數(shù)字化賦能初中物理高效課堂教學(xué)實踐探索

摘要 文章立足新課程理念與課堂創(chuàng)新實踐，探討了數(shù)字化實驗在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用及其對提升教學(xué)質(zhì)量的影響。通過對傳統(tǒng)教學(xué)與數(shù)字化教學(xué)模式的對比分析，揭示了數(shù)字化實驗在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實驗觀察與分析能力方面的顯著成效。研究結(jié)合“NB 物理實驗”平臺的實際應(yīng)用案例“探究影響滑動摩擦力的因素”，詳細(xì)闡述了數(shù)字化實驗如何助力學(xué)生深入理解物理概念，并通過數(shù)據(jù)分析工具精準(zhǔn)評估教學(xué)成效，提出了未來數(shù)字化教學(xué)的發(fā)展方向，包括深度挖掘智能教學(xué)系統(tǒng)的潛力、強(qiáng)化數(shù)據(jù)在教學(xué)評價中的作用，以及提升教師數(shù)字素養(yǎng)，以構(gòu)建更高效、更個性化的物理教學(xué)新生態(tài)。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化實驗；賦能；高效；實踐探索

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.07.017

2024 年1 月全國教育工作會議強(qiáng)調(diào)：“要不斷開辟教育數(shù)字化新賽道。堅持應(yīng)用為王走集成化道路，以智能化賦能教育治理，拓展國際化新空間，引領(lǐng)教育變革創(chuàng)新?！盵1]在初中物理實驗教學(xué)中，數(shù)字化技術(shù)能解決傳統(tǒng)教學(xué)資源和方法的局限，提升學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力[2]。但數(shù)字化實驗教學(xué)也面臨挑戰(zhàn)，需要制定更為合理的方案來克服，以培養(yǎng)適應(yīng)未來社會發(fā)展的物理人才。

1 數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的實踐依據(jù)

1.1 政策依據(jù)

近年來，國家教育部門多次出臺相關(guān)政策文件，強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，以數(shù)字化賦能教育現(xiàn)代化，提升教學(xué)質(zhì)量與效率。其中，《教育信息化2.0 行動計劃》明確指出：“大力推進(jìn)智能教育，開展以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)，推動人工智能在教學(xué)、管理等方面的全流程應(yīng)用，利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，探索泛在、靈活、智能的教育教學(xué)新環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用模式?！盵3]

在初中物理教學(xué)領(lǐng)域，政策鼓勵探索數(shù)字化教學(xué)手段在實驗教學(xué)、課堂互動、個性化學(xué)習(xí)等方面的應(yīng)用，旨在打破傳統(tǒng)教學(xué)的時空限制，豐富教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神與實踐能力。隨著“雙減”政策的深入實施，如何通過數(shù)字化賦能實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的“加法”與學(xué)生負(fù)擔(dān)的“減法”，成為教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。對此，本論文所探討的數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的教學(xué)實踐，正是響應(yīng)國家政策號召，探索新時代教育創(chuàng)新發(fā)展的具體舉措，具有重要的現(xiàn)實意義與前瞻性價值。

1.2 實踐依據(jù)

以蘇教版《物理》八年級下冊第八章“摩擦力”的教學(xué)為例，教師利用“問卷星”平臺進(jìn)行了一項調(diào)查，收集在傳統(tǒng)教學(xué)模式下這節(jié)課教授完成后學(xué)生對摩擦力概念的認(rèn)知數(shù)據(jù)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅有45%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述滑動摩擦力的概念，而大多數(shù)學(xué)生對此理解不夠清晰。實驗技能方面，有40%的學(xué)生實驗操作不夠規(guī)范，比如沒有很好地控制木塊在接觸面上做勻速直線運(yùn)動，影響了數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性。盡管70%的學(xué)生對物理實驗感興趣，但能夠獨(dú)立完成實驗并從中學(xué)到知識的學(xué)生只有45%。在數(shù)字化工具的使用意愿上，80%的學(xué)生表示愿意嘗試，但40%的學(xué)生對有效使用這些工具缺乏信心，如圖1 所示。

為了提升教學(xué)效果，教師利用“NB 物理實驗”設(shè)計了一系列基于虛擬實驗平臺的教學(xué)活動。如圖2 所示，在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中，引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬實驗平臺模擬了不同壓力和接觸面粗糙程度條件下的摩擦力測量。教師還利用國家中小學(xué)智慧教育平臺進(jìn)行課前資料下發(fā)、課堂實時反饋、課后個性化指導(dǎo)。通過平臺的智能化功能，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的精準(zhǔn)推送和個性化反饋，有效鞏固了學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，并促進(jìn)了知識的內(nèi)化與遷移。數(shù)字化工具應(yīng)用于教學(xué)實踐后的成績數(shù)據(jù)分析顯示，學(xué)生對摩擦力概念的理解正確率從45%提高到了85%，實驗操作規(guī)范性從60%提高到了90%，能夠獨(dú)立完成實驗的學(xué)生比例從45%提高到了75%。數(shù)據(jù)分析表明，數(shù)字化教學(xué)工具和個性化教學(xué)策略在提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成效方面發(fā)揮了重要作用。

2 數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的實踐探索策略

2.1 虛擬實驗與模擬應(yīng)用，提升學(xué)生認(rèn)知能力

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》強(qiáng)調(diào)實驗在教學(xué)中的重要性，提倡師生積極開發(fā)與自制實驗器材，創(chuàng)新實驗方式[4]。

在引入新技術(shù)和工具到教學(xué)中時，師生必須首先確保自己對這些工具有深入的了解和掌握。在物理教學(xué)中，虛擬實驗平臺如“NB 物理實驗”提供了一個安全可控且吸引學(xué)生探索欲的環(huán)境，讓學(xué)生能夠開展在傳統(tǒng)實驗室中難以或無法進(jìn)行的實驗。平臺的高度仿真特性和即時反饋機(jī)制，為學(xué)生提供了一個理想的學(xué)習(xí)環(huán)境，使他們能夠在沒有物理危險的情況下，探索和理解復(fù)雜的物理概念。

以基于“NB 物理實驗”平臺的“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗教學(xué)為例。在準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)對“NB物理實驗”平臺進(jìn)行徹底的探索，熟悉其操作界面和功能，確保自己能夠熟練地設(shè)置實驗參數(shù)，演示實驗操作，并且能夠解釋實驗結(jié)果。這樣的準(zhǔn)備是至關(guān)重要的，因為它不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生對教師的信任，還能夠確保實驗教學(xué)的順利進(jìn)行。

實驗前，教師向?qū)W生介紹了“NB 物理實驗”平臺的操作界面及基本功能，確保每位學(xué)生都能熟練掌握虛擬實驗工具。在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”的實驗中，教師首先向?qū)W生詳細(xì)介紹“NB 物理實驗”平臺的操作界面和基本功能，接著引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入實驗場景，展示一個可以高度配置的平面模型，并詳細(xì)解釋如何通過調(diào)整平面的粗糙程度和平面受到的壓力來模擬不同摩擦力條件下物體的運(yùn)動。

在實驗過程中，教師要鼓勵學(xué)生自主探索，讓他們自己設(shè)置實驗參數(shù)，觀察并記錄物體在不同摩擦條件下的運(yùn)動情況。例如，當(dāng)學(xué)生增加平面的粗糙程度或增加平面受到的壓力時，他們可以清晰地觀察到彈簧測力計的參數(shù)變化，從而直觀地理解摩擦力的大小與壓力和接觸面粗糙程度的關(guān)系。這一過程中，教師可以適時引導(dǎo)學(xué)生思考摩擦力如何影響物體的運(yùn)動狀態(tài)，以及這一物理原理在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提升學(xué)生主動思考和合作學(xué)習(xí)的能力，在實驗后要組織小組討論，讓學(xué)生分享自己的觀察結(jié)果和心得體會。通過這種交流，學(xué)生不僅能鞏固所學(xué)的知識，還能從同伴的不同見解中獲得新的啟發(fā)，促進(jìn)他們對滑動摩擦力影響因素的深入理解。

2.2 挖掘數(shù)字化教學(xué)資源，提供多元學(xué)習(xí)體驗

黨的二十大報告提出“推進(jìn)教育數(shù)字化”，從國家層面對推進(jìn)教育數(shù)字化進(jìn)行了戰(zhàn)略部署。數(shù)字化物理教學(xué)資源不僅能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，顯著提升課堂教學(xué)質(zhì)量，還能助力學(xué)生深入理解并構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)。尤為重要的是，數(shù)字化資源使傳統(tǒng)教學(xué)中難以測量與控制的實驗得以順利實施，并極大提升實驗的精確性。為解決當(dāng)前數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)與整合不足、技術(shù)應(yīng)用與教師能力不匹配，以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力受限等問題，教師需適時引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段和互動平臺。例如，教師可以利用虛擬實驗室軟件模擬物理實驗，精準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)論；可應(yīng)用在線教育平臺的優(yōu)質(zhì)物理實驗課程視頻、動畫等，詳細(xì)展示實驗過程，包括實驗儀器的介紹、操作步驟、數(shù)據(jù)記錄分析等細(xì)節(jié)；可在科普類的App 上搜集趣味科普文章、短視頻等豐富的教學(xué)資源；還可應(yīng)用“國家中小學(xué)智慧教育平臺”“問卷星”等在線學(xué)習(xí)平臺發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、討論話題等。使用多種途徑挖掘數(shù)字化教學(xué)資源，拓寬物理學(xué)習(xí)的邊界，促進(jìn)教師“精準(zhǔn)教”與學(xué)生“個性學(xué)”的完美融合，推動教育教學(xué)的現(xiàn)代化進(jìn)程。

在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗過程中，教師可先鼓勵學(xué)生自主探索，讓他們自己設(shè)置實驗參數(shù)，觀察并記錄物體在不同摩擦條件下的運(yùn)動情況。然后引導(dǎo)學(xué)生通過“NB 物理實驗”平臺進(jìn)行一系列的實驗，實驗包括將一個木塊放置在不同粗糙程度的表面上，并用彈簧測力計沿水平方向拉動木塊做勻速直線運(yùn)動。學(xué)生在實驗中自主記錄實驗數(shù)據(jù)，木塊在僅放置于木板的第一組實驗中，所需的拉力為1.5N；而在第二組實驗中，當(dāng)木塊數(shù)量增加，物體壓力加倍時，所需的拉力也相應(yīng)地增加到3N。最顯著的變化發(fā)生在第三組實驗中，當(dāng)木板上鋪上毛巾增加接觸面的粗糙程度時，即物體壓力保持在1.5N，所需的拉力增加到了4N，詳見表1。

通過分析這些數(shù)據(jù)并填寫實驗結(jié)論，學(xué)生能清楚地認(rèn)知到摩擦力的大小與接觸面粗糙程度、壓力大小的關(guān)系。基于以上探究與分析，學(xué)生不僅理解了影響摩擦力的因素，還提升了“個性學(xué)”的能力及問題解決能力。

隨后，教師播放摩擦力影響因素動畫演示，從微觀層面展示摩擦力的產(chǎn)生與平面粗糙程度的關(guān)系，將光滑表面與粗糙表面放大，呈現(xiàn)物體表面凹凸部分間相互作用及在相對運(yùn)動時的阻礙情況，幫助學(xué)生理解摩擦力產(chǎn)生的本質(zhì)原理，化抽象為具象，降低認(rèn)知難度，加深學(xué)生對滑動摩擦力影響因素的理解，并能夠?qū)⑦@些理解應(yīng)用到具體的物理問題解決中，提高他們應(yīng)用知識解決問題的能力，落實教學(xué)中的“精準(zhǔn)教”，基于實驗促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階。

課后，教師在線上學(xué)習(xí)平臺發(fā)布相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)與討論話題。學(xué)生完成實驗后，可在平臺分享實驗心得、提出疑問、參與“生活中增大或減小滑動摩擦力的實例及原理分析”的討論。教師及時點(diǎn)評反饋，促進(jìn)學(xué)生間的思想碰撞與合作學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的互動性與社交性，培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力與團(tuán)隊協(xié)作精神。

2.3 注重數(shù)據(jù)分析與反饋，精準(zhǔn)評價教學(xué)成效

教育部在2019 年發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》中明確要求，“創(chuàng)新實驗教學(xué)方式”“促進(jìn)傳統(tǒng)實驗教學(xué)與現(xiàn)代新興科技有機(jī)融合”[5]。

課后，教師可利用“國家中小學(xué)智慧教育平臺”的檢測功能，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成效進(jìn)行精準(zhǔn)評估。教師在平臺上發(fā)布要求，讓學(xué)生提交實驗報告，包括實驗?zāi)康?、變量控制、實驗步驟、數(shù)據(jù)分析、歸納結(jié)論、交流評估、實驗反思等，再通過平臺的數(shù)據(jù)分析工具對學(xué)生的實驗報告進(jìn)行分析，對其在實驗操作和理論理解方面的表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤和評價，如圖3 所示。根據(jù)平臺的反饋，學(xué)生在實驗操作中的參與度達(dá)到了95%，87%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確記錄實驗數(shù)據(jù)，而92%的學(xué)生能夠基于數(shù)據(jù)提出合理的物理規(guī)律解釋。這些數(shù)據(jù)不僅直觀展示了學(xué)生對摩擦力的掌握程度，而且反映了學(xué)生在數(shù)據(jù)分析和科學(xué)探究能力上的進(jìn)步。教師可根據(jù)這些精準(zhǔn)的反饋，及時調(diào)整教學(xué)策略，為理解有偏差的學(xué)生提供個別指導(dǎo)，確保每位學(xué)生都能深刻理解摩擦力概念及其影響因素。這種基于數(shù)據(jù)的教學(xué)策略不僅提高了教學(xué)效率，還培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和科學(xué)探究能力，使教學(xué)更加精準(zhǔn)、高效，真正實現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)賦能下的初中物理高效課堂建構(gòu)。

3 數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的實踐探索方向

展望未來，數(shù)字化賦能初中物理高效課堂教學(xué)實踐將步入一個更為精細(xì)化與前瞻性的階段，致力于深度挖掘智能教學(xué)系統(tǒng)的潛力，利用先進(jìn)的AI 算法為學(xué)生量身定制學(xué)習(xí)路徑，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的精準(zhǔn)匹配與動態(tài)調(diào)整，確保每位學(xué)生都能在最適合自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏中茁壯成長。同時，教師還應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)據(jù)在教學(xué)評價中的核心作用，構(gòu)建一套全面、深入且多維度的學(xué)生學(xué)習(xí)評價體系，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，及時捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，提供及時、準(zhǔn)確的反饋，助力學(xué)生精準(zhǔn)提升。教師還應(yīng)積極探索虛擬實驗與仿真技術(shù)在物理課堂中的應(yīng)用，打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)的局限，為學(xué)生提供更安全、便捷、豐富的實踐環(huán)境，讓其在虛擬世界中自由探索物理的奧秘，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力[6]。學(xué)校應(yīng)高度重視教師數(shù)字素養(yǎng)的提升，通過系統(tǒng)的培訓(xùn)和持續(xù)的支持，激發(fā)教師對于數(shù)字化教學(xué)的熱情與創(chuàng)造力，鼓勵其大膽嘗試、勇于創(chuàng)新，將數(shù)字化技術(shù)深度融合于物理課堂，共同打造更生動、高效、個性化的學(xué)習(xí)體驗。

4 結(jié)論

總而言之，在數(shù)字技術(shù)的支持下，初中物理課堂教學(xué)得以掙脫傳統(tǒng)教學(xué)模式的桎梏，展現(xiàn)出前所未有的廣闊教學(xué)天地，引領(lǐng)教育創(chuàng)新的新篇章。教師應(yīng)深入探索數(shù)字技術(shù)在物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢，依托模擬實驗環(huán)境直觀地再現(xiàn)實驗現(xiàn)象，極大地豐富實驗教學(xué)的內(nèi)容層次，拓寬學(xué)生的知識邊界，更深刻促進(jìn)學(xué)生對物理概念與原理的透徹理解。在數(shù)字化實驗操作的親歷中，學(xué)生不僅能逐步錘煉出扎實的實驗技能，還能在探索與實踐中孕育出寶貴的探究精神。展望未來，隨著數(shù)字技術(shù)的日新月異與持續(xù)完善，教師應(yīng)勇立潮頭，不斷挖掘數(shù)字技術(shù)與物理實驗教學(xué)的深度融合點(diǎn)，創(chuàng)新教學(xué)方法，構(gòu)建既高效又充滿趣味性的教學(xué)體系。

參考文獻(xiàn)

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