智慧課堂在物理實驗教學中的應用研究
——以初中物理《凸透鏡成像規律》實驗教學為例

尹傳海

(馬鞍山市新市初級中學，安徽 馬鞍山 243141)

0 引言

初中物理是以實驗為基礎的學科。物理實驗是幫助學生形成物理觀念，獲得知識和實驗技能的重要手段，能培養學生的觀察能力、分析問題及解決問題的能力。因此，在中學物理學科教學中，實驗具有不可替換的作用。對于初中生來說，直觀的實驗現象，可以讓抽象的物理概念更直觀、易懂，更利于學生接受，從而激發其學習物理的興趣。傳統物理實驗課堂教學有如主要是教師講、學生聽，教學過程中以講代做等問題，物理實驗教學需要探索新的教學方法。伴隨著課堂改革的進程，智慧課堂走進人們的視野，也走入了課題組的視野。課題組旨在通過對“智慧課堂”這種新型課堂教學模式的探究。立足課堂實驗教學，彌補傳統實驗的缺點，優化物理實驗課堂教學，提高物理實驗課堂教學效果。

1 物理實驗的傳統教學模式及存在的問題

課題研究之初，課題組就本地區物理實驗教學現狀進行了大量調查，調查結果顯示，在物理實驗傳統教學模式中，預習、實驗操作、復習等教學環節流于形式，紙上談兵現象嚴重。現分為三個環節進行具體的分析。

1.在物理實驗的傳統教學模式下的“實驗前”環節，教師一般會根據實驗內容準備材料，完成教學設計，學生預習、完成實驗、書寫實驗報告。這種教學模式會導致實驗前教師和學生缺少互動，教師對學生的預習效果和可能存在的疑問不能及時把握，使教學過程缺少針對性，教學效果較差。

2.在物理實驗的傳統教學模式下的“實驗中”環節，一般有“實驗理論知識講授”、“教師演示實驗”、“學生重復實驗”三個部分，是實驗課堂教學的主體。在“實驗中”環節，可能存在這些問題:①“教師先說，學生跟著做”，互動單一、教學效果差，教學有很大的局限性；②主要是“驗證”實驗，而不是探究實驗、探索知識；③小組成員間的合作意識差，參與度低。這些問題往往會導致實驗課堂教學效率不高。

3.在物理實驗的傳統教學模式下的“實驗后”環節，要求學生收集實驗證據，經過交流與合作，分析與論證總結出實驗結論；教師根據學生實驗，進行分析，幫助學生掌握實驗結果。“實驗后”環節，往往會出現“學生的反饋不足、師生缺乏互動”的情況。

綜上所述，傳統的物理實驗課堂，有利于教師把握教學進度，但會出現“教學相長”不能體現、學生個性發展不足等局限性，難以培養學生的對物理實驗結論及過程提出質疑，也不便于培養學生的創新精神，因此，需要教師對傳統物理實驗課堂教學方法進行一些改變。

2 智慧課堂教學模式的特點及其應用優勢

在我們的實驗探索中，智慧課堂教學模式呈現出如下特點：

1.智慧課堂在教學理念與目標、技術手段、交互方式、評價與反思等方面形成“學生主體，教師主導”的理念進行個性化教學，引導學生主動構建知識，提高探究意識和創新能力。

2.借助智能終端開展智慧課堂教學活動，不再局限于實驗室及課表時間，有助于學生充分利用零碎時間，靈活地進行教與學的各項活動。

3.智慧課堂是一種開放、實時、廣泛和多樣性的交互模式，是通過虛擬教學平臺和智能終端展開交互活動，能夠實現對交互活動的靈活調整，滿足學生個性化的需求。

4.智慧課堂中的評價與反思是一種更加靈活、多元、開放、全面的智慧化考核與評價方式，可以幫助學生在整個教學過程中對自身的表現和知識掌握情況有了更全面的認識。

智慧課堂是一種將“教與學”、“線上與線下”、“全面發展與個性化發展”有機結合的智慧化的“開放式”教學模式。在智慧課堂理念下開展物理實驗課堂教學，可以使教、學變得更加多樣、靈活、開放、趣味。實現學習過程由“被動認知”向“主動探求，創造智慧”的轉變，對培養學生的質疑、探究、創造精神有著重要意義。

3 智慧課堂設備的應用模式簡介

“智慧課堂”是“借助互聯網技術和智能終端的支持，構建智慧化虛擬學習平臺，滿足教育的開放性、互動性、多元性、實時性”等特點的新型的線上線下混合式智慧教學模式。學校所建的智慧課堂由于已與省資源平臺實現了互聯互通，教師與學生可通過省資源平臺賬號直接登錄，平臺中的班級是基于實體班級而建，可實現基于網絡環境下的泛在式學習模式，即無需受時間、空間限制，只要有網絡和終端的情況下，師生可隨時互動交流和自主學習。同時，智慧課堂平臺提供了大量學習資源和理科模擬實驗工具，有利于揭示物理現象內部的發展變化，化抽象為具體，化無形為有形，有效的彌補了傳統教學手段的不足，為學生自主學習提供便捷。

基于智慧課堂設備所具備的資源和功能，通過在課堂實驗教學實踐研究，初步形成了“AI 創新實驗教學法”，具體如圖1：

圖1.AI 創新實驗教學法

“AI 創新實驗教學法”是指使用智慧課堂設備輔助實驗教學，打破時空限制，延伸實驗教學的一種泛在式實驗學習方法。下面以《凸透鏡成像規律》實驗教學為例，簡述此法的應用。

4 “AI 創新實驗教學法”在實驗教學中的應用

4.1 課前初探奠定實操基礎，精準掌握學情

過去，教師憑經驗去猜測對學生了解的程度，現在，課前，我們可以利用學生端的平板電腦布置幾個任務：1.展示你在生活中見過的透鏡，并分享到班級群；2.推送短視頻《一滴露水引發的火災》；3.近視眼鏡和老花鏡有哪些區別？課前收集到圖片，既可以幫助學生課前預習，也可幫助學生交流，更能貼近學生的認知。三個任務的完成，教師對出現的案例能及時作出分析，更加準確地了解學生的學情，對教學思路、授課內容及時調整。

《凸透鏡成像規律》是本章的重點和難點，第一課時完成實驗，初步得出實驗結論;第二課時，從光路圖的角度對成像原理進行理解加深。第二個課時，首先進行課前小測，利用學生端平板電腦進行選擇題的檢測，由即時分析得到的數據為依據，分析學生的掌握情況并確定本節課的教學進度和難度。在本節課的最后5 分鐘，再次進行課堂小測，同樣用幾道選擇題，根據即時分析得到的數據對學生的上課效果進行評價。由于智慧教室的使用，正答率與作答情況可以當堂檢測，輔以備用題庫，未能掌握問題、重要知識點都一清二楚，得以在課堂中鞏固加深;并且，凡是課堂訓練與練習中，學生出現的錯答都會及時歸納在學生自己特有的糾錯系統中，針對性更高，實現了精準糾錯。學生學情的清晰掌握，為改進課堂實驗教學設計提供指引。

這樣，課前，一是教師利用智慧課堂設備發布全面、具體、恰當的教學目標；二是精心準備實驗素材，把動畫、視頻、課件、練習等各種教學資源進行整合，通過智慧課堂平臺發給學生，學生根據教學目標進行自主學習。在學生自主學習和練習中，教師通過移動學習終端的大數據統計功能，可以充分了解學生課前預習情況，及時調整自己的教學設計，使課堂教學更具有針對性，從而為課堂教學提高效率。如在“凸透鏡成像規律”的教學過程中，為讓學生對透鏡有個直觀認識，教師在移動學習終端中創建有關透鏡圖片、微課視頻資源，以供學生查閱，布置一些線上作業，讓學生通過資源初學后完成練習，幫助學生初步了解所學內容，加深印象，為實驗操作教學奠定基礎。智慧課堂平臺具備大數據獲取與統計功能，教師通過平臺對學生預習作業完成情況進行統計分析，充分了解學生掌握程度，為課堂上實驗教學確定方向。由于平臺中班級圈是以實體班級為基礎而建成的，師生利用班級圈交流初學情況，師生互動、生生互動，相互質疑釋疑，為課中實踐打下良好基礎

4.2 課中實踐提高實驗操作能力

教學過程的核心是課堂教學，要提高課堂教學效率，必須激發學生積極參與實驗活動，促進學生全面的發展。為讓課堂更加高效，本課采用智慧課堂設備與實操相結合的方法完成實驗教學。

1.應用設備彌補課堂視覺不全。大多數演示實驗都存在后排學生看不清的問題，為彌補其缺陷，老師可利用設備中虛擬實驗功能完成教學。

2.使用平臺中視頻、微課等資源，突破重難點。教學中培養學生發現和認識物理規律、鑒別能力是最根本的，要讓學生知道實驗的結論不是實驗教學的目的。利用移動學習終端輔助物理實驗教學則可以突破教材內容的局限，擴展學生的思維空間，深化認識，使學生更加透徹地理解教材內容，為教材中結論性的話找到依據。

學生通過虛擬實驗模擬，對整個實驗過程已經非常熟悉了，再讓學生動手操作，學生非常熟練的組裝器材，小組合作、探究、非常順利的完成實驗并得出實驗結論。這樣，通過虛擬實驗模擬后再進行實驗，既活躍了課堂氣氛，又激發了學生的求知欲。合理利用“投屏”這一功能對展示學生實驗過程是一種非常有效、值得贊賞和推廣的教學手段，比起傳統的實物投影，它不需要學生走上講臺或者搬動實驗器材，也不會受攝像頭角度的限制，可以更加靈活自如地展示實驗現象及過程，大大優化了教學內容的呈現，促進課堂教學的有效互動。在《凸透鏡成像規律》的第二課時，也有一個環節很適合利用投屏功能。在凸透鏡成像規律的光路分析完畢后，教師提出問題：“虛像可以用眼睛觀察，實像能否被眼睛觀察到呢？”然后進行演示：將蠟燭位于凸透鏡兩倍焦距以外，調節光屏到透鏡的距離直到光屏上接收到清晰的像，此時確定像的位置即是此時光屏的所在;取下光屏，移動眼睛位置看是否能直接觀察到該實像。為了展示人眼看到的現象，教師用手機或平板電腦中的攝像頭模擬人類的眼睛，將攝像頭位于實像和透鏡之間、攝像頭距離凸透鏡的距離大于像距的地方，對比兩者的區別，由此說明實像也能被眼睛看到，只是眼睛要在離透鏡的距離大于像距的位置，這時等同于用眼睛觀察位于像距上一個實物，如果考慮眼睛的明視距離則還需要在更遠的位置觀察。又如蠟燭越少越低則像升高還是降低，對比透鏡降低所成的像上升還是降低，遮去一半透鏡，是否仍能成完整的像。

5 研究結果分析

在以往的實驗課堂教學中發現，傳統的物理實驗教學一般采用黑板和粉筆的板書的形式講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟，學生聽的似懂非懂就去動手實驗，實驗效果一般都不理想。實驗效果是通過現場提問和紙筆測試，工作量大，易受儀器設備、實驗條件等因素限制，主觀性、隨意性強。通過研究，課題組形成了不同于傳統模式的評價方法，借助“智慧課堂”的大數據分析自適應課程平臺非常快速、準確的解決學生和老師精準化的教與學的問題；平臺基于教與學過程中的大數據采集和分析，形成過程評價與終結評價模型，精準的診斷學生的知識結構，精準推送學習內容，實現分層教學、因材施教。（如圖2、圖3）

圖2.傳統評價方式

圖3.智慧課堂評價方式

6 結束語

實踐證明，“智慧課堂”作為一種理念、也作為教育教學手段是教育信息化發展的趨勢與愿景，同時這一理念的實現、在課堂教學的作用發揮還在不斷更新和改進過程中。實踐過程中，教師能感覺到它給物理實驗教學帶來了很多傳統課堂不能提供的便利，包括生生、師生的交互功能，課堂的延伸功能，豐富的本地、互聯網課程資源，還有實時的反饋功能。在現代教育技術不斷提高的今天，我們應該選擇合適的教學工具，為物理實驗教學提供更大的幫助和支持。在物理實驗應用智慧課堂設備進行輔助教學，也是“從生活走向物理，從物理走向社會的”課程標準、物理核心素養理念的體現。積極利用信息化、智能化手段輔助物理實驗教學，可增強學生對物理學科的學習興趣，增強參與意識，提高學生的實驗理解能力、觀察能力、動手能力。將傳統的教學方法與新型教學手段、模式有機結合，適時而用、取長補短，有助于推動物理實驗課教學達到更優化的程度。