信息技術賦能物理教學模式創新設計

劉東波 馮麗 劉濤

摘? 要? 智能技術時代，以信息化引領教育理念、教育模式創新，已經成為當下教育發展的鮮明特色，信息技術與學科課程的深度融合，正在潛移默化地改變傳統的教育教學模式。以人教版初中物理“電流與電壓和電阻的關系”一課的教學設計為例，探討在國家“雙減”政策背景下，如何優化課堂教學設計，讓信息技術賦能物理課堂教學模式創新，激發學生對物理的學習興趣，提升教學效益，切實達到提質增效的目的。

關鍵詞? 信息技術；物理教學；實驗教學；智慧教學

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）21-0147-04

作者：劉東波，鄒城市教師進修學校（鄒城市教育教學研究中心），高級教師，主要研究方向為教育信息化應用；馮麗、劉濤，鄒城市鮑店煤礦學校，一級教師（273500）。

0? 引言

以信息化引領教育理念、教育模式創新，已經成為當下教育發展的鮮明特色，信息技術與學科課程的深度融合，正在潛移默化地改變傳統的教育教學模式?！读x務教育物理課程標準（2022年版）》明確指出：“物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程，與小學科學和高中物理課程相銜接，與化學、生物學等課程相關聯，具有基礎性、實踐性等特點?！盵1]以上對物理課程特點的描述和培養目標的確定，決定了信息技術融入物理教學的必要性。

隨著教學條件的優化和教學理念的變化，從最初的一本書、一張嘴、一塊黑板的呈現方式，到信息技術應用到物理教學的全過程，包括物理知識傳授、演示、分組實驗、課后實踐等環節，給物理課堂教學帶來新的生機，使學生的學習興趣得到空前的提高，物理教學的效果有了質的飛躍。下面以人教版初中物理“電流與電壓和電阻的關系”教學設計為例，闡述信息技術賦能物理教學設計與思路的模式創新。

1? 教材及學情分析

“電流與電壓和電阻的關系”是一節經典的實驗探究課，主要解決兩個方面的問題：一是探討電流跟電壓的關系；二是探討電壓一定的情況下，電流跟電阻的關系。實際上就是學習研究歐姆定律，這是初中電學部分的基本定律，是引導學生進一步探討電學知識、剖析電路的基礎，是本章的重點。如圖1所示，本節內容具有較強的綜合性，既要用到電路、電流、電壓和電阻的知識，又要用到電流表、電壓表和滑動變阻器等實驗器材。學生要通過實踐探究，總結電流、電壓和電阻的關系。實驗難度系數比較大，首要問題在于實驗的設計、測試數據的精確度以及數據的整理和分析方面，學生在實驗操作過程中出現錯誤的概率較大，實驗評估、交流也很重要。本節課能夠讓學生在實踐中體驗進行科學猜想、設計實驗方案、填寫實驗表格、采集數據、歸納總結、交流合作等科學探究的全過程，因此，不管是在知識學習上，還是在培養學生動手操作、解決實際問題的能力上，都具有重要意義。

2? 信息技術為情境創設賦能

運用信息技術手段能夠營造特定的學習氛圍，為學生創設一種輕松愉快的學習環境，激發學習興趣及學習熱情，使學生獲得最佳學習效果。本課例中，以一段Flash導入（播放視頻片段），教師適時地發問：“電流（卡通形象）為什么不說話了？你們曉得經過導體的電流與導體兩頭的電壓和導體的電阻存在如何的關系嗎？”吊起學生的胃口，接著拋出期待：“他的猜想是否正確？我們就讓實驗來評判吧?！币幌伦幼プW生的關注點，激起他們探索新知的積極性和求知愿望。由于原創動畫貼近學生生活認知，情境創設的指引性強，就為學生提出問題、做出猜測與假設做好鋪墊。

3? 信息技術助力物理實驗教學模式創新

把信息技術有機融入物理教學探討的各個環節（圖2），如提出問題、猜想與假定、擬定計劃與實施、搜集數據、分析歸納、交流與分享等，突出教師主導、學生主體相結合，以學定教，既要關注“如何教得好”，更要思考“如何促進學生學得好”。

3.1? 借助虛擬仿真（VR）技術增進知識理解

傳統的實驗演示能夠使學生觀察了解物理現象、總結規律，但由于大多數實驗過程時間短，實驗現象不明顯，學生來不及詳細察看，沒有充分思考的余地。而借助多媒體虛擬仿真技術則可重復模擬演示實驗進程，還原物理現象，使許多不易查看的現象變得有形、有聲、有色，變說不清、看不全為一目了然，能夠幫助學生對物理現象、實驗過程、實驗狀態進行觀察分析。學生通過自己的認知，建立正確的物理世界觀，充分彰顯自己的主體地位，有利于培養創新思維能力。

3.2? 利用學科工具軟件指導學生自主設計能夠測試電流和電壓、電阻間定量關系的實驗電路圖（圖3）

本課關鍵點是設計出改變定值電阻兩端電壓的電路圖。通過小組討論后，基本上會有兩種方法：第一種是改變電源的電壓；第二種是利用滑動變阻器改變定值電阻兩端的電壓。對第一種方法，所有學生很好理解和接受；而對于第二種方法，學生比較易于理解的是調節滑動變阻器的阻值能改變電路中的電流，但改變定值電阻兩端的電壓，并不是所有學生都能接受的。

通過組織學生進行分組設計、研討，借助于電學實驗室軟件模擬實際電路，連接好電路后，移動滑動變阻器，觀察電壓表的示數是否變化。讓所有學生明白和接受這種設計不但是可以的，而且操作簡單，并且能多次改變定值電阻兩端的電壓值。然后讓他們去進行實驗，因為已經觀察測試過模擬電路的連接，再連接實際電路時難度大大降低。利用工具軟件進行電路的模擬設計，可以節省時間，直觀性強，而且具有動態性，易于理解。

3.3? 利用信息技術擴展實驗的可視化和可重復性

借助傳感器、控制器等數字手段可以更快更準地采集到實驗數據，從而節省寶貴的授課時間。利用計算機強大的數據處理、分析能力，能夠將學生從簡單、枯燥、煩瑣的計算歸納推理中解脫出來，把更多的時間和精力用于思考如何解決問題上來。如在“電流與電壓和電阻的關系”一課中，摒棄傳統實驗中分別對它們之間的關系進行驗證的做法，而是通過指導學生利用數據分析的方法來探究電流和電壓的關系。在學生掌握數據分析方法后，引導他們通過對第一次實驗采集的數據進行篩選分析，得出在電壓一定的情況下電流與電阻的關系。

把本該重復做兩遍的實驗減少為一遍，使學生少做很多無用功，節省了時間，提高了效率。更可貴的是，這樣設計使學生既能經歷體驗科學探究的全過程，又能培養動手操作、思考分析的能力，進一步熟悉科學探究中被廣泛采用的一種方法——控制變量法，還能學會充分利用數據從不同的角度分析得出結論，在解決實際問題的過程中激發積極的情感體驗，完成知識建構，具有非常重要的意義（圖4）。

4? 利用智慧教學對學生的學習過程進行重構

混合/智慧教學環境下，基于翻轉課堂的教學理念，改變傳統的知識傳授方式，注重課前、課中、課后的閉環式知識建構。上課前，教師通過推送精心設計好的學習資源和任務單，指導學生預習，借助問卷星等小工具進行教學前測，準確掌握學生自學預習情況，以便在接下來的課堂教學中做到有的放矢。通過互動交流，教師能夠根據提前了解到的學習困難點，給予學生精準有效的輔導，小組內和小組之間相互交流合作更有助于知識的學習以及團隊合作探究能力的提升。

在探討電流與電壓的實驗中，教師根據學生特長合理進行學習小組的分配，每個小組用的定值電阻阻值不同。各組實驗收集到的數據通過與智慧黑板屏幕相連的Pad終端實現共享，電腦自動生成電流和電壓的關系的圖像。為了消除學生的疑惑，可以利用希沃移動授課中的拍照功能，把學生歸納生成的圖像和系統自動生成的圖像做比較。這一實驗探究完成后，再探究電流和電阻的關系時，則利用前期實驗中采集的數據，通過分析，篩選電壓相同時不同電阻對應的電流值，重新生成新的數據表格，根據這組數據重新生成一個新的圖像，電流和電阻的關系就很容易歸納總結出來了。

如圖5所示，采用希沃白板軟件附帶的刮紅包的形式進行學習檢測，紅包中既有獎品，又有練習題，不但可以增強練習的趣味性，而且可以拉近師生距離，有助于建立融洽的師生關系。

課后，通過拓展任務，指導學生進一步深化實踐，形成完整的知識和能力體系。利用AI技術，針對系統采集的學生學習過程的數據進行分析，能夠科學評價學生的學習效果。教師可以針對學生存在的疑惑和不足進行差異化輔導，精準推送相關學習資源，指導學生強化提升，實現教與學方式的轉變[2]。

5? 創新實驗器材，提升實驗精準度

實驗研究關鍵是實驗數據采集的準確性，效果的好壞主要受實驗器材和周圍環境的影響。在本節課的實驗中，電源問題是最大的問題。由于傳統方法使用的干電池具有內阻，對數據有影響，很難得到準確的數據，也就不能順利得出電流與電壓成正比的結論，并且容易造成浪費和環境污染。如果使用有線電源，還要用到很多插座。如圖6所示，使用手機充電寶作為電源，利用廢舊的手機充電線把電引出，既能提供穩定的輸出電壓，又可以確保良好的實驗效果。

6? 結束語

信息技術賦能物理課堂教學模式創新，使課堂教學更直觀、交互性更好，擴大了教學容量，豐富了內容和形式，使學習更輕松，能夠更好地激發學生對物理的學習興趣，提高教學效率，培養學生的物理核心素養。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2] 邵靜.信息技術與初中物理實驗教學的有效融合探索[J].教學管理與教育研究，2021（4）：96-97.