核心素養導向下信息技術與初中物理教學深度融合的策略研究

陳峰

隨著教育部《關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》的發布，越來越多的一線教師開始重視信息技術在教育教學中的應用。在新時代大數據、人工智能、5G技術不斷發展的背景下，尤其是在疫情防控常態化的形勢下，教育教學需要線上線下相結合，使得信息技術與學科教學的融合變得更加有意義。

江蘇省南京市秦淮區教師發展中心自2018年開始就深入開展“信息技術與教育教學深度融合”的研究，成立了“信息技術與學科教學深度融合中心組”，以初中物理為示范學科，聚焦多種信息技術在初中物理教學中的應用，形成了案例、微課、示范課等多種形式的實踐應用成果。本文梳理了之前的研究成果，從豐富內容體驗、改變評價方式、變革教學模式三個方面，介紹幾何畫板、虛擬仿真實驗室、“金陵微校”在線學習平臺等多種信息技術與初中物理教學的深度融合案例。

一、豐富內容體驗，讓內容直觀形象

物理學科以觀察、實驗為基礎，重視對情景的構建，許多物理問題都是理想化了的模型，如果學生缺少足夠的體驗，將不能有效地構建模型從而影響學習效果。借助虛擬仿真實驗室、幾何畫板等，不僅可以將實驗場景再現，讓學生仔細觀察實驗中的重要現象及步驟，還能夠模擬一些真實實驗無法實現的場景，幫助學生進行三維空間想象。學生在虛擬仿真實驗平臺上進行操作，將抽象、靜態的物理模型直觀化、動態化，讓難以準備的實物數字化，豐富學生對物理情境的感性認識，深化其對科學規律的理解。

案例1：用幾何畫板模擬油量表的模型

油量表模型包括了杠桿、滑動變阻器、電表等多個物理要素。初學變阻器的學生面對這一復雜問題時，難以辨析各要素之間的聯系，加上該模型是一個動態過程，學生需由靜態到動態分析，認知梯度較高。借助幾何畫板設計動態的油量表模型，可以觀察油面變化時，杠桿轉動，滑動變阻器接入電路中的阻值改變，將電壓、電流、電阻的變化關系加入其中，借助幾何畫板自帶的計算功能，可以動態地顯示出各物理量之間的變化（如圖1），直觀地觀看到電流的變化情況，增強學生的感性認知。

案例2：用虛擬仿真實驗室探究光的反射

虛擬仿真實驗室可以模擬真實實驗情境，學生利用仿真實驗室平臺，觀察實驗現象，經歷實驗探究過程。“光的反射”這一節的教學重點是探究光的反射定律，“反射光線與入射光線和法線在同一平面”這一結論的得出，學生很難總結并理解記憶，尤其是表述三線的順序問題。在真實的實驗探究中，學生觀察不到反射光到底在哪個平面中，因為現實的實驗中是看不到法線的。雖然法線并不是實際存在的，但其對描述反射光所在的平面是至關重要的。利用虛擬仿真實驗室，當顯示光路的紙板沒有垂直立在平面鏡上，入射光沿著紙板斜射到平面鏡上，此時會顯示過入射點垂直于反射面的法線，同時學生直觀地觀察到反射光的位置（如圖2），幫助學生進行三維空間想象。

二、改變評價方式，讓評價有趣及時

在平時的課堂教學中，教師會設置許多問題來組織教學，也會設置一些課堂練習鞏固新知，然而由于班級人數較多，教師很難兼顧到每一位學生，每次提問只能由個別學生回答，并不能讓所有學生都表達自己的觀點，學生的參與度不高，這就降低了課堂評價的效果。在傳統的練習評價中，學生要等到教師批改完再發下去之后，才能獲得反饋信息，這就錯過了練習發揮作用的最佳時期。在小組合作當中，由于時間的限制，僅僅能展示一到兩個小組的作品，其他小組討論交流的閃光點就很難被發現。借助“金陵微校”在線學習平臺可以改變評價方式有效地解決以上問題。搶答、觀點云、趣味練習等課堂互動形式可以提高學生積極性；分組練習、全班練習等評價形式可以及時收集學生課堂反饋，提高學生課堂參與度；課后，教師可以運用“金陵微校”在線學習平臺中的作業、學習墻等功能，將學生上課時錯誤率較高的題目發送給學生再次練習，幫助學生及時鞏固知識。教師可以及時了解學生課后遇到的問題，并通過大數據分析了解每一個學生本階段學習情況。

案例：測量液體的密度

測量液體的密度是密度知識的綜合應用，教師借助“金陵微校”在線學習平臺，可以拓展這節課的教學途徑、優化教學策略，反饋及時可控，也可以引導學生主動思考。

活動一：學生來“找茬”。播放學生用量筒和天平測量液體密度的實驗操作視頻，全班學生在仔細觀察的過程中，找出視頻中不規范的操作，通過“金陵微校”在線學習平臺中觀點云工具發表觀點，學生們的觀點就會在屏幕上滾動出現。通過這一工具，不僅教師能實時了解到學生的觀點，學生之間也可以看到同伴的觀點，還可以為同伴的觀點“打call”。結束收集后，學生們的觀點將被歸納整理，形成詞云圖，實現對實驗操作的精加工。

活動二：巧測液體密度。教師提供器材，如精準秤、圓柱形容器、水、刻度尺、膠頭滴管等，學生設計實驗，畫出實驗步驟簡圖。教師運用“金陵微校”在線學習平臺中的互動功能，通過主觀題形式發送小組合作任務。通過“金陵微校”在線學習平臺，教師不僅可以了解到每一位學生的設計思路，還能讓學生之間互相了解，幫助教師及時了解課堂中學生的閃光點和存在的問題，調動學生積極性，提高課堂效率。學生的測量方案有如下兩種：方案一，相同體積（高度）比質量（如圖3），密度表達式為；方案二，相同質量比體積（高度）（如圖4），密度表達式為。

活動三：設計制作密度計。對活動二中學生生成的兩種方案進行深加工、精加工和多維加工。方案一中，當測量不同液體時，只要將液體倒至標記處，測出液體的質量，即可求得該液體的密度。如果我們事先將精準秤的示數對應的密度值算好，并制成表格（如表1），該精準秤就成為一個密度計，測量液體密度時，只要將液體倒至標記處，測出液體的質量，通過查表即可得到液體的密度值。為方便學生理解和使用該密度計，教師通過“金陵微校”在線學習平臺中全班練習工具發布如下練習：1.液體的密度為2g/cm3，對應的液體質量是 ? ?？2.觀察精準秤背面的相關信息，該密度計所能測量的液體最大密度是 ? ?？3.理論上，可以鑒別的液體密度最小差異是 ? ?？

方案二中，在圓柱形容器上標出相同質量的不同液體對應的深度，每次倒入容器中的液體質量相同，從標度上就可以讀出液體的密度。實驗中控制每次倒入容器中的液體質量為70g，測得倒入70g水的深度為7.2cm。教師通過“金陵微校”在線學習平臺中全班練習工具發布如下練習：計算出液體密度與表2中的密度值相等時，密度計中液體的深度h，并根據計算出的數據，在容器上標出對應的刻度線。學生思考：制作好的密度計的刻度線分布是否均勻？所制作的密度計刻度線有什么特點？如何使密度計上兩條刻度線之間的距離大一些，以使測量結果更精確？

三、變革教學模式，讓學習能動自主

“雙減”政策的落實，旨在讓學生有更多的時間可以自主學習，主動學習。知識的建構，并非只能在課堂上，也可以在課前或者課后。翻轉課堂、項目式學習等新教學模式的應用，需要提供更多的資源，比如微課視頻資源。在常規的物理教學過程中，雖然學生也進行一些規定的觀察與實驗，但由于工具、資源和時空等限制，學生的探究實驗非常有限。在課前或者課后提供相關的微課視頻供學生自主學習，可以增強學生學習體驗，有效地促進學生開展物理深度學習。

案例：制作簡易投影燈

凸透鏡成像規律的應用一直是初中學生學習上的難點，書本上提到的投影儀或者幻燈機學生幾乎沒有見過，缺少客觀的體驗，很難對該物理知識有深層次的認識。其實凸透鏡在生活中的應用很常見，夜晚路邊商店門口地面上旋轉的logo，就是凸透鏡成像規律的應用，即圖5所示的投影燈。利用兩個礦泉水瓶（直徑不同）、手電筒、焦距10cm的凸透鏡、手機貼膜（作為幻燈片）等工具便可制作一個簡易投影燈（如圖6）。

教師可以拍攝制作過程并制作成微課視頻，指導學生實踐學習，學生在制作的過程中，可以在多次觀看微課視頻的基礎上，進行獨立思考和制作。學生通過自己制作的投影燈探究實驗效果，激發出學習的熱情。同時教師要設計有層次有針對性的問題，如屏幕上的投影畫面是何種性質的成像？投影片到凸透鏡的距離應滿足怎樣的條件？投影的畫面是左右顛倒的，應如何擺放投影片？畫面不清晰，你打算如何調整？要使畫面變得更大，如何操作？

四、結語

應用信息技術豐富學生的體驗，改變評價方式，變革教學模式，激發學生學習興趣，提升其學習效果和核心素養，同時幫助學生適應數字時代的要求，讓教學變得簡單，讓學生熱愛學習。作為一線教師應立足應用，靶向教學，激發提升自身信息技術應用能力的內部驅動力，推動信息化教育教學創新，全面提升學生核心素養。