初中物理精準教學課堂的構建及實踐

羅瑩　謝曉雨　董少彥

關鍵詞：初中物理;精準教學;課堂教學;智慧學伴

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

“互聯網+”的迅猛發展給基礎教育改革帶來了新的機遇，當越來越多教師的教學行為和學生的學習行為被互聯網技術“線上”化后，就會產生海量的數據，借助大數據分析技術，可以對教學中教師“教”的行為和學生“學”的行為進行精準、智能的教學診斷，提供有針對性的建議，幫助教師在現行條件下盡可能地滿足學生多樣和個性化需求，給學生提供精準、有效的學習指導和幫助。教育大數據能夠賦予教師對教學嶄新的洞察力和優化能力。

在互聯網和大數據快速發展的背景下，如何使信息技術與教學深度融合，將是未來教育研究領域值得深思和關注的問題。目前，初中物理教學與信息技術的融合還不夠深入，仍有許多值得研究的問題。該文對互聯網技術與初中物理的課堂教學深度融合進行了研究，構建了基于“智慧學伴”的初中物理精準教學課堂，量化分析學情，優化教學設計，提升學生的物理學科核心能力，幫助教師提高教學質量、解決教學中的問題，為進一步提升初中生的物理學科核心素養提供研究與實踐參考。

一、初中物理教學現狀及需要改進的問題

《初中物理課程標準》明確提出：重視評價的診斷、激勵和發展功能，促進學生全面發展，關注學生個體差異。要實現這一目標，毫無疑問，基礎教育的主戰場——課堂教學必須關注學生的差異與多樣化的需求。現行初中物理教學的傳統班級授課制難以滿足學生的個性化需求，主要表現在以下幾個方面。

（一）教師無法精準地了解與把握學生的學習狀態及變化情況

在教學設計中，作為教學起點的學情分析，教師只能依據教學經驗和平時對學生的觀察進行。這樣的學情分析顯然是主觀的、不精準的，可能導致教師在組織教學內容與選擇教學策略上不能有效地針對學生的實際現狀，難以發現學生的學習“痛點”。課堂上的師生交互也容易出現：學生有想法、希望回答的問題，沒有被教師提問;而學生沒學會、毫無頭緒的問題卻被提問。

（二）教師只能針對大多數學生進行課堂教學

目前，初中物理教學多采用傳統的班級授課制，一個教學班中學生水平差異較大。為完成教學任務，教師只能針對大多數學生的水平組織教學，主要關注如何幫助中低水平的學生達到教學目標和中考要求，課堂上常常出現：高水平學生覺得內容過于簡單，而低水平學生又感覺聽不懂。課堂教學無法滿足不同水平的全體學生。

（三）教師無法對學生多種多樣的前概念、迷思概念以及學習的問題與困難給予全面、有針對性的指導和幫助

初中物理課程既非常抽象概括，又與生活聯系緊密。在進入課堂前，學生從各自的生活體驗和積累的經驗中產生了大量、多樣的前概念和迷思概念。在初中物理學習中，學生除了需要克服前概念、轉變迷思概念，還要理解和掌握彼此關聯、層層遞進的物理知識體系。這兩大因素導致了學生在學習過程中所遇到的問題種類繁多且各不相同，也是初中物理的教學難點之一。

二“智慧學伴”初中物理精準教學課堂的實現條件

20世紀60年代，林斯利根據操作性反射原理提出了精準教學的概念。隨后對精準教學進行了一系列研究，使得精準教學的內涵得到了不斷豐富。我國學者對精準教學也提出了自己的觀點，認為精準教學是基于數據的教學，以記錄、分析學習者的學習行為、學習表現等方面的數據及其變化為基礎進行教學決策;是基于評測的教學，根據評測的反饋數據不斷尋找最適合學習者的教與學的內容與方式。因此，精準教學要求教師針對學生在上課前的學習狀態進行教學設計，并在課程進行中及時針對學生學情的變化調整教學策略。精準教學必要的精準特征應表現在學情分析、教學內容與策略選擇以及師生間交互等三方面。

隨著互聯網和大數據技術在教育領域的應用，記錄與分析學習者的行為與表現成為了一項簡單的工作，給精準教學的實現提供了必要的條件和保障。初中物理課堂實現精準教學需要兩個基礎條件：一個是“網絡數據平臺”，用于記錄學習過程中學生的學習行為，并分析這些數據給出及時反饋;二是初中物理課程的“學習過程圖譜”，用于描述學習過程中的學習行為，說明記錄什么行為和怎樣標記這些行為。

本研究采用“智慧學伴”作為初中物理精準教學課堂的“網絡數據平臺”。它不但能夠采集學生學習過程中各個學科的全部學習數據、通過微測試題（針對每個學習表現）和總測試題（針對整章或全部課程）對學生的學習情況進行全面的診斷與測評，還能為學生自學提供微課資源。

“學習過程圖譜”開發的理論依據為物理學科能力的3*3模型，包括學習理解、應用實踐、遷移創新等三個維度。這三個維度覆蓋了學生學習生活和應對未來社會挑戰的基本活動，既相互獨立又相互影響，涵蓋了學生在物理學科上的關鍵能力表現，指向物理學科測評設計。“學習過程圖譜”不但涵蓋了初中物理全部教學內容涉及的物理學科能力表現期望，而且能夠精確、全面地描述和刻畫初中生學習物理過程中的學習表現，細致地表征他們的學習狀態。

因此，“智慧學伴”不但能夠詳細全面地記錄初中物理教學過程中學生的學習行為，更能夠對學習過程學習表現進行測評，對教師的教學進行診斷，發現問題，為實現精準教學提供必要的條件和有利的保障。

三、初中物理精準教學課堂的構建

本研究基于“智慧學伴”構建了初中物理精準教學課堂，其教學程序如圖1所示，其中包含課前診斷、課堂教學、課后作業以及反思等4個環節。 課前，教師登陸“智慧學伴”，選擇微測試題組成前測試卷;學生登陸“智慧學伴”完成前測。“智慧學伴”批閱后給出測量數據的分析。教師查看前測結果分析，進行基于數據的學情分析，組織教學內容，選擇教學策略，完成備課。 課后，教師登陸“智慧學伴”，選擇微測試題組成后測試卷;學生登陸“智慧學伴”完成后測，也就是課后作業。“智慧學伴”給出后測結果分析和前、后測結果的數據對比分析。教師通過與“智慧學伴”平臺雙向交互，精確了解學生學習情況及其變化。

在教與學的反思中，學生登陸“智慧學伴”，查看前、后測結果分析，通過“智慧學伴”上的錯題本發現學習過程中的問題，反思學習的不足，學習錯誤內容對應的微課。教師登陸“智慧學伴”，查看后測數據分析，前、后測的數據分析，學生的錯題本;評估教學目標的完成情況;反思課堂教學的內容與策略是否得當，師生交互是否實現了其目的，尋找教學中的漏洞和不足。

與傳統教學相比，該文構建的初中物理精準教學課堂的精準特征表現在：

（一）基于線上課前診斷的、量化精準的學情分析

“智慧學伴”的微測試題是依據物理學科3*3模型，以檢測前概念、迷思概念和學生知識體系構建的狀態為目標命制的，能夠有效地幫助教師對學生的學習狀態進行精準描述與診斷，使得教師更容易發現學生的學習“痛點”。

在課前，教師借助于“智慧學伴”上的微測，能夠非常清楚學生進入課堂前的學習狀態，不但知道每個學生的前概念、迷思概念，而且更能準確把握學生的知識基礎與物理學科能力發展的水平。與傳統的教學相比，教師對學生學習狀態及其變化情況把握更加精準。

（二）基于量化學情分析的課堂教學設計

基于學生的真實學情數據展開課堂教學，極大地增加了課堂的教學內容和教學策略對上課學生的針對性。教學內容與策略選擇的原則為：對前測正確率大于60%的教學內容，因多數學生已經基本掌握，教師就可以在課堂上略講;而對前測正確率低、建構物理知識體系必要內容及學生學習“痛點”的內容，教師則在課堂上重點關注。這些內容不但是物理課程學習的重、難點，更是物理核心能力與素養發展的關鍵基礎。與傳統的教學相比，這樣的課堂有更多的課堂時間去處理諸如在所講授概念與學生已有的物理知識間的關聯整合、所教學生的物理學習困難部分，以加深學生對物理的理解，提升學生的物理學科核心能力，更有效地幫助學生學好物理課。

（三）基于線上的、精準的師生課堂交互

線上前測與后測的引入，學生向教師展示了比傳統教學更為全面、詳細和動態的學習狀態和物理學科能力發展狀況，并為每節課提供了完整的教學效果檢驗體系。教師通過前、后測數據能夠準確判斷教學效果，進行基于實證數據的教學反思。學生同樣也依據這些數據判斷自己的學習效果，特別是“智慧學伴”針對每個學生的線上測評數據給出的“錯題本”，指出了學生所學知識體系的漏洞。這樣線上與課堂相結合的師生間的交互，能夠讓學生獲得遠多于傳統教學的、具有針對性、個性化的學習指導，從而減少對課外輔導班的依賴。

因此，初中物理精準教學課堂，可以實現關注全體學生，使得課堂教學不但使高水平學生感覺有吸引力，而且也能激發低水平學生的學習興趣，做到了關注學生個體的差異，并給予個性化的指導與幫助;較好地解決傳統班級授課教學存在的問題。同時，這樣的精準教學課堂能夠積累大量的、學生在初中物理學習過程中學習表現的數據，為物理教育研究提供寶貴的第一手數據資料。

四、中學物理精準教學課堂實踐及效果

（一）教學實踐

1.研究對象

復習課通常要求在一節課中對整章內容進行梳理，幫助學生彌補知識理解上的缺欠，完成知識體系的構建。現行教學中，教師往往會為了覆蓋全部內容而導致教學重點不夠突出、教學難點沒有時間突破的現象。因此本實驗選擇初中物理八年級《熱現象》一章的復習課作為教學案例。

2017年6月在北京市某中學開始教學實驗，由三個教學資歷與能力基本相同的教師進行一課時的授課，其中一個教師在A班采取本研究的精準教學。為了剔除教師的個體教學差異影響因素，選擇了兩個教師分別在B、C班進行傳統教學。在實驗前，三個班進行了統一的前測。前測試題由“智慧學伴”上的微測題組成，共40題，覆蓋了《熱現象》全章內容，考查了學生不同水平的能力。采用基于項目反應理論的Rasch模型量化分析能力測評試卷得到試題信度為0.92，學生信度0.80，表明前測試卷具有很好的信效度，符合實驗要求。

三個班的前測平均成績分別為：54.2（A班）、57.3（B班）、56.7（C班）。A班與B、C班的差異性檢驗的差異顯著性系數分別為：0.842、0.727，均大于0.05，說明三個班的學生水平基本相同。

2.課堂實踐

A班按圖1的精準教學程序教學，其課堂教學的精準性表現在：

（1）基于課前診斷的學情分析

精準教學中的量化與精確的學情分析從知識和能力兩方面展開。

a.知識理解與掌握情況分析

下頁圖2所示為A班前測的各核心概念的平均正確率，反映學生對心概念的掌握情況。圖中顯示，溫度、熔化與凝固這兩個概念的平均正確率在60%左右，說明大多數學生已經基本掌握。但同屬于物態變化的汽化和凝華概念的正確率明顯低于熔化，僅為40%左右。這是因為升華和凝華概念沒有小學基礎，且生活中這類現象不易觀察。物態變化所屬不同概念前測的差異反映出，學生還沒有在新知識與舊知識間建立好的聯系，不能將升華、凝華概念與已有熔化、凝固等概念進行整合，約有一半的學生對物態變化的認識還是碎片化的，沒有建構物態變化的完整體系。

內能和熱機概念的平均正確率也僅為40%左右。內能概念比較抽象，學生缺乏相關基礎，目前還不能理解內能變化是引起物態變化的內在原因。熱機雖然在生活中常見，但是學生往往只知道熱機的名稱，而沒有機會觀察其內在結構，使得這些內容成為了學習的薄弱點。

前測中正確率極低的題目通常反映了大多數學生的學習“痛點”，是學情分析中需要詳細解析的部分。例如，在前測中考查學生解釋冬天人呼出白氣現象的題目正確率僅為14.3%。通過分析學生的作答情況發現，有些學生認為白氣是氣態的，有些學生雖然知道白氣是小液滴但不能解釋其原因，說明學生對于物態變化的概念的學習理解過程在概況論證層次出現了問題。

b.物理學科能力發展狀況分析

圖3所示為物理學科核心能力在3*3模型各個維度上的正確率。圖中顯示，學生能力在學習理解㈤、應用實踐（B）和遷移創新（C）-個維度上的整體表現依次降低。在A1、A2、B1、B2和C1指標上平均正確率高于50%，說明學生在觀察記億、概況論證、分析解釋和推論預測等方面掌握較好，新授課的教學目標已基本完成;但在關聯整合（A3）綜合應用（B3）兩個指標上表現較差，說明其存在知識碎片化、還沒有建立知識間完整聯系、沒有整合全部所學知識。能力要求較高的C維度學生表現最低，目前不能在新情境下正確應用《熱現象》相關的知識的問題。

（2）教學內容與策略的精準性

全面細致的學情分析幫助教師選擇恰當的教學內容與策略，優化教學設計。在授課過程中按照前測試題的正確率可將本節課的教學內容分為三類。

第一類為前測正確率高于60%的內容，如溫度、溫度計、熔化等。這些內容課堂上教師采用給予回顧和點撥的教學策略，課上帶領學生簡單回顧內容，列舉現象等。即使簡略復習，這些內容仍得到了好的教學效果，如考查學生估測生活中常見的溫度值的能力，前測正確率為64%，經復習課后正確率達到了91%。

第二類為前測正確率在20%-60%的內容，這是教學重點關注的。例如針對前測反映出的物態變化知識體系碎片化、對升華與凝華掌握不好的問題，教師除了在課堂上回顧和補充升華、凝華等現象的事實經驗，更借助概念圖（如圖4所示）引導學生整合固、液、氣三態及其相互轉化的關系;從物態變化發生時的吸、放熱現象出發，啟發學生思考物體內能隨著物態變化會怎樣變化？幫助學生尋找內能與物態變化間的內在聯系。將物體內能、物態變化、吸放熱量等概念關聯與整合起來，避免知識的碎片化。

這一教學策略取得了很好的效果，例如考查關于吸熱、溫度、內能三者關系的題目前測中正確率為32.1%，經過教學后，后測的正確率有了明顯的提升，達到了72.7%。

對第三類教學內容（學習“痛點”）教師采用各個擊破的教學策略。如：為了解釋白氣問題，學生需要知道白氣是小液滴不是水蒸氣，還需要能夠結合“冬天”（即空氣中水蒸氣的溫度很低）的情境判斷物態變化方向。教學中教師采取了辯論擂臺的策略，讓學生亮出自己觀點，說出支持/反駁的依據，討論形成共識。這樣不僅能有效轉變迷思概念，更能培養學生基于證據的分析論證能力。經這樣的課堂教學后，關于“白氣”的成因，A組的正確率從前測時14.3%提升至75.8%。

（3）課堂上師生交互的精準性

課堂上的師生交互是有效教學的基本保障。若教師能夠精準地了解學生學習狀態，準確地知道自己設定的問題是否符合學生的知識和能力范圍，以及是否有代表性，則不僅能提高師生的有效交互，更能提高學生的課堂參與度。在引導學生將內能與物態變化整合的教學中，師生間精準交互的課堂片段如下：

教師問1：改變物體的內能有幾種方式？

學生1：有2種，做功和熱傳遞（選擇已經掌握內容的、低能力學生）。

教師問2：冰熔化成水的過程中通過什么方式改變內能？并說明其內能如何變化及原因。

學生2：熱傳遞，冰塊在這個過程中內能增加，因為它的溫度升高（選擇對內容學習還存在問題的、中等能力的學生）。

學生3：冰塊在熔化過程中溫度并沒有升高，而是保持不變，但冰塊始終在吸熱，所以內能增加。

對第一個基礎問題，教師選擇了前測反映出能力低但能正確回答這個問題的學生提問。對于需要進行論證的問題2，教師先依據前測結果選擇了一個有代表性迷思概念的學生回答，以引發其他學生對自己錯誤的關注，再請一個能力高的學生回答問題。這樣的交互不但能精準解決學生的迷思概念，又能提升不同水平學生的課堂參與感.

（二）教學實踐結果分析

教學實驗的效果通過教前測和后測來評估，因此教學后對A班和B、C班進行了后測。后測試題由“智慧學伴”上的微測試題組成，有40道試題，其中有17道題作為鏈接題與前測試題相同，其它試題難度略高于前測試題。Rasch模型分析的后測的試題信度為097，學生信度為0.79，符合測試要求。

A班和B、C班在鏈接題上的平均正確率如表所示，表中數據顯示A班和B、C班的平均前測正確率基本一致，且B、C班前測中取得了略高于A班的成績;但A班后測平均正確率高于B、C班，且增益接近B、C班的兩倍。

對于學生能力變化的評估，采用基于項目反應理論的Rasch模型進行。分析結果顯示：A班前測的學生能力均值為-0.56，后測為0.74，能力增益1.3;B、C班（兩個班平均）前測能力均值為-0.46，后測為0.33，能力增益0.79。對前、后測A班和B、C班學生能力值的差異性檢驗可得：對前測，A班和B、C班的si9i=0.346>0.05，說明A班和B、C班學生能力沒有顯著性差異;對后測，si92=0.002<0.05，表明A班和B、C班學生能力存在顯著性差異。這些數據說明A班教學效果優于采用傳統教學的B+C班，基于“智慧學伴”的精準教學課堂讓A班學生的不論在知識上、還是在能力上都有大幅提高。

以上的教學案例及其實踐結果顯示出，基于“智慧學伴”的初中物理精準課堂能夠有效提高教學效果，提升了教師對課堂的信息獲取和優化能力，一定程度上能夠解決傳統教學存在的忽視學生的經驗和基礎的問題，在關注學生個性化需求、幫助學生構建自己的知識體系方面有顯著效果。

五、結語

為改進初中物理傳統教學的現狀及存在的問題，該文對初中物理精準教學課堂進行了研究及教學實驗，構建了具有精準教學必要特征的、基于“智慧學伴”的初中物理精準教學課堂。教學實踐結果顯示，這種精準課堂提高了教師對教學的洞察力和優化能力，充分關注到學生的個體化差異，不但能有效解決目前初中教學中存在的主要問題、更能獲得明顯優于傳統教學的教學效果。該文的精準課堂研究和教學提供了信息技術與基礎教育課程深度融合的具體實踐。

作者簡介：

羅瑩：教授，博士生導師，研究方向為物理教育測量與評價（luoying@bnu.edu.cn）。