數(shù)字教材在初中物理教學中的應用

李水英

【摘要】本文分析傳統(tǒng)物理教學的局限及數(shù)字教材誕生的背景，以“電流與電壓和電阻的關系”教學為例，從創(chuàng)設教學情境引發(fā)學生對問題的猜想、依托數(shù)字教材平臺推動課堂互動和共享、依托虛擬實驗技術開展仿真實驗探究活動、進行變式訓練促進學生知識遷移等方面，探索數(shù)字教材在初中物理教學中的應用。

【關鍵詞】初中物理 數(shù)字教材 教育信息化

電流與電壓和電阻的關系

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）25-0074-03

隨著教學改革的不斷推進和教育信息化的發(fā)展，各級教育部門依托信息技術打造數(shù)字化學習平臺，推進基礎教育教學改革，不斷提高基礎教育教學質(zhì)量，取得了較好的實踐效果。數(shù)字教材的出現(xiàn)，為課堂中的師生提供了更多靈活多樣的教學案例以及學習方法和活動。本文以文獻研究和課例解析為主要方式，探索數(shù)字教材在初中物理教學中的具體應用。

一、傳統(tǒng)物理教學的局限及數(shù)字教材平臺的誕生

傳統(tǒng)物理教學往往存在著較多的局限，如理論知識講解占據(jù)大部分課堂時間，導致課堂氣氛沉悶，學生的學習積極性不高；物理演示實驗以教師操控、講解為主，師生之間缺少有效互動，學生的參與度不高、探究意識不強；學生被動接受知識，缺乏自主學習能力及知識遷移能力，學習方法和學習能力未能得到有效的培養(yǎng)。以上問題得不到解決，不利于學生物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。為了擺脫傳統(tǒng)教學的桎梏，初中物理教師應主動適應教育信息化的時代背景，積極探索有助于教師課堂教學和學生積極主動學習的有效路徑。進入教育信息化2.0時代之后，數(shù)字化教學資源的應用受到教師前所未有的重視。數(shù)字教材平臺中的數(shù)字教材融合了文字、音頻、視頻、圖片及動畫元素，具有知識呈現(xiàn)方式更加生動形象、課堂互動更加便捷高效、教學過程更加利于分層施教、教學資源更加便于修訂和完善等優(yōu)越性。

主要面向中小學的數(shù)字教材平臺以傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材為核心，整合了大數(shù)據(jù)技術、數(shù)字傳媒技術以及互聯(lián)網(wǎng)技術，所打造的數(shù)字教材平臺涵蓋了數(shù)字化資源、學科教學工具、智慧課堂活動等廣泛內(nèi)容，是一種互動性極強的教學平臺。數(shù)字教材最大的優(yōu)勢在于能夠提供云端數(shù)據(jù)，便于教師實現(xiàn)信息共享和線上互動，使教師可以利用信息化工具及時對教材頁面進行批注、高亮、插入、修改。數(shù)字教材平臺還具備較強的兼容性，可以直接對接當前大量的信息化教學工具，比如希沃白板、希沃授課助手等，不僅可以實現(xiàn)遠程教學以及線上互動，而且可以革新傳統(tǒng)的教學方式，提升教學成效。

二、數(shù)字教材在初中物理教學中的應用課例解析

數(shù)字化教學手段的靈活運用，能解決初中物理教學實踐中的一些問題，數(shù)字教材能增加課堂教學的信息量，豐富教學內(nèi)容，提高課堂教學效率。下面筆者結合人教版物理九年級上冊“電流與電壓和電阻的關系”教學課例，探索數(shù)字教材在初中物理課堂教學中的應用。

“電流與電壓和電阻的關系”一課的教學內(nèi)容要求學生認識影響電流大小的因素以及探究電流與電壓和電阻之間的關系，掌握串聯(lián)和并聯(lián)電路中電阻的作用，學會運用歐姆定律進行簡單的計算。教學過程中需要強化學生的問題猜想意識和實驗操作體驗，培養(yǎng)學生的實驗設計能力、動手操作能力、邏輯分析能力以及物理實驗中實事求是的科學態(tài)度。由于本課教學內(nèi)容具有較強的綜合性，為了使學生能夠高效理解本課知識點，教師要充分發(fā)揮信息技術在教學中能將抽象知識可視化、復雜知識簡單化的優(yōu)勢，運用數(shù)字教材輔助學生分析電流、電壓、電阻之間的邏輯關系，有效達成教學目標。

（一）創(chuàng)設教學情境，引發(fā)學生對問題的猜想

教學情境是教師在教學過程中，有目的地設計或安排的一種教學場景，為的是激發(fā)學生的學習興趣和探索欲望，促進學生對教學內(nèi)容的理解。物理教學情境一般通過視頻、故事、可視化實驗、模擬實驗等形式來創(chuàng)設，方便教師在短時間內(nèi)將學生的思維快速聚焦物理學習內(nèi)容。以數(shù)字教材為依托，利用數(shù)字教材平臺進行情境創(chuàng)設，具有較強的靈活性和多樣性。數(shù)字教材多樣化的教學視頻以及相關資料，不僅能豐富教學手段和教學內(nèi)容，使物理教學更具實用性和藝術性，還能迎合初中生的學習需要，增強學生的課堂專注力。

初中生的抽象思維能力比較薄弱，對一些相對抽象的物理概念、原理和定律難以理解，這就要求教師在物理教學中基于學生的認知特點，創(chuàng)設既符合學生認知特點，又具有科學性和引導性的教學情境，有效激發(fā)學生的學習興趣?！半娏髋c電壓和電阻的關系”一課為初中物理電學知識，理論性較強，教學內(nèi)容較為枯燥。教師需要結合教學內(nèi)容及學生已有的知識水平，圍繞教學目標設疑激趣，給學生創(chuàng)設一個可以發(fā)現(xiàn)問題和探究問題的教學情境。

在課堂導入階段，教師利用數(shù)字教材平臺創(chuàng)設教學情境，有助于提升情境創(chuàng)設的靈活性和多樣性。教師先在平臺上為學生展示三個不同的數(shù)字化電路圖，電路圖中各元件都可以調(diào)節(jié)，教師不必浪費過多課堂時間繪制電路圖或組裝實體電路，因而可以快速進入本課教學主題。教師引導學生觀察電路圖中滑動變阻器接入不同電路后小燈泡不同的亮度，向?qū)W生提出問題：“同學們觀察這三個電路圖，思考為何小燈泡的亮度不同？”

教師以問引思，促使學生快速聚焦本課教學要素電流、電壓、電阻之間的相互聯(lián)系。學生仔細觀察三個電路圖，發(fā)現(xiàn)不同電路圖中滑動變阻器接入電路的電阻存在較大差異，而小燈泡的亮度也會隨之發(fā)生變化。學生思考后能夠得出“小燈泡的亮度不同與電路中電流的大小有一定關系”“滑動變阻器是影響電路中電流大小的主要因素”等相關猜想，從而引出“電流與電壓和電阻的關系”的實驗探究。

（二）依托數(shù)字教材平臺，推動課堂互動和共享

課堂教學不是學生單方面聆聽教師講解理論知識，而是教師教與學生學的交互過程。課堂互動是師生互相交流、共同探討、互相促進的一種教學組織形式，有利于發(fā)揮師生雙方的積極性和主動性，實現(xiàn)教學相長。

在開始物理實驗探究前，為了讓學生掌握實驗規(guī)則、實驗原理等物理知識，教師除了口授、示范外，還可以依托數(shù)字教材平臺，運用信息技術推動課堂互動。這樣既能活躍課堂氛圍、調(diào)動學生的積極性，又能促進學生的思考，發(fā)展學生的科學思維。探究電流與電壓和電阻之間的關系，學生需要完成多項物理實驗。而開展物理實驗所需要的一系列器材、素材、條件等要素，需要以學生為學習主體進行自主選擇和設計。在這一教學環(huán)節(jié)，教師依托數(shù)字教材平臺在電子屏幕上提供的不同器材，引導學生選擇探究電流、電壓、電阻三者之間關系的實驗器材。

師：探究電流與電壓和電阻之間的關系，實驗涉及電流、電壓、電阻三個物理量，可以運用什么研究方法？

生：控制變量法。

師：具體應該怎樣操作？

生：可分解為兩個實驗進行探究。探究電流與電壓之間的關系時，保持電阻不變；探究電流與電阻之間的關系時，保持電壓不變。

師：實驗探究需要用到哪些器材？請同學們根據(jù)電子屏幕上提供的器材進行選擇，并以學習小組為單位進行實驗電路圖的設計。

在數(shù)字化教學的物理課堂上，學生以學習小組為單位，利用電容筆點觸屏幕完成實驗器材的選擇和實驗電路圖的設計，之后利用小組屏幕推送功能共享本組的實驗電路圖，使所有的學生都可以看到本組的電路設計。教師通過屏幕共享，引導學生開展小組之間的交流活動，讓學生思考哪個電路圖能夠滿足實驗探究要求。這一過程考查學生基礎知識的掌握情況。學生通過交流討論不斷完善實驗電路圖，得出最佳的實驗方案。之后教師通過投影方式將實驗方案顯示在大屏幕上，進行細節(jié)講解。

（三）依托數(shù)字教材平臺中的虛擬實驗技術，開展仿真實驗探究活動

物理知識具備較強結構性，學生在學習物理知識的過程中需要利用自主探究的方式了解物理知識之間的關聯(lián)，這是構建物理知識體系的重要過程。數(shù)字教材可以為學生提供更多的思考與拓展空間，有助于學生開展物理學習探究活動。學生按照數(shù)字教材中提供的資源，將傳統(tǒng)物理教學中的難點問題，運用數(shù)字教材及信息化教學工具進行呈現(xiàn)，將難點問題具象化、簡單化，促進對物理知識的理解。

數(shù)字教材平臺上的虛擬實驗模塊有電源、開關、滑動變阻器、電壓表、電流表以及阻值不同的定值電阻等“器材”，學生可以自主選擇其中的實驗器材并完成電路的連接操作。教師借助數(shù)字教材平臺和電路模擬仿真軟件組織學生開展仿真實驗探究活動，讓學生運用控制變量法分別控制電阻或電壓，探究電流與電壓的關系或電流與電阻的關系，從中培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)造性思維能力。例如，為了探究“電流與電壓的關系”，學生設計了如圖1所示的仿真實驗，在經(jīng)歷了可視化的實驗設計之后，再進行仿真實驗操作。操作中，學生先測量電阻R1兩端的電壓和通過的電流大小，把實驗數(shù)據(jù)整理到表1中，然后用同樣的方法分別測量電阻R2和R3對應的電壓和電流，分析實驗數(shù)據(jù)，歸納出如下結論：當導體的電阻一定時，通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比。

接下來，教師引導學生參照實施“電流與電壓的關系”仿真實驗的方法，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器控制電阻兩端的電壓不變，設計實驗探究“電流與電阻的關系”，并將實驗數(shù)據(jù)整理到表2中。學生經(jīng)過多次測量和分析實驗數(shù)據(jù)后，歸納出如下結論：當導體兩端的電壓一定時，通過導體的電流跟導體的電阻成反比。

（四）基于實驗探究進行變式訓練，促進學生知識遷移

初中物理教學目標在于夯實學生的物理基礎知識，幫助學生掌握物理原理、物理規(guī)律以及物理現(xiàn)象等。但是，部分物理現(xiàn)象、公式之間是有一定的相似性，需要學生對知識進行聯(lián)動分析，發(fā)展結構化思維能力。數(shù)字教材平臺可以通過組織線上活動，讓學生進行互動分享，利用思維碰撞和頭腦風暴的方式發(fā)展學生的科學思維，促進學生對知識的變式運用。

變式運用知識有助于發(fā)展學生舉一反三的能力。在本課中，教師通過變更實驗條件或結論，對學生進行變式訓練，培養(yǎng)學生的反向推理能力，進一步激發(fā)學生的探究欲望，促進學生進行知識的遷移運用。例如，在學生完成“電流與電壓和電阻的關系”的實驗探究后，教師在平臺上為學生呈現(xiàn)如圖2所示的課堂鞏固練習，促進學生對電流、電壓、電阻三者關系的靈活運用。

變式訓練有助于培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維能力，幫助學生打造多層次和多角度的創(chuàng)新思考空間。教師依托數(shù)字教材平臺進行變式訓練，通過改變其中某一個要素來轉(zhuǎn)換題型的整體背景和條件，進一步提升訓練的多樣性和靈活性，從而提高課堂教學效率。

在初中物理教學中，教師合理發(fā)揮數(shù)字教材在教學情境創(chuàng)設、推動課堂互動和知識體系構建等方面的優(yōu)勢，不僅有利于營造良好的課堂教學氛圍，而且有助于培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新能力?；跀?shù)字教材的教學模式創(chuàng)新于教師而言具有較大的拓展空間。教師可以結合自身的教學風格以及學生的學習情況進行靈活調(diào)整，合理篩選平臺上的數(shù)字化教學資源，提升數(shù)字教材的應用價值。

參考文獻

［1］邢亞學.信息技術在初中物理教學中的應用方法探究［J］.科學咨詢（教育科研），2020（4）：166.

［2］劉延武.數(shù)字化在初中物理實驗中的應用［J］.科教導刊（下旬），2020（9）：158-159.

［3］呂穆.淺談數(shù)字化實驗在初中物理實驗教學中的應用［J］.科學咨詢（教育科研），2019（9）：181.

［4］萬飛.信息化環(huán)境下初中物理智慧課堂教學模式探究［J］.現(xiàn)代教育技術，2018，28（8）：52-57.