交互式電子白板支持下的初中科學互動教學

沙琦波

《義務教育科學課程標準（2022 年版）》指出：“教師應利用信息技術輔助手段，讓學生比較直觀便捷地學習相關知識。同時，應充分利用信息技術，提高評價的科學性、專業性和客觀性。”[1]專題復習課是初中科學教學環節中必不可少的一種課型。教師應圍繞專題下的核心概念，通過梳理、比較、推演，在整合已有知識片段的基礎上，逐步構建并完善新的認知路徑。然而，基于“知識本位”的專題復習課教學往往存在碎片化、空依賴、單向性的弊端，造成學生難以理解和掌握科學概念，學生科學觀念、科學思維等素養的培育更是差距甚大。那么，教師如何在專題復習課教學中創設多重交互的多樣化學習情境引導學生自主探究，以解決認知嬗變的難題？如何創設主體多元、方法多樣的評價方式以充分發揮教師和學生參與評價的積極性，適時診斷、及時調控，促進學生深度學習的發生？筆者以教學初中科學“光學復習”為例，探索交互式電子白板在初中科學專題復習課中的應用路徑：依托交互平臺創設多樣化的學習情境，幫助學生迭代核心概念下的認知架構，同時利用交互功能多元化測評學生的發展水平并及時調控教學，打造無界化互動課堂，實現核心素養的有效培育，加深學生對科學本質的理解。

一、交互式電子白板在初中科學專題復習課中的應用路徑

交互式電子白板是一種互動式多媒體教學軟件，其豐富的教學與學習資源為復習資料的查找、情境的創設以及學生間的交互提供了強大的技術支持[2]。在專題復習課中，教師應用交互式電子白板設計課件并用于教學，可充分發揮交互功能優勢，有效激發學生的學習興趣。更為重要的是，教師可以依托交互式電子白板創設情境，引導學生在進階式任務鏈的驅動下自主地完善知識架構、梳理科學方法，同時教師在工具的支持下開展極具趣味性和交互性的評價活動，多元化地測評復習課各環節中學生學科核心素養水平，及時調控教學，有效地落實科學觀念、科學思維等素養的培育。此外，交互系統還有云課件、時間膠囊功能，助力教師無界化教學。筆者以初中科學“光學復習”為例，闡述交互式電子白板在初中科學專題復習課中的應用路徑（如圖1）。

二、學情分析與教學目標

光是初中科學的重要概念之一，其內涵較為抽象。筆者從光的三種傳播方式、傳播規律及相關現象這三個方面開展專題復習課教學。在復習之前，學生已經學習了有關光源、光的直線傳播、光的反射和折射等相關知識，對于生活中的各種光現象有豐富的感知和一定的認識。初二學生能規范作圖，知曉基本的分析問題和解決問題的方法，這為他們學習相關知識奠定了良好的基礎。大多數初二學生形象思維能力較強、抽象思維能力較弱，他們能很快認識光學現象，但對蘊藏于背后的光學原理、光路模型卻不甚了解。教師應引導學生梳理紛繁復雜的碎片化知識，使之系統化和條理化。

筆者基于以上學情分析，依據《義務教育科學課程標準（2022 年版）》關于學習內容、學業要求的設定，圍繞科學觀念、科學思維等素養的培育，將本節專題復習課的教學目標設定如下：

1.知道并能區分光的三種傳播方式，了解相關現象。

2.知道光的直線傳播，了解光的反射定律、折射現象及其特點。

3.了解光的傳播在生活中的應用，會分析蘊藏于各種光現象背后的原理。

4.通過對光學內容的復習，留心生活中的各種現象，感受自然之美和科學魅力，保持好奇心和求知欲，樂于探究和實踐。

三、互動教學過程

（一）同屏呈現，創設生活情境

戴維·梅里爾的首要學習原理指出：當學習者在現實世界或者任務的情境中掌握知識和技能時，其學習會得到促進[3]。在課題引入時，教師出示在古鎮游玩時拍攝的一幅照片。拍攝的是普通風景，其中卻蘊藏豐富的科學知識。教師引導學生思考照片中蘊藏哪些光學現象。學生不難想到：因為樹木遮擋，所以看不見后面的房子，這說明光沿直線傳播；水中的倒影可以用光的反射原理進行解釋……教師借助照片創設生活情境，迅速激活了學生關于光現象的已有認知。學生辨識光的折射現象有一定困難，此時教師利用交互式電子白板的拖曳、旋轉、放大鏡功能，聚焦岸上景和水面影之間的亮暗差異，引導學生觀察水中倒影比真實的景物要暗些。學生在思考現象背后原因的同時認識到折射現象的存在，有效地突破了認知難點。

設計意圖：借助生活中的風景照引入主題，呈現光的直線傳播、反射和折射現象，凸顯科學與生活的聯系。教師利用交互工具拖曳、旋轉照片，讓學生區分和尋找照片中的折射現象，再使用放大鏡功能，使觀察目標更加聚焦、現象更加明晰，同時滲透科學源于生活的理念。

（二）尺規作圖，辨析相似概念

光的反射和折射是兩大常見的光學現象，兩者的傳播規律有很多相似之處，但容易混淆。為此，教師呈現光在空氣和玻璃兩種物質中的傳播路線（相互垂直的兩條直線分別表示界面和法線），讓學生根據光的反射和折射規律分辨入射光線、反射光線和折射光線，并判斷入射角和折射角的大小。學生思考后作答。一位學生被抽選上臺，他用尺規工具作圖，正確作出了關鍵的輔助線法線（如圖2）。

設計意圖：此環節，學生要對光的反射和折射規律進行綜合辨識，通過光路作圖理解和區別反射和折射規律。當光的反射和折射同時存在時，光路就會顯得稍微復雜。教師出示光路圖，讓學生上臺講解，使用尺規作圖工具分析，使光路更加清晰。學生根據光的傳播規律，尋找解決問題的關鍵輔助線（法線），進而判斷對應光線和角度，在探究規律的同時，學會了解決此類問題的方法。

（三）設計活動，反饋調節教學

光的傳播有其規律，在生活中形成了形形色色的光學現象。一些成語也蘊含豐富的光學知識。教師出示成語，讓學生判斷這些成語對應的光學現象。教師用PPT呈現交互式電子白板課堂活動中的超級分類游戲（如圖3）。學生將右側的成語拖入左邊的光的傳播中，系統自動判斷答題結果。如果學生選擇正確，右側的成語可以放入左邊的相應紅框中，如果選擇錯誤，則無法放入。

設計意圖：教師注重教學與生活的聯系，讓學生判斷生活中光學現象，考評他們用科學觀念解釋生活現象的能力。教師使用交互系統的“超級分類”功能，讓學生參與“人機對話互動”的游戲，潛移默化地掌握光學知識。學生的分類結果通過系統及時反饋，便于教師調節教學進度。這對于激發學生學習興趣，使其養成良好的學習態度具有積極意義。互動式教學克服了課堂教學中學生過于服從教師（權威）的弊端，營造了教師和學生之間友好、平等的氛圍。

（四）析題建模，剖析折射光路

作光路圖是很好地分析和解決光學問題的方法。針對上一環節游戲中提到的光學現象“魚翔淺底”的原因，教師給定學生操作時間，讓學生用作光路圖的方法，解釋為什么看上去池水變淺了，嘗試確定池底A變淺的虛像A'。學生應用折射規律作圖找像，這一過程中往往會出現各種問題。教師利用“授課助手”實現手機和電腦同屏，全面客觀呈現學生解答情況，在對典型錯誤的分析梳理中加深學生對相關知識的理解。

設計意圖：學生運用新掌握的知識來解決問題，可促進他們的學習。此題是折射規律的實際應用問題，要求學生規范作圖。學生作圖時，教師用“計時器”控制節奏（如圖4），使課堂活動更加高效。為了增加互動并高效地反饋學生作答結果，教師利用“授課助手”，實現手機和電腦同屏，收集和展現課堂中學生的疑惑和典型問題（學生常犯錯誤），這種同屏技術的應用使生生互動、師生互動更加便捷。

（五）仿真實驗，突破認知難點

上新課時，教師會著重強調凸透鏡成像的特點，但是因為光學成像情況的復雜多變，很多學生分辨不清，所以凸透鏡成像特點的回顧也是光學復習的重點和難點。復習課教學時，教師借助交互系統在線資源中的仿真實驗室（如圖5）進行仿真實驗，在移動蠟燭的過程中，讓學生觀察像性質的變化。

教師點擊再現成像光路，引導學生分析得出一倍焦距是實像與虛像的分界點，兩倍焦距是放大與縮小的實像的分界點。在蠟燭逐漸靠近凸透鏡的過程中，像遠離凸透鏡且逐漸變大；反之，在蠟燭遠離凸透鏡的過程中，像靠近凸透鏡且逐漸變小。在上述探究的基礎上，學生歸納得出結論：“一倍分虛實，兩倍分大小；物近像遠像變大，物遠像近像變小”。教師使用“知識配對”功能，讓學生連一連物體的位置和成像的情況（如圖6）。

設計意圖：凸透鏡成像是光學教學的重點和難點，為避免與新授課操作實驗重復，又能很好地起到回顧的作用，教師使用仿真實驗室，生動形象地操作實驗并附上光路，明確不同條件下的成像特點，啟迪學生對實驗現象及實驗原理建立整體的、本質的認知。“知識配對”功能的應用既提高了學生的選擇性和自主性，又增強了趣味性。

（六）分組游戲，測評認知水平

在課堂教學反饋環節，教師使用交互系統課堂活動中的“分組競爭”功能組織游戲活動。這個游戲是關于光的傳播的綜合應用練習，采用男女生同臺競技的形式開展，用以測評認知發展水平（如圖7）。在設定的一分鐘時間內，交互系統出現自行車尾燈、汽車觀后鏡、潛望鏡等生活中不同的物體（或現象）。學生判斷哪些與光的反射有關，答對得10分，答錯扣5分，得分高者勝出。

設計意圖：此環節教師使用“分組競爭”功能，讓學生上臺做游戲比賽，極大地調動了學生的積極性，增強了課堂教學的趣味性。學生與直觀生動的課件界面直接對話，在動手動腦的實踐中實現光學的知識綜合應用，使原本枯燥的課堂測試變得輕松、有趣，實現了對學生的認知發展水平的有效測評。

（七）思維導圖，迭代知識架構

課堂小結是學生對學習過程進行反思與歸納的活動，有利于梳理所學知識的層次結構。教師讓全體學生繪制思維導圖對光學知識進行總結，其中一位學生在交互式電子白板上繪制，同屏在大屏幕上顯示（如圖8）。學生對光的三種傳播方式、規律及其應用進行小結，實現了光學復習內容的條理化、系統化、結構化。

設計意圖：此環節用到了思維導圖功能，它優于紙質繪圖之處在于支持學生根據需要隨時修改和添加，有助于學生在認知結構中構建知識與知識之間的意義聯系。同時，授課助手手機同屏功能的應用實現了其他學生畫的實物和電腦同步呈現，增強了互動和交流。在復習課教學中，思維導圖工具的應用使學生零星、碎片化的知識變得系統化、條理化。

（八）時間膠囊，助力線上學習

交互式電子白板系統具有時間膠囊功能，即在不需要任何環境部署的情況下，系統可一鍵幫教師記錄下該堂課所有的教學過程并在云端共享，其傳播、存儲成本不到“傳統微課視頻”的1/10。新冠肺炎疫情防控期間，交互系統為教學提供了有力保障，被隔離在家的學生可以同步學習，還可以便捷地獲取完整的課堂實錄。同時，教師使用時間膠囊這一功能，利用智能手機、平板電腦，移動錄課，回溯教學過程，反復琢磨，完善授課。

四、總結與思考

利用交互式電子白板在光學專題復習課教學中，教師按照設計的路徑，恰當應用有關功能，科學有序地開展了數字化教學（見表1）。

整節課，教師主要采用交互式電子白板和授課助手結合的方式教學，通過智能手機操作課件，應用了學科工具中的思維導圖和調用課程視頻功能、課堂活動超級分類、知識配對、競技游戲功能、拖曳、旋轉、倒計時、放大、尺規功能等。應用拖曳功能后，學生可以在交互式電子白板上操作實驗，現象更簡單易懂。競技活動給課堂帶來了生機和活力。尺規、批注、放大、倒計時等功能的應用大大提高了數據處理效率，現場生成問題，增強了課堂的靈活性。學生可對交互式電子白板進行操作，真正體現學生學習的自主性。教師將授課助手與電腦連接，可以實現電腦同屏、手機同屏和實物投影。教學中，教師使用智能手機操作課件，在課堂上更自由，可以近距離與學生互動。授課助手同屏功能不可小覷：不僅可以替代實物投影，而且可以讓教師一邊隨時隨地控制電腦，一邊隨時收集和展現課堂上學生的疑惑和典型問題，使生生互動、師生互動變得更加便捷。

交互式電子白板助力初中科學課堂教學實現了課堂形式的多樣化和教學內容趣味化。教師借助信息技術工具創設更加適切的情境，運用生動且豐富的學習資源與工具，組織交互性更強的課堂活動，可以有效激發學生的好奇心和學習興趣，引導學生動腦思考和動手實踐，讓學生在輕松、愉快的合作、競爭氛圍中高效學習，高效突破教學重難點問題。

注：本文系全國教育科學“十四五”規劃2022年度教育部重點課題“指向核心素養的信息技術與科學教學融合的實踐研究”（課題批準號：DHA220498）的研究成果。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2] 呂薪秀，黃茜.希沃白板在中學地理教學中的應用[J].中學地理教學參考，2021（20）：68-70.

[3] [美]戴維·梅里爾.首要教學原理[M].盛力群，譯.福州：福建出版社，2016.

（作者系浙江省寧波市四眼碶中學正高級教師，特級教師）

責任編輯：祝元志