基于互聯(lián)網(wǎng)+教育的中學(xué)物理高端備課
——以初中人教版“電流與電路”為例

趙 寧，蔣 蕊

(1.銀川唐徠回民中學(xué)，寧夏 銀川 750002；2.寧夏大學(xué) 物理與電子電氣工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

物理課堂注重物理學(xué)科本質(zhì)的體現(xiàn)，物理教師從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面抽象出育人價(jià)值，對提高學(xué)生核心素養(yǎng)具有獨(dú)特的作用，以利于學(xué)生終身發(fā)展，更好地應(yīng)對現(xiàn)代和未來社會發(fā)展所帶來的挑戰(zhàn)[1].高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)的實(shí)施，使傳統(tǒng)教學(xué)理念中比較概括的“三維目標(biāo)”變?yōu)楝F(xiàn)在操作性更豐富的“核心素養(yǎng)”[2].物理源于生活，又應(yīng)用于生活，因此學(xué)生通過物理課程學(xué)習(xí)，最終需要解決生活中的實(shí)際問題.維果茨基認(rèn)為個(gè)人頭腦之中的或者說內(nèi)部的過程起源于個(gè)體同別人的相互作用[3].因此對于剛接觸電學(xué)的學(xué)生來說，親身體驗(yàn)安全電流、小組探討電路的組成是學(xué)生認(rèn)知水平養(yǎng)成的關(guān)鍵所在.中學(xué)物理高端備課以學(xué)生為主體，關(guān)注學(xué)科原始概念和原理，以互聯(lián)網(wǎng)平臺為載體，充分利用電子教材、觸摸一體機(jī)、平板電腦、無線網(wǎng)絡(luò)、寧夏教育云平臺和物理虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過小組合作學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生體會物理知識由具體到抽象再到具體的螺旋式上升模式，培養(yǎng)獨(dú)立思考問題的能力和實(shí)踐動手能力，從而形成簡單的邏輯思維和辯證邏輯思維，進(jìn)而解決生活中的實(shí)際問題.

1 高端備課

物理教學(xué)的高端備課由邢紅軍教授提出[4-5]，得到了中學(xué)物理教師的認(rèn)可.中學(xué)生認(rèn)知思維處于具體運(yùn)算階段，中學(xué)物理高端備課的教學(xué)過程要符合中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.例如本文通過向?qū)W生展現(xiàn)“電荷是如何流動”的動畫視頻，以情景化的過程來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)抽象的物理觀念.物理高端備課不同于傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)基于信息加工理論的流程描述，而是在符合物理學(xué)特色的物理教學(xué)理論指導(dǎo)下，對最具體的物理教學(xué)問題做出合乎物理教學(xué)邏輯的引領(lǐng)[6].

2 計(jì)算機(jī)媒體輔助教學(xué)

2.1 電子教材

電子教材在全國范圍內(nèi)推廣，除了減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)外，它的優(yōu)點(diǎn)還在于：

1)豐富的課程資源、攜帶方便、引導(dǎo)式的備課模板、隨手的電子筆記等為學(xué)生和教師帶來了很多便利.

2)借助電子教材提供的互動、交往、對話功能與機(jī)制，主體間實(shí)現(xiàn)了認(rèn)識上的“共通”，師生成為平等的主體.教學(xué)研究領(lǐng)域一直倡導(dǎo)師生間的主體間性[7]，借助電子教材提供的數(shù)字化條件與環(huán)境支持，師生之間的主體間性更易于實(shí)現(xiàn).與印刷教材不同，電子教材使用主體的角色是多元的，可能包括教師、學(xué)生、教材編寫者、學(xué)科專家等，當(dāng)然與師生關(guān)系類似，其他主體之間借助電子教材也形成了主體間關(guān)系.

2.2 物理虛擬實(shí)驗(yàn)室

物理虛擬實(shí)驗(yàn)室是1套突破教材版本局限的實(shí)驗(yàn)制作工具，初高中物理通用.教師可利用該套實(shí)驗(yàn)制作工具自主DIY和模擬多個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)驗(yàn)即時(shí)生成性常規(guī)化教學(xué)活動.它支持全平臺，多終端設(shè)備通用，教師可根據(jù)需求在線開發(fā)課件、自由創(chuàng)建和組裝實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了云服務(wù)、智能化和完全開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境.

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

電流和電路高端備課的課程教學(xué)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)意圖如表1所示.

表1 課程教學(xué)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)意圖

3.2 備課過程

在備課期間，選用中教云電子教材(圖1)，采用先學(xué)后教模式，分為課前、課中、課后3個(gè)環(huán)節(jié).

圖1 中教云電子教材

課前利用云平臺向?qū)W生推送電子教材、微視頻、課前導(dǎo)學(xué)案，學(xué)生通過自學(xué)掌握基礎(chǔ)知識，找到自己的疑惑.課中選用優(yōu)質(zhì)資源分解一些知識點(diǎn)，學(xué)生通過微視頻和物理虛擬實(shí)驗(yàn)室了解電路的組成以及電流的方向.通過智慧平板、導(dǎo)學(xué)案和課件發(fā)布課堂檢測題，反饋目標(biāo)達(dá)成情況.學(xué)生作答后系統(tǒng)給出診斷報(bào)告，教師結(jié)合診斷報(bào)告對本節(jié)課進(jìn)行小結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生形成知識網(wǎng)絡(luò).課后布置實(shí)踐活動，鞏固課上知識，并提升學(xué)生的能力.

3.3 教學(xué)過程

3.3.1 環(huán)節(jié)1：任務(wù)驅(qū)動

實(shí)驗(yàn)1：微視頻展示現(xiàn)代科技LED人體感應(yīng)燈的工作過程.學(xué)生觀看視頻，猜想LED人體感應(yīng)燈為什么在夜間當(dāng)人經(jīng)過時(shí)能感知發(fā)光.通過前置學(xué)習(xí)，解決原生問題.

LED人體感應(yīng)燈利用了人體產(chǎn)生的熱紅外線輻射，其工作原理如圖2所示.

圖2 LED人體感應(yīng)燈的工作原理

實(shí)驗(yàn)2：怎樣使小燈泡持續(xù)發(fā)光.引導(dǎo)學(xué)生思考，為什么LED人體感應(yīng)燈、魔術(shù)燈泡在看不見電源的情況下能夠發(fā)光.學(xué)生通過親身體驗(yàn)尋找魔術(shù)燈泡(圖3)和一般燈泡的區(qū)別在于將電源和開關(guān)內(nèi)置，當(dāng)觸摸魔術(shù)燈泡開關(guān)時(shí)電路接通，燈泡持續(xù)發(fā)光.

圖3 魔術(shù)燈泡

3.3.2 環(huán)節(jié)2：體驗(yàn)進(jìn)階

利用電源電壓在3 V以內(nèi)的觸電體驗(yàn)儀(圖4)，讓學(xué)生和電流第一次“親密”接觸，感觸“電”.4位學(xué)生或者全班學(xué)生手拉手體驗(yàn)，當(dāng)教師按下白色開關(guān)時(shí)，學(xué)生會有觸電的感受.第一次親身經(jīng)歷會極大地調(diào)動學(xué)生探究的積極性，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)電流的相關(guān)知識，讓學(xué)生初步歸納電路的組成：電源、開關(guān)、導(dǎo)線和用電器.

圖4 觸電體驗(yàn)儀

3.3.3 環(huán)節(jié)3：微課助學(xué)

通過任務(wù)驅(qū)動實(shí)驗(yàn)，學(xué)生知道持續(xù)產(chǎn)生電流的條件是需要電源和閉合的電路.但是對于電流的形成原因不解，因此微課展示電荷的群體移動，形象地再現(xiàn)了電流形成的原因以及電流的方向，感性認(rèn)知過渡到抽象思維，學(xué)生加深了對知識的理解和記憶.

3.3.4 環(huán)節(jié)4：虛擬實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)電流的方向

教材中實(shí)驗(yàn)利用二極管來判斷電路中電流的方向，由于二極管具有單向?qū)ǖ奶匦?，因此?dāng)二極管發(fā)光時(shí)可以判斷電源正極(二極管長引腳是正接線柱，另外的引腳為負(fù)接線柱)，從而確定電流的方向.利用NB虛擬實(shí)驗(yàn)室(圖5)，不僅可以再現(xiàn)課本中的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，還可以再現(xiàn)電流的方向，學(xué)生直觀地看到電源外部電流的流向.

圖5 物理虛擬實(shí)驗(yàn)室

3.3.5 環(huán)節(jié)5：反饋定標(biāo)

1)利用展示圖片引導(dǎo)學(xué)生思考生活中電路的基本組成，讓學(xué)生區(qū)分各種電源、用電器以及開關(guān)，進(jìn)而給出電路的定義，讓學(xué)生知道電路的基本組成.

2)展示家庭裝修時(shí)墻體內(nèi)導(dǎo)線、電飯鍋底座中布線圖，讓學(xué)生體會沒有合理地布線，如果電路出現(xiàn)故障很難找到問題.為快速找到癥結(jié)，必須用特殊的元件符號表示電路連接圖——電路圖.

3.3.6 環(huán)節(jié)6：合作突破

為了提高學(xué)生的思維品質(zhì)和動手實(shí)踐能力，更好地理解電路的構(gòu)成,特設(shè)計(jì)動手搭建創(chuàng)意電路環(huán)節(jié).學(xué)生以小組合作討論的方式，設(shè)計(jì)方案，點(diǎn)亮臺燈.

實(shí)驗(yàn)器材：5號電池2節(jié)、導(dǎo)線若干(包括可粘貼導(dǎo)線)、曲別針、小燈泡以及創(chuàng)意圖紙1張.

實(shí)驗(yàn)方案：學(xué)生小組合作搭建簡單電路，閉合開關(guān)后小燈泡發(fā)光.通過再現(xiàn)電路的構(gòu)成，學(xué)生更加深刻地認(rèn)識電路中每個(gè)組成部分的作用，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析組成元件的用途.

3.3.7 環(huán)節(jié)7：評價(jià)反思

物理源于生活，學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識后可以解釋生活中的現(xiàn)象.在日常生活中經(jīng)常會出現(xiàn)電路故障問題，輕則用電器無法工作，重則造成火.通過播放視頻再現(xiàn)火災(zāi)的威力，學(xué)生養(yǎng)成安全用電的習(xí)慣，獲得處置突發(fā)事件的能力.

為了讓學(xué)生理解電路短路問題，自制了定時(shí)起爆器(圖6).通過真實(shí)場景模擬，學(xué)生試著剪斷1根線，體驗(yàn)排除引線的過程，結(jié)合試題分析短路問題.

圖6 定時(shí)起爆器

試題分析：圖7為某定時(shí)炸彈的引爆電路工作原理圖，當(dāng)起爆器中有電流通過時(shí)炸彈被引爆.請結(jié)合所學(xué)知識幫助專家進(jìn)行排爆分析：

圖7 定時(shí)炸彈的引爆電路工作原理圖

1)定時(shí)器(時(shí)鐘)應(yīng)該安裝在b導(dǎo)線上.在定時(shí)階段，該導(dǎo)線是________(填“通”或“斷”)路，因此起爆器被短路，所以在定時(shí)階段起爆器不會爆炸引爆炸彈.

2)定時(shí)結(jié)束時(shí)，定時(shí)器(時(shí)鐘)會把b導(dǎo)線________(填“接通”或“切斷”)，此時(shí)電流________(填“能”或“不能”通過起爆器，所以在定時(shí)結(jié)束的瞬間起爆器立即爆炸.

3)綜上可知，定時(shí)器(時(shí)鐘)在定時(shí)階段相當(dāng)于__________(填“閉合”或“斷開”)的開關(guān).為使該定時(shí)爆炸裝置停止工作，應(yīng)當(dāng)立即剪斷導(dǎo)線__________(選填“a”或“b”).

3.3.8 環(huán)節(jié)8：檢測鞏固

通過智慧平板、導(dǎo)學(xué)案和課件發(fā)布課堂檢測題，反饋目標(biāo)達(dá)成情況.學(xué)生作答后系統(tǒng)給出診斷報(bào)告，教師結(jié)合診斷報(bào)告對本節(jié)課進(jìn)行小結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生形成知識網(wǎng)絡(luò).

4 物理高端備課的啟示

1)課堂教學(xué)中引入先學(xué)后教理念，從課前、課中、課后3部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，突出了鋪墊、學(xué)習(xí)、提升的認(rèn)知規(guī)律.

2)講授過程中，按照“任務(wù)驅(qū)動——反饋定標(biāo)——合作突破——評價(jià)反思”的思路，系統(tǒng)講解了電流產(chǎn)生的原因、電路的組成以及電路圖的畫法，依托物理虛擬實(shí)驗(yàn)室和教育云教學(xué)助手，在小組合作學(xué)習(xí)、師生互動的基礎(chǔ)上，將游戲教學(xué)引入課堂，極大地調(diào)動了學(xué)生參與課堂教學(xué)的主動性.將物理知識和生活實(shí)際緊密結(jié)合，學(xué)以致用，既提升了物理學(xué)科素養(yǎng)，又培養(yǎng)了學(xué)生熱愛生活、熱愛物理.

3)基于自主、合作、探究的教學(xué)理念，充分利用觸摸一體機(jī)、平板電腦、無線網(wǎng)絡(luò)、教育云平臺和學(xué)科實(shí)驗(yàn)教具，構(gòu)建了全方位的現(xiàn)代課堂教學(xué)模型，為學(xué)生提供了豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，達(dá)到高效學(xué)習(xí)的目的.

4)課堂上通過小組合作學(xué)習(xí)、展示匯報(bào)、及時(shí)診斷等形式，最大限度地為學(xué)生創(chuàng)造了平等參與學(xué)習(xí)的機(jī)會，將有限的課堂變成人人參與、個(gè)個(gè)思考的無限空間.

5)注重培育學(xué)生的探究精神和科學(xué)思維品質(zhì).引入探究實(shí)驗(yàn)，符合九年級學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有助于提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神.學(xué)生參與度高，課堂氣氛活躍，突出教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn).

5 結(jié)束語

基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的中學(xué)物理高端備課，運(yùn)用多種現(xiàn)代教育技術(shù)手段，關(guān)注知識的生成過程，促進(jìn)學(xué)生知識自主建構(gòu).課堂中注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高，組織學(xué)生小組合作，通過物理小魔術(shù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、解釋生活中的物理現(xiàn)象等教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)了課堂趣味性，并使這種興趣轉(zhuǎn)化為持久的情感、態(tài)度，學(xué)生從中感受學(xué)習(xí)物理的樂趣.讓物理走向生活，有助于提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，加深對本節(jié)課內(nèi)容的理解.