基于AR教學資源的初中物理教學設計與應用初探

翟桂網

摘要：自教育信息化2.0時代來臨，穩步推進教育與信息技術的融合，革新教育觀念，重構教學體系，改革教學模式勢在必行.特別是以AR為代表的技術，廣泛用于現代教學中，對未來教育具有深刻影響.基于此，文章簡要探討AR教學資源在初中物理中的作用，結合“電功率”課例，對基于AR教學資源的初中物理教學設計予以分析，提出教學應用措施，以供相關教育者參考.

關鍵詞：AR教學資源；初中物理；電功率

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）11-0086-03

教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》明確建設教育強國，推進教育信息化發展，實現教育教學與信息技術的深度融合.AR技術利用計算機，將顯示畫面與虛擬畫面疊加，能夠實時將虛擬信息、真實場景顯示在屏幕上，具有實時交互、突破時空、豐富認知的教學特性，有效改善傳統教學.因此，初中物理教學中，應當與時俱進，合理運用AR教學資源，優化教學場景，調動學生學習興趣，從而提高教學質量.

1 AR教學資源在初中物理中的作用

AR教學資源是指利用AR技術制作游戲、電子書、課件等，將實驗、知識、圖片立體化，增加課堂趣味性與互動性，培養學生核心素養與動手能力，將AR教學軟件安裝于智能設備中，即可用于初中物理課堂教學[1].

1.1 打造虛擬實驗室

AR教學資源能夠開發虛擬實驗室，實驗情境逼真，學習空間可共享，屬于新型教學模式，有助于學生在安全環境下操作實驗.在虛擬實驗室中，儀器、設備、環境虛擬，學生可隨意搭配組裝，相比真實實驗更為靈活，減少緊張心理，大膽操作[2].

1.2 模擬學習情境

初中物理傳統教學中，存在去情境化，教具選擇單純.AR教學資源可彌補該缺陷，創設教學情境，滿足體驗性學習要求，具有較強容錯性與可操作性，為學生提供良好教學平臺.

1.3 打破教育局限

物理教學使用AR教學資源，不是取代傳統教學，而是保持原有教學優勢，與AR特點相結合，提高教學質量.通過“虛擬+現實”的方式，為教師提供輔助教具，提供具象化情景與模型，增強學生感知，加深學生對知識的理解.

2 基于AR教學資源的初中物理教學設計

2.1 課程分析

根據課程標準要求，“電功率”教學中需結合AR優勢，利用AR將電學材料、儀器形象化、立體化，明確實物圖、電路圖、實驗原理關系，提高學生物理操作水平[3].具體目標如下：（1）信息素養.學生在物理學習中，需要處理諸多物理信息，如科研成果、物理學原理、試驗資料等，需掌握搜集、處理信息方法，正確使用物理資料與工具.（2）科學素養.物理作為重要自然科學，有助于學生理解基礎科學知識，培養科學思維能力，如實驗驗證、提問、推理、觀察等.（3）創新素養.物理探究、實驗要求學生擁有創新能力與創新意識，可提出新穎問題，制定解決方案等.（4）合作素養.初中物理要求學生采取小組合作方式，共同探究問題、互促互進，培養團隊精神，順利完成實驗探究內容.（5）實踐素養.學生需要實驗操作，培養其動手能力與操作能力，學會使用測量工具與實驗器材.

2.2 教學原則

2.2.1 交互性

AR交互環境突破時空束縛，為解決問題式學習、寫作式學習提供便利.教師利用移動設備，實施AR資源輔助教學，在生生、師生互動中，添加人機互動，助力學生理解“電功率”知識.

2.2.2 主體性

“電功率”基于AR教學資源設計，需以教師為主導，學生為中心，體現學生主體性，把握學生、教材、教師變化歸因，明確AR教學資源、教材輔導、教師引導均是外因.學生學習主動性是內因，需借助外因調動學生內驅力.

2.2.3 差異性

“電功率”教學中，考慮學生興趣、能力差異，以往班級授課學生人數較多，無法因材施教.可利用AR教學，對學生間差異進行適配，打造有趣、輕松課堂氛圍.

2.3 教學流程

基于AR教學資源開展“電功率”教學，需發揮AR的輔助性、支架式教學作用，步驟如下：第一，概念框架，結合“電功率”主題，使用AR教學資源構建符合學生認知的概念框架，奠定學習基礎；第二，情境創設，利用AR技術引領學生融入教學情境，調動學生興趣；第三，自主探究，采取小組合作方式，下發“電功率”任務，引導學生自主探究，開展啟發引導，介紹或演示概念；第四，協助學習，由教師分布任務，由各小組根據AR教學資源開展討論，將任務結果展示在課堂上，促進生生交流.第五，評價效果，采取他評與自評結合方式，由教師最終點評，提高教學效果與質量.

3 基于AR教學資源的初中物理教學實踐

3.1 加強概念感知

傳統課堂中，學生不理解“我要學什么”“我為什么學”.基于AR教學資源，開展“電功率”教學時，引領學生查看教材目錄，類比學過的“內能與熱機”“機械功與機械能”，激發學生能量認知概念，體驗舊知識過渡至新知識的成長過程.為此，教師可提問學生：“翻開教材目錄，你們能告訴我這一冊教材學習的主要內容是什么嗎？請畫出關鍵詞.”學生通過觀察，認為關鍵詞是“能”，進而引進新知：“我們學習了內能、機械能，之后我們將學習電能，根據觀察的課時名稱，你能總結出我們將從哪個方面進行能量研究嗎？”“功率！”“同學們說得對，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 創設生活情境

在“電功率”教學中，為了構建學生的能量觀念，開展區域性知識整合，創設生活情境，保證知識具備邏輯性.教師可提問學生：“我這里有PZ220-15和PZ220-100這兩個燈泡，觀察上面的數字，你能獲得哪些信息呢？”學生小組討論：“我認為是100瓦和15瓦的燈泡，220是電路電壓.”繼而提出猜想：“同學們說得很有道理，那么王大爺想要選擇一個更亮的燈泡，你們猜猜將在電路中接入這兩個燈泡，哪個更亮呢？”以此開展實驗，觀察燈泡亮度、電能表鋁盤轉動速度，明確電能表鋁盤速度表明電器電能消耗速度，引導學生定義“機械功率”與“速度”概念.通過類比法，獲得“電功率”概念，總結單位時間內消耗的電能（或做的功）即為電功率.通過創設生活情境，發現物理問題，進而運用物理知識解決生活問題，有效滲透能量轉換思想，加強學生對電功率的理解.

3.3 開展實驗探究

教師根據學生對“電功率”的認知，可開展“測量小燈泡電功率”的實驗，利用AR教學資源，模擬實驗，總結實驗規律，引導學生分組討論、自主探究，發揮學生主觀性.教師引入教學：“我們已經知道了電功率，那么怎樣對其進行測量呢？”設計實驗：

（1）電路怎樣連接才能讓燈泡發光？

（2）為了測量小燈泡電流與電壓，怎樣設計電路圖？

（3）為保證小燈泡兩端額定電壓，需要多大電源電壓？

（4）怎樣對小燈泡兩端電壓實時調整？

（5）怎樣判斷額定電壓下小燈泡是否發光？

學生帶著問題開展試驗，引入AR教學資源NOBOOK實驗室，平臺提供電流表、干電池、滑動變阻器、開關、導線、電阻、燈泡、電壓表等，學生可自主擺放器材，對器件、導線自由連接，調節電源電壓，按照不同量程顯示，讀取電壓表、電流表數據.整體實驗動態生成，操作不當時系統將會及時提醒，便于學生更改.

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，驗證電路通路，根據電路圖，將生成虛擬實驗，擺放器件、導線走向均按照電路圖實施.

第三步：結合電路圖，布置虛擬試驗臺，開關閉合，觀察小燈泡從暗變亮，查看電流走向、電壓讀數，見圖1.

第四步：學生根據實驗步驟，調節滑動變阻器，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”，能夠直接點擊器件觀察電壓數據，進而讀取電流表數據，計算電功率.

3.4 改進教學評價

基于AR教學資源的“電功率”教學，教師應當做好觀察、評估工作，明確其思考能力、探究能力、動手能力、解決問題能力等，結合實驗報告，評價學生掌握“電功率”知識程度.制定AR教學評價表，衡量教學效果，指標見表1.

通過此種方法，實現學生、教師綜合能力的不斷提升，提高教學質量，推動初中物理教學發展.

4 結束語

初中物理是以實驗操作、學生探究為主的學科，卻受限于實際教學的儀器、環境制約，難以實現學生合作探究、個性化學習及科學素養培養.因此，初中物理教學應結合實際情況，合理應用AR教育資源，從加強概念感知、創設生活情境、開展實驗探究、改進教學評價這幾方面出發，實現“AR+教育”的深度融合，打造教學新形態，從“以說代做”轉變為“自主探究”，增強學生的自主探究能力.

參考文獻：

［1］ 陸峰.教學的沉浸式體驗：VR全景技術在初中物理教學中的應用研究[J].數理天地（初中版），2023（24）：60-62.

[2] 劉婷.初中物理教學中大單元教學設計的實踐研究：以北師大版八年級下冊第八單元“壓強和浮力”為例[J].數理天地（初中版），2023（24）：33-35.

[3] 楊紅興.初中物理實驗教學應用VR/3D虛擬實驗的實踐研究：以中央電化教育館中小學虛擬實驗平臺應用為例[J].中國現代教育裝備，2023（20）：28-31.

［責任編輯：李璟］