基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用初探
——以“電功率”一課為例

翟桂網(wǎng)

(江蘇省泰州市姜堰區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué),江蘇 泰州 225500)

教育部頒布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》明確建設(shè)教育強(qiáng)國,推進(jìn)教育信息化發(fā)展,實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合.AR技術(shù)利用計(jì)算機(jī),將顯示畫面與虛擬畫面疊加,能夠?qū)崟r(shí)將虛擬信息、真實(shí)場(chǎng)景顯示在屏幕上,具有實(shí)時(shí)交互、突破時(shí)空、豐富認(rèn)知的教學(xué)特性,有效改善傳統(tǒng)教學(xué).因此,初中物理教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn),合理運(yùn)用AR教學(xué)資源,優(yōu)化教學(xué)場(chǎng)景,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,從而提高教學(xué)質(zhì)量.

1 AR教學(xué)資源在初中物理中的作用

AR教學(xué)資源是指利用AR技術(shù)制作游戲、電子書、課件等,將實(shí)驗(yàn)、知識(shí)、圖片立體化,增加課堂趣味性與互動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)與動(dòng)手能力,將AR教學(xué)軟件安裝于智能設(shè)備中,即可用于初中物理課堂教學(xué)[1].

1.1 打造虛擬實(shí)驗(yàn)室

AR教學(xué)資源能夠開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)情境逼真,學(xué)習(xí)空間可共享,屬于新型教學(xué)模式,有助于學(xué)生在安全環(huán)境下操作實(shí)驗(yàn).在虛擬實(shí)驗(yàn)室中,儀器、設(shè)備、環(huán)境虛擬,學(xué)生可隨意搭配組裝,相比真實(shí)實(shí)驗(yàn)更為靈活,減少緊張心理,大膽操作[2].

1.2 模擬學(xué)習(xí)情境

初中物理傳統(tǒng)教學(xué)中,存在去情境化,教具選擇單純.AR教學(xué)資源可彌補(bǔ)該缺陷,創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境,滿足體驗(yàn)性學(xué)習(xí)要求,具有較強(qiáng)容錯(cuò)性與可操作性,為學(xué)生提供良好教學(xué)平臺(tái).

1.3 打破教育局限

物理教學(xué)使用AR教學(xué)資源,不是取代傳統(tǒng)教學(xué),而是保持原有教學(xué)優(yōu)勢(shì),與AR特點(diǎn)相結(jié)合,提高教學(xué)質(zhì)量.通過“虛擬+現(xiàn)實(shí)”的方式,為教師提供輔助教具,提供具象化情景與模型,增強(qiáng)學(xué)生感知,加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解.

2 基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 課程分析

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求,“電功率”教學(xué)中需結(jié)合AR優(yōu)勢(shì),利用AR將電學(xué)材料、儀器形象化、立體化,明確實(shí)物圖、電路圖、實(shí)驗(yàn)原理關(guān)系,提高學(xué)生物理操作水平[3].具體目標(biāo)如下：(1)信息素養(yǎng).學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中,需要處理諸多物理信息,如科研成果、物理學(xué)原理、試驗(yàn)資料等,需掌握搜集、處理信息方法,正確使用物理資料與工具.(2)科學(xué)素養(yǎng).物理作為重要自然科學(xué),有助于學(xué)生理解基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí),培養(yǎng)科學(xué)思維能力,如實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、提問、推理、觀察等.(3)創(chuàng)新素養(yǎng).物理探究、實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生擁有創(chuàng)新能力與創(chuàng)新意識(shí),可提出新穎問題,制定解決方案等.(4)合作素養(yǎng).初中物理要求學(xué)生采取小組合作方式,共同探究問題、互促互進(jìn),培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神,順利完成實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容.(5)實(shí)踐素養(yǎng).學(xué)生需要實(shí)驗(yàn)操作,培養(yǎng)其動(dòng)手能力與操作能力,學(xué)會(huì)使用測(cè)量工具與實(shí)驗(yàn)器材.

2.2 教學(xué)原則

2.2.1交互性

AR交互環(huán)境突破時(shí)空束縛,為解決問題式學(xué)習(xí)、寫作式學(xué)習(xí)提供便利.教師利用移動(dòng)設(shè)備,實(shí)施AR資源輔助教學(xué),在生生、師生互動(dòng)中,添加人機(jī)互動(dòng),助力學(xué)生理解“電功率”知識(shí).

2.2.2主體性

“電功率”基于AR教學(xué)資源設(shè)計(jì),需以教師為主導(dǎo),學(xué)生為中心,體現(xiàn)學(xué)生主體性,把握學(xué)生、教材、教師變化歸因,明確AR教學(xué)資源、教材輔導(dǎo)、教師引導(dǎo)均是外因.學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性是內(nèi)因,需借助外因調(diào)動(dòng)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力.

2.2.3差異性

“電功率”教學(xué)中,考慮學(xué)生興趣、能力差異,以往班級(jí)授課學(xué)生人數(shù)較多,無法因材施教.可利用AR教學(xué),對(duì)學(xué)生間差異進(jìn)行適配,打造有趣、輕松課堂氛圍.

2.3 教學(xué)流程

基于AR教學(xué)資源開展“電功率”教學(xué),需發(fā)揮AR的輔助性、支架式教學(xué)作用,步驟如下：第一,概念框架,結(jié)合“電功率”主題,使用AR教學(xué)資源構(gòu)建符合學(xué)生認(rèn)知的概念框架,奠定學(xué)習(xí)基礎(chǔ);第二,情境創(chuàng)設(shè),利用AR技術(shù)引領(lǐng)學(xué)生融入教學(xué)情境,調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣;第三,自主探究,采取小組合作方式,下發(fā)“電功率”任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生自主探究,開展啟發(fā)引導(dǎo),介紹或演示概念;第四,協(xié)助學(xué)習(xí),由教師分布任務(wù),由各小組根據(jù)AR教學(xué)資源開展討論,將任務(wù)結(jié)果展示在課堂上,促進(jìn)生生交流.第五,評(píng)價(jià)效果,采取他評(píng)與自評(píng)結(jié)合方式,由教師最終點(diǎn)評(píng),提高教學(xué)效果與質(zhì)量.

3 基于AR教學(xué)資源的初中物理教學(xué)實(shí)踐

3.1 加強(qiáng)概念感知

傳統(tǒng)課堂中,學(xué)生不理解“我要學(xué)什么”“我為什么學(xué)”.基于AR教學(xué)資源,開展“電功率”教學(xué)時(shí),引領(lǐng)學(xué)生查看教材目錄,類比學(xué)過的“內(nèi)能與熱機(jī)”“機(jī)械功與機(jī)械能”,激發(fā)學(xué)生能量認(rèn)知概念,體驗(yàn)舊知識(shí)過渡至新知識(shí)的成長(zhǎng)過程.為此,教師可提問學(xué)生：“翻開教材目錄,你們能告訴我這一冊(cè)教材學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是什么嗎?請(qǐng)畫出關(guān)鍵詞.”學(xué)生通過觀察,認(rèn)為關(guān)鍵詞是“能”,進(jìn)而引進(jìn)新知：“我們學(xué)習(xí)了內(nèi)能、機(jī)械能,之后我們將學(xué)習(xí)電能,根據(jù)觀察的課時(shí)名稱,你能總結(jié)出我們將從哪個(gè)方面進(jìn)行能量研究嗎?”“功率!”“同學(xué)們說得對(duì),做多少功將消耗多少能量,功率可代表能量做功的快慢,即能量消耗快慢”,出示板書.

3.2 創(chuàng)設(shè)生活情境

在“電功率”教學(xué)中,為了構(gòu)建學(xué)生的能量觀念,開展區(qū)域性知識(shí)整合,創(chuàng)設(shè)生活情境,保證知識(shí)具備邏輯性.教師可提問學(xué)生：“我這里有PZ220-15和PZ220-100這兩個(gè)燈泡,觀察上面的數(shù)字,你能獲得哪些信息呢?”學(xué)生小組討論：“我認(rèn)為是100瓦和15瓦的燈泡,220是電路電壓.”繼而提出猜想：“同學(xué)們說得很有道理,那么王大爺想要選擇一個(gè)更亮的燈泡,你們猜猜將在電路中接入這兩個(gè)燈泡,哪個(gè)更亮呢?”以此開展實(shí)驗(yàn),觀察燈泡亮度、電能表鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度,明確電能表鋁盤速度表明電器電能消耗速度,引導(dǎo)學(xué)生定義“機(jī)械功率”與“速度”概念.通過類比法,獲得“電功率”概念,總結(jié)單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能(或做的功)即為電功率.通過創(chuàng)設(shè)生活情境,發(fā)現(xiàn)物理問題,進(jìn)而運(yùn)用物理知識(shí)解決生活問題,有效滲透能量轉(zhuǎn)換思想,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電功率的理解.

3.3 開展實(shí)驗(yàn)探究

教師根據(jù)學(xué)生對(duì)“電功率”的認(rèn)知,可開展“測(cè)量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn),利用AR教學(xué)資源,模擬實(shí)驗(yàn),總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生分組討論、自主探究,發(fā)揮學(xué)生主觀性.教師引入教學(xué)：“我們已經(jīng)知道了電功率,那么怎樣對(duì)其進(jìn)行測(cè)量呢?”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

(1)電路怎樣連接才能讓燈泡發(fā)光?

(2)為了測(cè)量小燈泡電流與電壓,怎樣設(shè)計(jì)電路圖?

(3)為保證小燈泡兩端額定電壓,需要多大電源電壓?

(4)怎樣對(duì)小燈泡兩端電壓實(shí)時(shí)調(diào)整?

(5)怎樣判斷額定電壓下小燈泡是否發(fā)光?

學(xué)生帶著問題開展試驗(yàn),引入AR教學(xué)資源NOBOOK實(shí)驗(yàn)室,平臺(tái)提供電流表、干電池、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、電阻、燈泡、電壓表等,學(xué)生可自主擺放器材,對(duì)器件、導(dǎo)線自由連接,調(diào)節(jié)電源電壓,按照不同量程顯示,讀取電壓表、電流表數(shù)據(jù).整體實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)生成,操作不當(dāng)時(shí)系統(tǒng)將會(huì)及時(shí)提醒,便于學(xué)生更改.

第一步：繪制電路圖,利用仿真電路圖模板,選擇所需器件添加其中.

第二步：繪制中改變器件方向、閉合開關(guān),驗(yàn)證電路通路,根據(jù)電路圖,將生成虛擬實(shí)驗(yàn),擺放器件、導(dǎo)線走向均按照電路圖實(shí)施.

第三步：結(jié)合電路圖,布置虛擬試驗(yàn)臺(tái),開關(guān)閉合,觀察小燈泡從暗變亮,查看電流走向、電壓讀數(shù),見圖1.

圖1 AR虛擬實(shí)驗(yàn)室

第四步：學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,改變小燈泡兩端電壓,分別是“小于額定電壓”“額定電壓”“1.2倍額定電壓”,能夠直接點(diǎn)擊器件觀察電壓數(shù)據(jù),進(jìn)而讀取電流表數(shù)據(jù),計(jì)算電功率.

3.4 改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)

基于AR教學(xué)資源的“電功率”教學(xué),教師應(yīng)當(dāng)做好觀察、評(píng)估工作,明確其思考能力、探究能力、動(dòng)手能力、解決問題能力等,結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告,評(píng)價(jià)學(xué)生掌握“電功率”知識(shí)程度.制定AR教學(xué)評(píng)價(jià)表,衡量教學(xué)效果,指標(biāo)見表1.

表1 AR教學(xué)評(píng)價(jià)表(部分)

通過此種方法,實(shí)現(xiàn)學(xué)生、教師綜合能力的不斷提升,提高教學(xué)質(zhì)量,推動(dòng)初中物理教學(xué)發(fā)展.

4 結(jié)束語

初中物理是以實(shí)驗(yàn)操作、學(xué)生探究為主的學(xué)科,卻受限于實(shí)際教學(xué)的儀器、環(huán)境制約,難以實(shí)現(xiàn)學(xué)生合作探究、個(gè)性化學(xué)習(xí)及科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng).因此,初中物理教學(xué)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,合理應(yīng)用AR教育資源,從加強(qiáng)概念感知、創(chuàng)設(shè)生活情境、開展實(shí)驗(yàn)探究、改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)這幾方面出發(fā),實(shí)現(xiàn)“AR+教育”的深度融合,打造教學(xué)新形態(tài),從“以說代做”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白灾魈骄俊?增強(qiáng)學(xué)生的自主探究能力.