)驗(yàn)探究完成后，再探究電流和電阻的關(guān)系時(shí)，則利用前期實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)，通過分析，篩選電壓相同時(shí)不同電阻對應(yīng)的電流值，重新生成新的數(shù)據(jù)表格，根據(jù)這組數(shù)據(jù)重新生成一個(gè)新的圖像，電流和電阻的關(guān)系就很容易歸納總結(jié)出來了。

如圖5所示，采用希沃白板軟件附帶的刮紅包的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)檢測，紅包中既有獎品，又有練習(xí)題，不但可以增強(qiáng)練習(xí)的趣味性，而且可以拉近師生距離，有助于建立融洽的師生關(guān)系。

課后，通過拓展任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深化實(shí)踐，形成完整的知識和能力體系。利用AI技術(shù)，針對系統(tǒng)采集的學(xué)生學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠科學(xué)評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教師可以針對學(xué)生存在的疑惑和不足進(jìn)行差異化輔導(dǎo)，精準(zhǔn)推送相關(guān)學(xué)習(xí)資源，指導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化提升，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變[2]。

5? 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材，提升實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)度

實(shí)驗(yàn)研究關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，效果的好壞主要受實(shí)驗(yàn)器材和周圍環(huán)境的影響。在本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)中，電源問題是最大的問題。由于傳統(tǒng)方法使用的干電池具有內(nèi)阻，對數(shù)據(jù)有影響，很難得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，也就不能順利得出電流與電壓成正比的結(jié)論，并且容易造成浪費(fèi)和環(huán)境污染。如果使用有線電源，還要用到很多插座。如圖6所示，使用手機(jī)充電寶作為電源，利用廢舊的手機(jī)充電線把電引出，既能提供穩(wěn)定的輸出電壓，又可以確保良好的實(shí)驗(yàn)效果。

6? 結(jié)束語

信息技術(shù)賦能物理課堂教學(xué)模式創(chuàng)新，使課堂教學(xué)更直觀、交互性更好，擴(kuò)大了教學(xué)容量，豐富了內(nèi)容和形式，使學(xué)習(xí)更輕松，能夠更好地激發(fā)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2] 邵靜.信息技術(shù)與初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效融合探索[J].教學(xué)管理與教育研究，2021（4）：96-97.