依托三維工具，點(diǎn)亮“智慧課堂”

趙俊 鞏曉雁 鐘永江

● 順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，緊跟教育信息化步伐

2015年在國(guó)際教育信息化大會(huì)開幕式上，國(guó)家主席習(xí)近平發(fā)去賀信，強(qiáng)調(diào)因應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)教育變革和創(chuàng)新，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化、終身化的教育體系。時(shí)任國(guó)務(wù)院副總理的劉延?xùn)|在大會(huì)上致辭，倡議要更加重視教育信息化在突破時(shí)空限制、促進(jìn)教育公平方面的作用和地位，加強(qiáng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源開發(fā)和共建共享，推動(dòng)不同文明交流互鑒。

2016年9月，山東省濟(jì)南市天橋區(qū)教育局與東北師范大學(xué)理想信息技術(shù)學(xué)院簽約，就“智慧教育云平臺(tái)”的構(gòu)建，暨教育信息化戰(zhàn)略進(jìn)行合作。三年間，東北師范大學(xué)理想信息技術(shù)研究院的專家團(tuán)隊(duì)針對(duì)平臺(tái)的建設(shè)、平臺(tái)龐大資源的使用和教師的成長(zhǎng)進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)，提升教師智慧教育理念下的信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合的能力，促進(jìn)教與學(xué)方式的變革。在2018年“智慧教育種子教師”的跟崗培訓(xùn)中，筆者有幸成為一名“種子教師”，通過(guò)觀摩研討、線上學(xué)習(xí)、線下實(shí)踐、專家面對(duì)面指導(dǎo)等，筆者的信息化教學(xué)能力有了“質(zhì)”的飛躍。

● 深入分析教材，實(shí)驗(yàn)遭遇“瓶頸”

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在物理課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)必不可少，而實(shí)驗(yàn)有時(shí)候會(huì)遭遇“瓶頸”。例如，電功率是整個(gè)初中電學(xué)知識(shí)的綜合，且與生產(chǎn)生活實(shí)際緊密聯(lián)系，在進(jìn)行“電流做功的快慢”即電功率的教學(xué)中，需要設(shè)計(jì)和家庭電路有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，或一些雖然具有“破壞性”卻能充分說(shuō)明問(wèn)題、能給學(xué)生留下深刻印象的實(shí)驗(yàn)，以及一些學(xué)生層面的探索性實(shí)驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)歷時(shí)長(zhǎng)，受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)耗材以及安全隱患等因素的制約，有些不能在課堂上實(shí)際操作，這在一定程度上影響了教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)和教學(xué)效果。

● 暢游“云平臺(tái)”，尋找“智慧”方法

在跟崗培訓(xùn)過(guò)程中，“智慧云平臺(tái)備課助手”的強(qiáng)大功能為筆者帶來(lái)了新思路，其中三維工具和同步實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，就如同一個(gè)個(gè)真實(shí)的場(chǎng)景。從“小孔成像”到“探究凸透鏡成像的規(guī)律”，從“浮力產(chǎn)生的原因”到“阿基米德原理”，從“家庭電路”到“探究通電螺線管磁場(chǎng)的方向”，光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)的知識(shí)內(nèi)容幾乎都涵蓋了。這些三維工具和同步實(shí)驗(yàn)形象逼真，貼近生活和生產(chǎn)，能夠很好地幫助學(xué)生將知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)也使筆者找到了在課堂教學(xué)中某些實(shí)驗(yàn)不能實(shí)施呈現(xiàn)的解決方法。因此，筆者嘗試將三維工具和同步實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到“電流做功的快慢”即電功率的教學(xué)中，使教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，收到了顯著的成效。下面，以“電流做功的快慢”這一節(jié)課為例，介紹三維工具和同步實(shí)驗(yàn)在這節(jié)課中所發(fā)揮的作用。

案例設(shè)計(jì)

《電流做功的快慢》教學(xué)設(shè)計(jì)

1.課程標(biāo)準(zhǔn)

從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)電源和用電器的作用;結(jié)合實(shí)例理解電功和電功率;知道用電器的額定功率和實(shí)際功率。

2.課時(shí)教學(xué)目標(biāo)細(xì)目表如下頁(yè)表

3.學(xué)習(xí)目標(biāo)

①經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)行分析討論，能說(shuō)出電功率的定義及物理意義。②通過(guò)自主學(xué)習(xí)，能寫出電功率的定義式及單位。③體驗(yàn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，能區(qū)分額定功率和實(shí)際功率。④通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，動(dòng)腦分析討論，激發(fā)創(chuàng)造意識(shí)。

4.重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：額定電壓、額定功率。

難點(diǎn)：電功率概念的建立。

5.教學(xué)準(zhǔn)備

信息化資源：智慧云平臺(tái)中的三維工具和同步實(shí)驗(yàn)。

演示實(shí)驗(yàn)器材：能量轉(zhuǎn)化演示器、電壓表兩個(gè)、電流表兩個(gè)、0～20Ω的滑動(dòng)變阻器兩個(gè)、2.5V小燈泡一個(gè)、3.8V小燈泡一個(gè)、電源兩組、學(xué)生電源一個(gè)、導(dǎo)線若干、遙控塔吊玩具一個(gè)。

6.評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

（1）通過(guò)評(píng)價(jià)活動(dòng)（一）（二）（三）以及課堂檢測(cè)，檢測(cè)學(xué)習(xí)目標(biāo)①②③的達(dá)成。

（2）通過(guò)評(píng)價(jià)活動(dòng)（二）、（四）以及作業(yè)，檢測(cè)學(xué)習(xí)目標(biāo)④的達(dá)成。

7.學(xué)習(xí)過(guò)程

評(píng)價(jià)活動(dòng)（一）：思考討論，知識(shí)回顧

要求學(xué)生思考并回答以下問(wèn)題：電功的公式是什么？各字母的含義及單位是什么？電流做功的實(shí)質(zhì)是什么？下面幾個(gè)用電器將電能分別轉(zhuǎn)化成了什么能？（教師展示圖片）

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)的教學(xué)中要用到電功的公式及其實(shí)質(zhì)的相關(guān)知識(shí)，復(fù)習(xí)強(qiáng)調(diào)這些內(nèi)容，為本節(jié)的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

評(píng)價(jià)活動(dòng)（二）：實(shí)驗(yàn)激趣，引入新課

教師利用如下頁(yè)圖1所示的裝置，閉合開關(guān)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，將重物提升;改變電壓，重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)，思考并回答問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，重物獲得了什么能？重物獲得的能量是由什么能轉(zhuǎn)化來(lái)的？哪次實(shí)驗(yàn)重物上升得快？哪次電流做功快？

設(shè)計(jì)意圖：電流做功雖然看不見，但能夠觀察到電動(dòng)機(jī)通電吊起重物的過(guò)程以及重物先后兩次上升快慢的不同。同時(shí)，輔以由淺入深、層層遞進(jìn)的問(wèn)題設(shè)計(jì)，把抽象的過(guò)程通過(guò)形象的實(shí)驗(yàn)，自然過(guò)渡到“電流做功的快慢”，從而引入新課。

評(píng)價(jià)活動(dòng)（三）：依托電學(xué)實(shí)驗(yàn)，深入新課學(xué)習(xí)

活動(dòng)任務(wù)1：電功率概念的建立。

教師分別將額定電壓為2.5V、3.8V的小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，接入如圖2所示的兩個(gè)電路，用電壓表和電流表測(cè)出燈泡兩端的電壓和通過(guò)的電流，并提出問(wèn)題：哪個(gè)電路燈泡更亮？哪個(gè)電路電流做功快呢？怎樣比較電流做功的快慢呢？（點(diǎn)撥提示：你是怎樣比較物體運(yùn)動(dòng)快慢的？你又是怎樣比較力做功快慢的？怎樣比較電流做功的快慢呢？）學(xué)生思考討論，選擇合適的方法，并通過(guò)計(jì)算支持自己的觀點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：此實(shí)驗(yàn)是在電動(dòng)機(jī)提升重物的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。電流對(duì)電動(dòng)機(jī)做功的快慢可以由重物上升的快慢間接反映，哪一次重物上升得快，哪一次電流經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)做的功就快。基于此，在該實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)電流經(jīng)過(guò)電路中的燈泡時(shí)，電流做功的快慢由什么來(lái)間接反映這個(gè)問(wèn)題學(xué)生很自然會(huì)聯(lián)想到哪個(gè)燈泡亮，電流經(jīng)過(guò)它所做的功就快——引出“電功率”概念。在學(xué)生對(duì)“如何比較電流做功快慢”有些茫然時(shí)，按照知識(shí)學(xué)習(xí)的先后順序以及相關(guān)關(guān)系，設(shè)計(jì)點(diǎn)撥提示中的內(nèi)容，利用知識(shí)的遷移和類比，讓學(xué)生思考、討論、計(jì)算，順理成章地建立起“電功率”的概念，突破了本節(jié)的難點(diǎn)。

活動(dòng)任務(wù)2：自主學(xué)習(xí)電功率的相關(guān)知識(shí)。

要求學(xué)生自己學(xué)習(xí)電功率的物理意義、電功率的定義及電功率公式及推導(dǎo)等知識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：這部分內(nèi)容是在前期理解性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，將所學(xué)知識(shí)用文字或公式總結(jié)表達(dá)出來(lái)，學(xué)生完全有能力通過(guò)自學(xué)完成。這樣做一方面讓學(xué)生的學(xué)習(xí)換個(gè)方式全員參與，不至于太單調(diào);另一方面，能較好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和對(duì)知識(shí)的總結(jié)概括能力。

活動(dòng)任務(wù)3：實(shí)際功率。

要求學(xué)生利用電功率的計(jì)算式，算出電路中兩個(gè)燈泡此時(shí)的電功率，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論：燈泡的亮度取決于其實(shí)際功率。

設(shè)計(jì)意圖：這部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)作用——一是對(duì)剛學(xué)的知識(shí)進(jìn)行鞏固訓(xùn)練，同時(shí)對(duì)電壓表、電流表的讀數(shù)進(jìn)行復(fù)習(xí);二是通過(guò)計(jì)算將結(jié)果與燈泡的實(shí)際亮度結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生直觀地感受到燈泡的亮度取決于它此時(shí)的電功率，即此時(shí)電流在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)燈泡所做的功;三是使學(xué)生學(xué)習(xí)建立新的知識(shí)概念——實(shí)際功率。

活動(dòng)任務(wù)4：額定功率。

教師演示實(shí)驗(yàn)：在接有額定電壓為2.5V小燈泡的電路中，再增加2節(jié)干電池，把電壓表的量程換接為0～15V，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使小燈泡的亮度由暗變亮直至燒毀熄滅。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，學(xué)習(xí)額定電壓、額定功率。

設(shè)計(jì)意圖：此實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)實(shí)際功率的基礎(chǔ)上，通過(guò)觀察電壓表、電流表示數(shù)的變化，以及燈泡亮度的變化，使學(xué)生直觀地感受到燈泡實(shí)際功率的變化，明確燈泡的實(shí)際功率存在無(wú)數(shù)個(gè);當(dāng)燈泡的實(shí)際電壓、實(shí)際功率過(guò)大時(shí)，燈泡瞬間燒毀熄滅，這給了學(xué)生視覺上的沖擊和震撼，也使得額定電壓和額定功率概念的建立成為必然。

活動(dòng)任務(wù)5：聯(lián)系生活，進(jìn)一步加深對(duì)電功率相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

（1）學(xué)習(xí)了解生活中一些常見用電器的額定電壓、額定功率。

利用三維工具，讓學(xué)生觀察額定功率分別為15W和100W、額定電壓都為220V的燈泡分別接入家庭電路中的正常發(fā)光情況（如圖3）。

（2）利用三維工具，將額定功率為100W，額定電壓為220V的燈泡接在家庭電路中，讓學(xué)生觀察其在用電高峰期、用電低谷期的發(fā)光情況（如圖4）。

設(shè)計(jì)意圖：雖然前面的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生觀察到了實(shí)驗(yàn)小燈泡的發(fā)光情況，體會(huì)到了它的亮度和實(shí)際功率的關(guān)系，但與實(shí)際生活場(chǎng)景相差甚遠(yuǎn)。如果只將兩個(gè)生活中的燈泡接入一個(gè)示教板進(jìn)行演示，還是缺乏直接的、身臨其境的感覺。利用云平臺(tái)備課助手中提供的三維工具，不僅將學(xué)生“帶入”“真實(shí)生活”的家庭中，體會(huì)對(duì)比額定功率為15W和100W燈泡正常工作時(shí)的亮度，還能顯示出它們?cè)谟秒姼叻迤凇⒂秒姷凸绕诘牧炼惹闆r，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)際功率和額定功率的理解。

（3）利用三維工具，模擬家庭電路中同時(shí)使用多個(gè)額定功率較大的用電器，觀察體驗(yàn)“真實(shí)線路”因電流過(guò)大而被燒毀的情況，并要求學(xué)生運(yùn)用電功率的計(jì)算式進(jìn)行定性的分析。

設(shè)計(jì)意圖：有些“破壞性”實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，存在安全隱患，在課堂上是不能進(jìn)行實(shí)際操作的。因此，在前面充分了解各用電器額定功率的基礎(chǔ)上，很好地利用三維工具，再現(xiàn)家庭電路中同時(shí)使用幾個(gè)大功率電器而燒毀線路的情境，這樣設(shè)計(jì)，一方面讓課堂聯(lián)系了實(shí)際，使學(xué)生進(jìn)一步意識(shí)到用電器的選擇和使用對(duì)生活中的安全用電有著重大的指導(dǎo)意義，另一方面又由此引出了新的問(wèn)題——為什么總功率過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致總電流過(guò)大呢？將學(xué)生又重新“帶回”了課堂，再趁熱打鐵運(yùn)用剛學(xué)的電功率公式分析，講練結(jié)合，鞏固新知。同時(shí)這也是潛移默化地指導(dǎo)學(xué)生，要善于在生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

在以上兩個(gè)環(huán)節(jié)中，云平臺(tái)備課助手中的三維工具充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)，使得在課堂上不易操作、不適合操作的實(shí)驗(yàn)以及無(wú)法創(chuàng)設(shè)的生活場(chǎng)景，能在課堂上展現(xiàn)無(wú)遺，使“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的教學(xué)理念落到實(shí)處。

評(píng)價(jià)活動(dòng)（四）：反饋新知，碰撞思維

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧引入新課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，思考并回答問(wèn)題：整個(gè)裝置可以制造出生產(chǎn)中的什么器械？如何實(shí)現(xiàn)使重物上升得再快些？從哪些方面可以改變它的功率？你能畫出簡(jiǎn)單電路圖嗎？

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)提出的問(wèn)題與新課引入的實(shí)驗(yàn)前后對(duì)照，增強(qiáng)了教學(xué)的完整性，充分挖掘此實(shí)驗(yàn)在本節(jié)教學(xué)中的效能。幾個(gè)問(wèn)題的設(shè)置層層遞進(jìn)，使學(xué)生由普通的實(shí)驗(yàn)裝置聯(lián)想到塔吊，即由物理課堂“轉(zhuǎn)戰(zhàn)”到了生產(chǎn)實(shí)踐，由實(shí)現(xiàn)快速吊起重物聯(lián)想到改變電壓或電流從而改變實(shí)際功率，進(jìn)一步聯(lián)想到可由串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，由提出問(wèn)題到解決問(wèn)題，順理成章，水到渠成。

教師課堂小結(jié)，要求學(xué)生討論并嘗試寫出本節(jié)的課時(shí)知識(shí)結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：一是讓學(xué)生自己說(shuō)出本節(jié)課學(xué)習(xí)的收獲，以此來(lái)檢驗(yàn)聽課效果，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和對(duì)知識(shí)的總結(jié)概括能力。二是在回憶所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生通過(guò)思考和討論，將本節(jié)的知識(shí)內(nèi)容提煉出來(lái)，在頭腦中建立知識(shí)樹;同時(shí)將自己寫出的知識(shí)結(jié)構(gòu)，與教師提供的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，尋找差距和不同，并進(jìn)行完善。這也是一種全新的學(xué)習(xí)方法，有助于幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的整體、系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

8.布置作業(yè)

（1）登錄智慧云平臺(tái)中的“理想學(xué)堂”，利用其中的同步實(shí)驗(yàn)——影響電流做功快慢的因素，進(jìn)行仿真探究，設(shè)計(jì)出你心目中最為理想的塔吊方案，尤其要解決好可調(diào)節(jié)升降快慢的問(wèn)題。

（2）閱讀課本第122頁(yè)例題的解題過(guò)程，思考本題的求解還可以用什么方法，其中的變形公式是如何得出的。

設(shè)計(jì)意圖：作業(yè)既有知識(shí)性內(nèi)容，又有開放性、創(chuàng)造性內(nèi)容，目的是鞏固新知，開拓思維，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。尤其是智慧云平臺(tái)中的同步實(shí)驗(yàn)將探究拓展到了課下。仿真實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)形式，既解決了學(xué)生在家實(shí)驗(yàn)器材不易準(zhǔn)備的問(wèn)題，又使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀明了，最重要的是提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，將家、校中的物理學(xué)習(xí)有效地結(jié)合了起來(lái)。學(xué)習(xí)物理的最終目的就是要學(xué)以致用，用知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題、改進(jìn)工具，甚至是發(fā)明創(chuàng)造出新的事物服務(wù)于我們的生活和生產(chǎn)。設(shè)計(jì)開拓性、創(chuàng)造性、開放性的探究作業(yè)，旨在讓學(xué)生在輕松完成的基礎(chǔ)上展開討論，碰撞出創(chuàng)造的火花，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，增強(qiáng)他們勇于創(chuàng)造的信心。

智慧反思

縱觀本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程，行之有效的實(shí)驗(yàn)貫穿課堂教學(xué)的始終。首先利用“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)吊起重物”的實(shí)驗(yàn)引入新課，然后觀察兩個(gè)電路中燈泡的亮度，利用已有知識(shí)建立電功率的概念，突破本節(jié)的難點(diǎn)，接著通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，觀察感受燈泡亮度的變化至燒毀熄滅，建立實(shí)際功率、額定功率的概念，突出教學(xué)重點(diǎn)，緊跟著利用三維工具操作仿真實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生身臨其境，感受并明確額定功率的指導(dǎo)意義，最后照應(yīng)引課實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)作業(yè)中的同步實(shí)驗(yàn)，引領(lǐng)學(xué)生開啟創(chuàng)造的大門，樹立創(chuàng)造的信心。整個(gè)教學(xué)過(guò)程過(guò)渡自然，由淺入深，步步為營(yíng)，讓學(xué)生始終“基于問(wèn)題學(xué)”“基于任務(wù)學(xué)”“基于探究學(xué)”。

智慧云平臺(tái)的應(yīng)用，將教學(xué)中的三要素變?yōu)榱怂囊兀唇處煛W(xué)生、教材、教學(xué)平臺(tái)，拓展了教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了教學(xué)過(guò)程，改變了教學(xué)方式，點(diǎn)亮了物理課堂教學(xué)。智慧云平臺(tái)中的三維工具和同步實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)效果，給學(xué)生留下深刻的印象，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，同時(shí)，也為教師對(duì)學(xué)生的思維培養(yǎng)由理解性向創(chuàng)造性轉(zhuǎn)變提供了一條新的途徑。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展及其與教學(xué)有效融合的探索與實(shí)踐，利用信息技術(shù)助力物理課堂教學(xué)成為提高教學(xué)效益的重要手段，它將促使我們進(jìn)一步挖掘智慧云平臺(tái)中的各項(xiàng)功能，使其更好地服務(wù)于教育教學(xué)，點(diǎn)亮我們的智慧課堂！