智慧課堂環境下的《運動與摩擦力》實驗教學

◇潘軍朝（廣東：江門市蓬江區教師發展中心）

與傳統課堂不同，現行的科學教學以實驗教學為主，是通過實驗去發現、去證明科學知識。筆者近期組織了本區內的“工匠杯”小學科學教師教學技能大賽。經過初賽后，5 位來自不同單位的科學教師現場決賽授課，統一的課題是粵教版（2017年）四年級下冊第18 課《運動與摩擦力》。該節課有三個活動：感受摩擦力；摩擦力有多大；接觸面的光滑程度與摩擦力大小的關系。教學環境是設備齊全的錄播室，教師共同探究了智慧課堂環境下的科學課堂實驗教學。

一、智慧課堂環境下數字化科學實驗教學

有關部門要求加快推進智慧教育創新發展，設立“智慧教育示范區”，開展國家虛擬仿真實驗教學項目等，實施人工智能助推教師隊伍建設行動。構建“互聯網+教育”支撐服務平臺，深入推進“三通兩平臺”建設。

（一）數字化教學環境提高教師備課和授課的效率

近年來，本區內的學校普遍安裝了一體機互動教學平臺。該平臺是一種將電腦、投影、幕布、音響、顯示屏幕集成在一起的新型設備，融合了高清顯示、人機交互、多媒體信息處理和網絡傳輸等多項技術，涵蓋了電子白板、電腦、電視、音響等功能，形成了信息化教學環境。例如，海信互動一體機的“海信智慧課堂”的PPT 備課，里面有全國各個版本小學到高中的全學科教材和課程，任課教師只要選擇廣東教育出版的四年級科學下冊第3 單元“運動和力”第24 課《運動與摩擦力》，點擊后都可以在“教育資源庫”的“課件”處打開該節課文的教學設計和教案PPT。

一體機大大提高了科學教師的備課效率，在方便備課的同時，教師還可以利用數字技術備科學課的實驗，在海信智慧課堂的“學科工具”中選擇對應本節課內容的“滑動摩擦力”虛擬實驗。同樣，希沃白板的“仿真實驗”有“探究影響摩擦力大小的因素”、鴻合交互教軟件的仿真實驗有“研究影響滑動摩擦力大小的因素”。

通過一體機互動教學平臺，教師減輕了備課負擔。教師在辦公室或者家里的電腦登錄使用“海信智慧課堂”或者“希沃白板”備課，系統自動備份成為云課件。教師上課時在一體機上登錄，即可選擇打開云課件的課程。教師在課堂使用“仿真實驗”創設了學習情境，激發了學生主動學習的參與度。如，仿真實驗“探究影響滑動摩擦力大小的因素”，可以創設玻璃、棉布、毛巾的材質，可以調節材質的粗糙程度和拉動速度，可以改變物體的接觸面積和增減物體的重量等。

此外，合理利用一體機的屏幕錄制微課功能也能提高授課效率。為讓學生快速認識彈簧測力計，在活動2 中，參賽授課的一位教師錄制了一個2 分鐘的“芳芳小課堂”微課，親手演示如何使用測力計并強調測力計的使用方法。

（二）信息化環境的虛擬實驗能提高學生自習學習能力

在智慧課堂的環境下，學生利用電子書包，通過網絡學習，如，查找《運動與摩擦力》的資料、觀看教學視頻、做仿真實驗等方式，把學科知識、生活常識和自身體驗相結合，將本節課的知識向課外知識（初中的力學）延伸，構建了系統化的知識體系。例如，PhET 的虛擬仿真實驗“力和運動：基礎”（forces-and-motion-basics），學生在課前可以了解拔河比賽、運動和摩擦力的基礎知識，再結合《力和運動》（forces-and-motion）的自習學習，學生可以游戲化地學習力和運動、摩擦力，如，可感受力大小的“機器人搬家”游戲。通過這些虛擬仿真實驗，豐富學習資源，學生的主動性學習能力也可大大提高。

在智慧課堂的教學環境中，教師可以把學習的主動權交給學生，放手讓學生自主實踐。例如，教師把“海信智慧課堂”滑動摩擦力調出來，讓學生自己探究測量物體在木板、毛巾、玻璃面上的拉力分別是多少。改變物體的重量，再在木板、毛巾、玻璃三種物質上測量拉力。

教師利用信息化手段，將優美的音樂、富有情感的畫面、抽象的文字直觀形象地展現為微課的形式，能充分激發學生的情感體驗。學生在開展本節課的活動2 時，利用電子書包等移動終端設備觀看“芳芳小課堂”微課，可以課前自主學習或者課中課后再現，使得知識由枯燥變得有趣、由抽象變得形象。在智慧課堂的數字化環境下，學生的小組學習交流大大增強，使得學生的感受更加直觀，記憶更加深刻。

二、智慧課堂環境下的科學實驗教學與傳統實驗相結合

智慧課堂，是指以構建主義學習理論為依據，利用大數據、云計算、物聯網和移動互聯網等新一代信息技術打造的，實現課前、課中、課后全過程應用的智能、高效課堂。《運動與摩擦力》這節課的教學難點是設計對比實驗，研究影響摩擦力大小的有關因素。智慧課堂下的信息技術有效地解決這個難點。在信息技術結合的科學教育中，傳感器測量、虛擬實驗室和互聯網技術是三項基本的技術，它們影響著學生的感官、思維、交流與交往，進而影響著學生的心靈與他們這一代人的科學文化素質。

（一）數字化實驗與傳統實驗結合相得益彰

虛擬實驗是根據已獲得的科學規律、定律、公式，通過電腦模擬出逼真的情境。在《運動與摩擦力》的活動1“感受摩擦力”中，通過視頻或者AR/VR技術呈現給學生視覺的感知。在“工匠杯”科學教學技能決賽中，還有一位教師開展了拉箱子的實驗，非常貼近教材，大大激發了學生對摩擦力探究的熱情。現場活動如下：分別在兩只大箱子上綁一條拉索，其中一個箱子下面安裝了四個輪子。邀請體重差不多相同的4 位學生分成兩組參與活動，一名學生蹲在箱子里，另外一名學生用力拉，看哪組拉得快。學生很容易得出結論：箱子安裝了輪子的那一組拉得快，用力少。這個傳統的實驗活動與數字化虛擬實驗結合后更有感染力，學生更容易通過視覺、觸覺、感覺等，多方面感受摩擦力。

（二）仿真實驗不能代替傳統實操實驗

當今，將虛擬實驗引入科學學習已是科學教育的發展趨勢，虛擬實驗高效率和形象直觀的特點，對學生獲取科學事實進而深刻理解科學概念具有重要的作用。在智慧課堂的環境下，交互式一體機或者電子書包的系統內置了不少教學資源，“粵教翔云”廣東省教育資源公共服務平臺的資源也可隨時登錄使用，國內外基于仿真實驗教學的網絡資源亦很多。但教師在教學中，不能將仿真實驗代替傳統實驗。在探究活動3“接觸面的光滑程度與摩擦力大小的關系”，是培養學生假設、設計實驗、動手實踐解決實際問題的科學探究能力。如果學生沒有經過實操實驗的探究，就會眼高手低，夸夸其談，但實操時卻笨手笨腳，甚至連實驗報告也不會填寫。拿著測力計不懂調零、不懂如何讀數，長此以往，將會出現各類錯誤的操作或者危險操作，例如，直接用手拿砝碼、向點燃的酒精燈中添加酒精等。

三、充分利用智慧課堂環境下的相關設備

智慧課堂的信息技術環境有可隨意拼組的桌椅、學生平板電腦、交互式電子白板、網絡系統、音響系統、錄播系統、紅外追蹤器、NFC 貼片和藍牙鏈接、智能傳感器、AR 和VR 設備、資源公共服務平臺等。在日常教學中，教師可以使用如下簡單的技術開展內容豐富的教學。

（一）教育資源公共服務平臺

教師充分利用本省的教育資源公共服務平臺，讓學生學，在平臺實現“人人表達”的同時，學生之間開展跨越時空的“大眾點評”，為學習的持續改進提供群體智慧。教師日常使用平臺對應的“教學助手”可以同步備課、在線檢測、布置課后作業，結合“人人通”空間App 還可以將手機變成PPT 翻頁器、鼠標、投影儀。例如，教師在觀察學生做實驗的時候，可通過移動學習終端（智能手機）的投屏技術，把學生現場實驗過程投影到大屏幕上，增加傳統實驗的可視化，讓聽課的教師也一目了然。

（二）大數據信息反饋學生學習的掌握情況

學生在做實驗的過程中，結合電子書包，把實驗報告填寫在電子書包的表格里，完成后上傳到云平臺，得出一系列數據。教師通過這些數據可以清楚地看出學生的實驗是否做好以及具體的數據。比如，各組的物體重量是多少，物體在玻璃光滑面的拉力是多少，物體在毛巾面上的拉力又是多少，等等。此外，還可以查看每一個學生的鞏固練習做得如何。

（三）錄播回放教學反思

結合智慧課室的自動錄播系統，教師課后可以看錄像，查看自己上課的優點和不足。集體備課的教師也可以通過回放錄像，點評這節課的效果如何。