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

翟桂網(wǎng)

摘要：自教育信息化2.0時代來臨，穩(wěn)步推進教育與信息技術(shù)的融合，革新教育觀念，重構(gòu)教學(xué)體系，改革教學(xué)模式勢在必行.特別是以AR為代表的技術(shù)，廣泛用于現(xiàn)代教學(xué)中，對未來教育具有深刻影響.基于此，文章簡要探討AR教學(xué)資源在初中物理中的作用，結(jié)合“電功率”課例，對基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)設(shè)計予以分析，提出教學(xué)應(yīng)用措施，以供相關(guān)教育者參考.

關(guān)鍵詞：AR教學(xué)資源；初中物理；電功率

中圖分類號：G632文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2024）11-0086-03

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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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.

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(biāo)見表1.

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.

參考文獻：

［1］ 陸峰.教學(xué)的沉浸式體驗：VR全景技術(shù)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)理天地（初中版），2023（24）：60-62.

[2] 劉婷.初中物理教學(xué)中大單元教學(xué)設(shè)計的實踐研究：以北師大版八年級下冊第八單元“壓強和浮力”為例[J].數(shù)理天地（初中版），2023（24）：33-35.

[3] 楊紅興.初中物理實驗教學(xué)應(yīng)用VR/3D虛擬實驗的實踐研究：以中央電化教育館中小學(xué)虛擬實驗平臺應(yīng)用為例[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2023（20）：28-31.

［責(zé)任編輯：李璟］