基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用初探
——以“電功率”一課為例

翟桂網(wǎng)

(江蘇省泰州市姜堰區(qū)實驗初級中學(xué),江蘇 泰州 225500)

教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》明確建設(shè)教育強國,推進教育信息化發(fā)展,實現(xiàn)教育教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合.AR技術(shù)利用計算機,將顯示畫面與虛擬畫面疊加,能夠?qū)崟r將虛擬信息、真實場景顯示在屏幕上,具有實時交互、突破時空、豐富認知的教學(xué)特性,有效改善傳統(tǒng)教學(xué).因此,初中物理教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)與時俱進,合理運用AR教學(xué)資源,優(yōu)化教學(xué)場景,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,從而提高教學(xué)質(zhì)量.

1 AR教學(xué)資源在初中物理中的作用

AR教學(xué)資源是指利用AR技術(shù)制作游戲、電子書、課件等,將實驗、知識、圖片立體化,增加課堂趣味性與互動性,培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)與動手能力,將AR教學(xué)軟件安裝于智能設(shè)備中,即可用于初中物理課堂教學(xué)[1].

1.1 打造虛擬實驗室

AR教學(xué)資源能夠開發(fā)虛擬實驗室,實驗情境逼真,學(xué)習(xí)空間可共享,屬于新型教學(xué)模式,有助于學(xué)生在安全環(huán)境下操作實驗.在虛擬實驗室中,儀器、設(shè)備、環(huán)境虛擬,學(xué)生可隨意搭配組裝,相比真實實驗更為靈活,減少緊張心理,大膽操作[2].

1.2 模擬學(xué)習(xí)情境

初中物理傳統(tǒng)教學(xué)中,存在去情境化,教具選擇單純.AR教學(xué)資源可彌補該缺陷,創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境,滿足體驗性學(xué)習(xí)要求,具有較強容錯性與可操作性,為學(xué)生提供良好教學(xué)平臺.

1.3 打破教育局限

物理教學(xué)使用AR教學(xué)資源,不是取代傳統(tǒng)教學(xué),而是保持原有教學(xué)優(yōu)勢,與AR特點相結(jié)合,提高教學(xué)質(zhì)量.通過“虛擬+現(xiàn)實”的方式,為教師提供輔助教具,提供具象化情景與模型,增強學(xué)生感知,加深學(xué)生對知識的理解.

2 基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)設(shè)計

2.1 課程分析

根據(jù)課程標準要求,“電功率”教學(xué)中需結(jié)合AR優(yōu)勢,利用AR將電學(xué)材料、儀器形象化、立體化,明確實物圖、電路圖、實驗原理關(guān)系,提高學(xué)生物理操作水平[3].具體目標如下：(1)信息素養(yǎng).學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中,需要處理諸多物理信息,如科研成果、物理學(xué)原理、試驗資料等,需掌握搜集、處理信息方法,正確使用物理資料與工具.(2)科學(xué)素養(yǎng).物理作為重要自然科學(xué),有助于學(xué)生理解基礎(chǔ)科學(xué)知識,培養(yǎng)科學(xué)思維能力,如實驗驗證、提問、推理、觀察等.(3)創(chuàng)新素養(yǎng).物理探究、實驗要求學(xué)生擁有創(chuàng)新能力與創(chuàng)新意識,可提出新穎問題,制定解決方案等.(4)合作素養(yǎng).初中物理要求學(xué)生采取小組合作方式,共同探究問題、互促互進,培養(yǎng)團隊精神,順利完成實驗探究內(nèi)容.(5)實踐素養(yǎng).學(xué)生需要實驗操作,培養(yǎng)其動手能力與操作能力,學(xué)會使用測量工具與實驗器材.

2.2 教學(xué)原則

2.2.1交互性

AR交互環(huán)境突破時空束縛,為解決問題式學(xué)習(xí)、寫作式學(xué)習(xí)提供便利.教師利用移動設(shè)備,實施AR資源輔助教學(xué),在生生、師生互動中,添加人機互動,助力學(xué)生理解“電功率”知識.

2.2.2主體性

“電功率”基于AR教學(xué)資源設(shè)計,需以教師為主導(dǎo),學(xué)生為中心,體現(xiàn)學(xué)生主體性,把握學(xué)生、教材、教師變化歸因,明確AR教學(xué)資源、教材輔導(dǎo)、教師引導(dǎo)均是外因.學(xué)生學(xué)習(xí)主動性是內(nèi)因,需借助外因調(diào)動學(xué)生內(nèi)驅(qū)力.

2.2.3差異性

“電功率”教學(xué)中,考慮學(xué)生興趣、能力差異,以往班級授課學(xué)生人數(shù)較多,無法因材施教.可利用AR教學(xué),對學(xué)生間差異進行適配,打造有趣、輕松課堂氛圍.

2.3 教學(xué)流程

基于AR教學(xué)資源開展“電功率”教學(xué),需發(fā)揮AR的輔助性、支架式教學(xué)作用,步驟如下：第一,概念框架,結(jié)合“電功率”主題,使用AR教學(xué)資源構(gòu)建符合學(xué)生認知的概念框架,奠定學(xué)習(xí)基礎(chǔ);第二,情境創(chuàng)設(shè),利用AR技術(shù)引領(lǐng)學(xué)生融入教學(xué)情境,調(diào)動學(xué)生興趣;第三,自主探究,采取小組合作方式,下發(fā)“電功率”任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生自主探究,開展啟發(fā)引導(dǎo),介紹或演示概念;第四,協(xié)助學(xué)習(xí),由教師分布任務(wù),由各小組根據(jù)AR教學(xué)資源開展討論,將任務(wù)結(jié)果展示在課堂上,促進生生交流.第五,評價效果,采取他評與自評結(jié)合方式,由教師最終點評,提高教學(xué)效果與質(zhì)量.

3 基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)實踐

3.1 加強概念感知

傳統(tǒng)課堂中,學(xué)生不理解“我要學(xué)什么”“我為什么學(xué)”.基于AR教學(xué)資源,開展“電功率”教學(xué)時,引領(lǐng)學(xué)生查看教材目錄,類比學(xué)過的“內(nèi)能與熱機”“機械功與機械能”,激發(fā)學(xué)生能量認知概念,體驗舊知識過渡至新知識的成長過程.為此,教師可提問學(xué)生：“翻開教材目錄,你們能告訴我這一冊教材學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是什么嗎?請畫出關(guān)鍵詞.”學(xué)生通過觀察,認為關(guān)鍵詞是“能”,進而引進新知：“我們學(xué)習(xí)了內(nèi)能、機械能,之后我們將學(xué)習(xí)電能,根據(jù)觀察的課時名稱,你能總結(jié)出我們將從哪個方面進行能量研究嗎?”“功率!”“同學(xué)們說得對,做多少功將消耗多少能量,功率可代表能量做功的快慢,即能量消耗快慢”,出示板書.

3.2 創(chuàng)設(shè)生活情境

在“電功率”教學(xué)中,為了構(gòu)建學(xué)生的能量觀念,開展區(qū)域性知識整合,創(chuàng)設(shè)生活情境,保證知識具備邏輯性.教師可提問學(xué)生：“我這里有PZ220-15和PZ220-100這兩個燈泡,觀察上面的數(shù)字,你能獲得哪些信息呢?”學(xué)生小組討論：“我認為是100瓦和15瓦的燈泡,220是電路電壓.”繼而提出猜想：“同學(xué)們說得很有道理,那么王大爺想要選擇一個更亮的燈泡,你們猜猜將在電路中接入這兩個燈泡,哪個更亮呢?”以此開展實驗,觀察燈泡亮度、電能表鋁盤轉(zhuǎn)動速度,明確電能表鋁盤速度表明電器電能消耗速度,引導(dǎo)學(xué)生定義“機械功率”與“速度”概念.通過類比法,獲得“電功率”概念,總結(jié)單位時間內(nèi)消耗的電能(或做的功)即為電功率.通過創(chuàng)設(shè)生活情境,發(fā)現(xiàn)物理問題,進而運用物理知識解決生活問題,有效滲透能量轉(zhuǎn)換思想,加強學(xué)生對電功率的理解.

3.3 開展實驗探究

教師根據(jù)學(xué)生對“電功率”的認知,可開展“測量小燈泡電功率”的實驗,利用AR教學(xué)資源,模擬實驗,總結(jié)實驗規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生分組討論、自主探究,發(fā)揮學(xué)生主觀性.教師引入教學(xué)：“我們已經(jīng)知道了電功率,那么怎樣對其進行測量呢?”設(shè)計實驗：

(1)電路怎樣連接才能讓燈泡發(fā)光?

(2)為了測量小燈泡電流與電壓,怎樣設(shè)計電路圖?

(3)為保證小燈泡兩端額定電壓,需要多大電源電壓?

(4)怎樣對小燈泡兩端電壓實時調(diào)整?

(5)怎樣判斷額定電壓下小燈泡是否發(fā)光?

學(xué)生帶著問題開展試驗,引入AR教學(xué)資源NOBOOK實驗室,平臺提供電流表、干電池、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、電阻、燈泡、電壓表等,學(xué)生可自主擺放器材,對器件、導(dǎo)線自由連接,調(diào)節(jié)電源電壓,按照不同量程顯示,讀取電壓表、電流表數(shù)據(jù).整體實驗動態(tài)生成,操作不當(dāng)時系統(tǒng)將會及時提醒,便于學(xué)生更改.

第一步：繪制電路圖,利用仿真電路圖模板,選擇所需器件添加其中.

第二步：繪制中改變器件方向、閉合開關(guān),驗證電路通路,根據(jù)電路圖,將生成虛擬實驗,擺放器件、導(dǎo)線走向均按照電路圖實施.

第三步：結(jié)合電路圖,布置虛擬試驗臺,開關(guān)閉合,觀察小燈泡從暗變亮,查看電流走向、電壓讀數(shù),見圖1.

圖1 AR虛擬實驗室

第四步：學(xué)生根據(jù)實驗步驟,調(diào)節(jié)滑動變阻器,改變小燈泡兩端電壓,分別是“小于額定電壓”“額定電壓”“1.2倍額定電壓”,能夠直接點擊器件觀察電壓數(shù)據(jù),進而讀取電流表數(shù)據(jù),計算電功率.

3.4 改進教學(xué)評價

基于AR教學(xué)資源的“電功率”教學(xué),教師應(yīng)當(dāng)做好觀察、評估工作,明確其思考能力、探究能力、動手能力、解決問題能力等,結(jié)合實驗報告,評價學(xué)生掌握“電功率”知識程度.制定AR教學(xué)評價表,衡量教學(xué)效果,指標見表1.

表1 AR教學(xué)評價表(部分)

通過此種方法,實現(xiàn)學(xué)生、教師綜合能力的不斷提升,提高教學(xué)質(zhì)量,推動初中物理教學(xué)發(fā)展.

4 結(jié)束語

初中物理是以實驗操作、學(xué)生探究為主的學(xué)科,卻受限于實際教學(xué)的儀器、環(huán)境制約,難以實現(xiàn)學(xué)生合作探究、個性化學(xué)習(xí)及科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng).因此,初中物理教學(xué)應(yīng)結(jié)合實際情況,合理應(yīng)用AR教育資源,從加強概念感知、創(chuàng)設(shè)生活情境、開展實驗探究、改進教學(xué)評價這幾方面出發(fā),實現(xiàn)“AR+教育”的深度融合,打造教學(xué)新形態(tài),從“以說代做”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白灾魈骄俊?增強學(xué)生的自主探究能力.