核心素養(yǎng)視角下融合信息技術(shù)的物理智慧課堂構(gòu)建與實施

作者簡介：李岳峰，天津市武清區(qū)楊村第一中學(xué)高級教師。蘭甜甜，大連教育學(xué)院高級教師。

課題項目：本文系遼寧省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題“初中物理‘大單元教學(xué)’模式構(gòu)建策略研究”的階段性研究成果。課題編號：JG22CB232。

摘要：隨著教育信息化的深入推進和優(yōu)秀教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，如何更好地應(yīng)用信息技術(shù)，擇優(yōu)融合教學(xué)資源，突破教學(xué)重難點，促進師生的共同發(fā)展，成為一線教師應(yīng)思考的問題。教師應(yīng)基于物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，從網(wǎng)絡(luò)資源的利用與整合、名師優(yōu)課的學(xué)習(xí)與反思、仿真實驗的優(yōu)點與局限、物理DIS的高效與準(zhǔn)確、教學(xué)軟件與微課的精準(zhǔn)助學(xué)等方面展開課堂教學(xué)，利用信息技術(shù)提升課堂品質(zhì)，打造智慧課堂，促進師生的共同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；信息技術(shù)；核心素養(yǎng)；智慧課堂

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，社會發(fā)展的方向、教育教學(xué)的環(huán)境、課堂教學(xué)的策略及手段等都發(fā)生了明顯的變化。對一線教師而言，為了順應(yīng)時代的發(fā)展，培養(yǎng)時代新人，需要更新教育理念，不斷提升個人的信息化水平，合理且靈活地應(yīng)用信息技術(shù)，為學(xué)生搭建豐富多彩的學(xué)習(xí)平臺。

一、前置學(xué)習(xí)任務(wù)，利用網(wǎng)絡(luò)做好預(yù)習(xí)

良好的學(xué)習(xí)模式離不開教師課前的精心投入。正所謂“磨刀不誤砍柴工”，課前教師引導(dǎo)學(xué)生對當(dāng)堂課內(nèi)容進行深入認(rèn)識是一節(jié)好課的開端。課前，教師應(yīng)明確兩個問題：一是有多少學(xué)生能真正地參與進課堂教學(xué)過程中？二是學(xué)生是否有疑問？他們產(chǎn)生疑問的原因究竟是什么？筆者曾經(jīng)對學(xué)生進行過問卷調(diào)查和隨機訪問，數(shù)據(jù)顯示，部分學(xué)生沒有課前預(yù)習(xí)的習(xí)慣，還有部分學(xué)生認(rèn)為，預(yù)習(xí)的作用微乎其微，大可不必參與。而從學(xué)習(xí)評價上來看，經(jīng)常預(yù)習(xí)的學(xué)生能對知識有更深層次的理解，對個人素養(yǎng)的提升更為高效。

為了更好地推動學(xué)生投入到預(yù)習(xí)階段，教師可將預(yù)習(xí)作業(yè)可視化、任務(wù)化，把學(xué)生分為多個小組，通過一個具有“臺階效應(yīng)”的問題，鼓勵學(xué)生以小組為單位，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介開展探索。教師要充分調(diào)動學(xué)生課前的積極性，使他們以豐富多樣的形式展示預(yù)習(xí)成果：可以是一個講解報告，可以是一個微視頻，可以是一個動畫，也可以是一個短劇等。

例如，在教學(xué)“萬有引力定律”一課之前，教師讓學(xué)生自行上網(wǎng)搜集物理學(xué)家們對天體環(huán)繞太陽運動的不同觀點，將人物特點、觀點想法以3分鐘短劇的形式呈現(xiàn)出來。課上，學(xué)生準(zhǔn)備了相關(guān)人物的頭像和道具，通過詼諧幽默的語言將物理學(xué)家們的觀點一一呈現(xiàn)出來，博得掌聲四起，這種形式使課堂氛圍輕松，學(xué)生興趣高漲。這樣的課前任務(wù)既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又能使他們對本節(jié)課知識有初步了解。

二、巧用優(yōu)質(zhì)資源，達成課堂教學(xué)目標(biāo)

（一）借助優(yōu)質(zhì)資源，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

在教學(xué)中采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，充分利用互聯(lián)網(wǎng)上豐富的資源，是教學(xué)中不可缺少的手段和方法。課堂教學(xué)不應(yīng)只停留在書本上，教師可以下載與教學(xué)相關(guān)的圖片、文字或是視頻資料來輔助教學(xué)，圖文并茂地給學(xué)生以直觀的、清晰的、震撼的視覺效果，在幫助學(xué)生理解書本內(nèi)容的同時豐富學(xué)識、開闊眼界。我們熟悉的天宮課堂，就是由中國航天員擔(dān)任“太空教師”，以青少年為主要教學(xué)對象，采取天地協(xié)同互動方式開展的。在天宮課堂上，“太空教師”通過選取與知識相關(guān)的精彩授課內(nèi)容，可以讓學(xué)生感受很多平時生活中難見的實驗現(xiàn)象，這樣更有利于學(xué)生對知識內(nèi)容的理解，同時感受我國航天科技的快速發(fā)展。

例如，在教學(xué)“宇宙航行”一課時，這節(jié)課的內(nèi)容與天宮課堂中的一系列“神奇實驗現(xiàn)象”密切相關(guān)，教師要在妙趣橫生的實驗中激發(fā)學(xué)生的探究欲望，在千變?nèi)f化的實驗現(xiàn)象中促進學(xué)生物理觀念的形成。整理現(xiàn)象與對應(yīng)的知識，可以得到很多關(guān)聯(lián)：與牛頓第一定律相關(guān)的——“冰墩墩”的勻速直線運動；液體的表面張力——水透鏡實驗、“液橋”實驗；分子總在做無規(guī)則熱運動——水球中的泡騰片；萬有引力定律——宇航員的懸浮等。

央視的科學(xué)求證類節(jié)目《加油向未來》也同樣是優(yōu)秀素材的典范，節(jié)目中主持人風(fēng)趣的主持風(fēng)格，有趣的科學(xué)實驗現(xiàn)象，精準(zhǔn)的知識講解和激烈的搶答環(huán)節(jié)讓人很容易融入其中。節(jié)目中包含了大量與物理知識相關(guān)的內(nèi)容，為物理教學(xué)提供了大量優(yōu)質(zhì)資源，如導(dǎo)體的電阻——超導(dǎo)現(xiàn)象，共振現(xiàn)象——聲波震碎玻璃杯，全反射現(xiàn)象——“水上漂”實驗，動量定理——汽車的安全氣囊和安全帶的關(guān)系，共點力平衡——平衡大師韓遂寧表演，激光的平行度好——照射氣球，靜電屏蔽——特斯拉線圈，平拋運動——發(fā)球機與下落的箭，摩擦力——吊起汽車，大型真空管中的落體運動——自由落體運動等。這些豐富多彩的視頻資源可以為課堂增光添彩，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓課堂真正活起來。

值得注意的是，視頻資源最好避免直接從某些不正規(guī)網(wǎng)站上下載，因為現(xiàn)在很多視頻資源受短視頻影響，背景音樂聲音很大，視頻的右上方LOGO很大且很明顯，視頻講解聲音小，播放速度極快，這些都不利于學(xué)生觀看與分析。這樣的視頻學(xué)生最后只是看個熱鬧，沒有體現(xiàn)出其內(nèi)容的真正的價值。所以，教師需要從正規(guī)視頻網(wǎng)站下載原視頻，如央視網(wǎng)，其視頻清晰標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生通過搜索題目，可以輕松找到對應(yīng)的學(xué)習(xí)資源；教師還需要對下載的視頻資源重新進行剪輯與整理，將有價值的視頻片段清晰地呈現(xiàn)出來，以起到事半功倍的教學(xué)效果。

（二）學(xué)習(xí)教學(xué)技巧，突破教學(xué)難點

為了更好地提升教學(xué)水平，突破教學(xué)中的重難點問題，教師可以在基礎(chǔ)教育網(wǎng)絡(luò)教研平臺上通過章節(jié)題目搜索到優(yōu)秀的教學(xué)實錄、教學(xué)設(shè)計、課件等備課素材，也可以學(xué)習(xí)特色學(xué)科課程建設(shè)的模式與方法，結(jié)合學(xué)情特點，按需下載。然后，再加工整理，突破教學(xué)中的重難點問題，在學(xué)習(xí)中成長，在反思中提升。

例如，在教學(xué)“電容器的電容”這節(jié)課時，電容器存儲電荷和兩端電勢差的關(guān)系很難直觀呈現(xiàn)在學(xué)生面前，尤其是電荷量的定量分析，沒有實驗儀器可以直接得到。在觀看天津市基礎(chǔ)教育網(wǎng)絡(luò)教研平臺中2022年秋季精品課程時，一位教師的巧妙標(biāo)記呈現(xiàn)讓筆者眼前一亮：面對紛繁復(fù)雜的電路板，學(xué)生往往一頭霧水，無從下手，很難將實物圖轉(zhuǎn)化為電路圖，但這位教師在制作實驗演示視頻時，融入閃爍的箭頭作為電流方向的提醒，再配合清晰的講解，很容易讓學(xué)生厘清脈絡(luò)、梳理關(guān)系，理解電容器存儲電荷量與電容之間的定量變化關(guān)系，輕松突破本節(jié)課教學(xué)的難點。這使筆者認(rèn)識到，依托互聯(lián)網(wǎng)豐富的教學(xué)資源，選取自身所需的教學(xué)素材，經(jīng)過再設(shè)計、再制作、再加工，整合出合適的教育教學(xué)內(nèi)容來，能夠做到資源利用效率最大化，讓信息技術(shù)真正意義上為教學(xué)服務(wù)。

（三）利用社會熱點，創(chuàng)設(shè)問題情境

物理學(xué)是研究物質(zhì)及其運動規(guī)律的科學(xué)。物理學(xué)通過實驗和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫹治?，不斷地揭示出自然界的客觀規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，其背后體現(xiàn)出的科學(xué)精神影響著人們生活的方方面面，物理的發(fā)展推動了科技的進步和時代的發(fā)展?？梢姡锢砭驮趯W(xué)生身邊，處處能見到、用到。那么，物理課堂教學(xué)就應(yīng)該將知識情境化，讓它們在學(xué)生面前現(xiàn)出“原形”，而不是只停留在教師的描述中，或者呆板的文字上。化抽象為具體，化靜態(tài)為動態(tài)，這樣更有利于學(xué)生物理觀念的形成。

例如，在教學(xué)“機械能守恒”一課時，教師可以先播放2022年冬奧會中蘇翊鳴單板大跳臺的比賽畫面，讓學(xué)生感受冬季體育項目帶來的視覺沖擊，隨后，選取蘇翊鳴的運動過程進行提問：（1）若已知蘇翊鳴在滑軌最低點的速度，你能求出他對軌道的壓力嗎？（2）若已知蘇翊鳴所能達到的最大高度，你能求出他在空中的表演時間嗎？（3）蘇翊鳴在空中運動時他的動能和重力勢能之間是如何變化的？（4）蘇翊鳴在空中運動時他的機械能守恒嗎？

以上四個問題以蘇翊鳴的比賽過程為主線展開，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地對運動過程進行分析，應(yīng)用牛頓第二定律、運動的合成與分解、功能定理、重力勢能等相關(guān)知識進行求解和驗證。由現(xiàn)實生活到理想情境，在理想條件下分析得到機械能守恒定律的條件，順應(yīng)了學(xué)生的思維發(fā)展，更有利于學(xué)生理解概念和得出規(guī)律。

教師巧用學(xué)生所熟悉的社會熱點作為引入，以情境為主線將問題具體化、形象化，讓學(xué)生在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上進行理性思考，既培養(yǎng)了學(xué)生的建模意識，又有利于物理觀念的形成。

三、巧用各類軟件，提高課堂教學(xué)質(zhì)量

（一）應(yīng)用仿真實驗，打破條件束縛

隨著教育信息化的發(fā)展，有關(guān)實驗教學(xué)的軟件層出不窮，仿真實驗的出現(xiàn)彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足。它突破了空間、時間、微觀、外界條件的限制，實驗現(xiàn)象可以化小為大、化遠為近，操控中可靜可動、可慢可快，時間的任意暫停與無限反復(fù)等功能更有利于學(xué)生對實驗過程的把握和對實驗現(xiàn)象的分析，有效地促進了實驗教學(xué)的可視化。

常用的Nobook物理仿真實驗，包含了教材中所有必做實驗和衍生實驗，點開探究的實驗部分，在清晰的文字提示下，按部就班開始實驗，過程操作簡單，學(xué)生容易上手，可以滿足各類教學(xué)需求。在遇到困難時，學(xué)生還可以觀看實驗操作指導(dǎo)，梳理實驗流程與數(shù)據(jù)分析。其中，還有很多與知識相對應(yīng)的衍生實驗，可以大大滿足物理教學(xué)中的多方面需求，提升學(xué)生自主探究的樂趣。

物理實驗中有些誤差是很難避免的，這會對實驗結(jié)果帶來錯誤的引導(dǎo)，不利于學(xué)生對現(xiàn)象的分析和對規(guī)律的探究。這時，以實驗為基礎(chǔ)的理想化外推就變得十分重要，就像伽利略斜面實驗，它的卓越之處并不是實驗本身，而是實驗中所使用的獨特方法，是在實驗的基礎(chǔ)上進行理想化推理，故此也稱作“理想化實驗”。

例如，在教學(xué)“氣體的等溫變化”一課時，學(xué)生需要觀察一定質(zhì)量氣體的體積、壓強和溫度，了解三方之間的定量關(guān)系，明晰需要解決的問題：如果保持溫度不變，改變體積，氣體壓強如何變化呢？又變化多少呢？采用傳統(tǒng)實驗儀器進行演示時，很難保持氣體容器的密封性和穩(wěn)定性，總是出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象，導(dǎo)致實驗結(jié)果不準(zhǔn)確，給實驗探究帶來很大的麻煩。為了打造一個理想化的探究環(huán)境，教師可以引導(dǎo)學(xué)生采用仿真技術(shù)進行實驗探究。教師可讓學(xué)生以小組為單位，用一臺計算機或是IPAD，應(yīng)用Nobook物理仿真實驗軟件，按照實驗流程依次開展實驗探究，實驗結(jié)束后，學(xué)生通過點擊“圖像”，對數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的關(guān)系進行分析。這樣，既有清晰的實驗現(xiàn)象產(chǎn)生，又有準(zhǔn)確的定量數(shù)據(jù)做分析。學(xué)生在探究中體會實驗帶來的奇妙物理規(guī)律，在合作交流中明確分工，感受學(xué)習(xí)帶來的快樂。

仿真實驗不能完全替代傳統(tǒng)的實驗，必要的文字講解與分組的實驗探究都是促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)。用仿真與真實實驗相結(jié)合的方式進行探究學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生經(jīng)歷頭腦風(fēng)暴的過程，在仿真實驗中試錯，在真實實驗中探究，提升學(xué)生的實驗設(shè)計和反思能力。教無定法，得當(dāng)最好。教師要結(jié)合各個實驗的特點，選用最適合的方式將實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，讓仿真實驗助力實驗教學(xué)。

（二）借助DIS系統(tǒng)，改善實驗探究

實驗探究是物理教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。學(xué)生通過目標(biāo)化的實驗?zāi)康?、知識化的實驗原理、具體化的實驗流程、數(shù)據(jù)化的實驗數(shù)據(jù)去發(fā)掘?qū)嶒灛F(xiàn)象背后的規(guī)律特點，經(jīng)歷猜想、設(shè)計、操作、分析、總結(jié)的科學(xué)探究過程，能夠培養(yǎng)證據(jù)意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄繎B(tài)度，促進物理觀念的形成。

傳統(tǒng)物理實驗受設(shè)備、方案及人為因素的影響，在實驗預(yù)設(shè)階段需要做好周全的準(zhǔn)備，盡可能地避免由于實驗條件和人為操作所帶來的實驗誤差，尤其是在實驗數(shù)據(jù)的獲取和分析上。DIS（Digital Information System）數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗，可以較好地解決這個問題。智能化信息的提取、多方位傳感器的布設(shè)、簡單的實驗操作、直觀的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和信息化的數(shù)據(jù)分析，有效改善了學(xué)生的實驗體驗，提升了數(shù)據(jù)的精度，更有利于實驗規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。

例如，在教學(xué)“楞次定律”時，對于理論分析感應(yīng)電流磁場與原磁場及磁通量的變化之間的關(guān)系，教師往往局限于用力的效果來進行解釋，始終停留在理論分析的層面。應(yīng)用DIS實驗系統(tǒng)可以很好地解決這個問題：學(xué)生通過自制實驗教具，將兩個螺線管用導(dǎo)線連接起來，在兩個螺線管的下方插入兩個磁場傳感器做數(shù)據(jù)信息的采集；在一側(cè)螺線管中做插拔磁鐵實驗，它下方的磁場采集器可以收集到螺線管內(nèi)部磁場的變化來表示磁通量的變化；兩個螺線管中產(chǎn)生方向相同的感應(yīng)電流，只需觀察另一個螺線管中磁場的變化就可以分析出感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與強弱變化；通過兩個磁場的對比，很容易直觀得出感應(yīng)電流磁場與原磁場、磁通量變化之間的關(guān)系，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識?？梢?，DIS系統(tǒng)有利于學(xué)生對復(fù)雜規(guī)律的探究和證據(jù)意識的培養(yǎng)。

（三）應(yīng)用教學(xué)軟件，精準(zhǔn)實施教學(xué)

近些年來，適用于課堂教學(xué)的各種軟件層出不窮，有效地增強了課堂教學(xué)的互動性、便利性和精準(zhǔn)性。希沃軟件就是一款比較快捷、方便的教學(xué)軟件，它包含了各類學(xué)科工具、有趣的課堂競技和豐富的教學(xué)資源。在希沃軟件的課件庫中有大量優(yōu)秀的課件，如果教師覺得哪個課件比較好，或是其中的哪個環(huán)節(jié)更適合某節(jié)課的教學(xué)，就可以直接點擊下載按鍵，存儲到云課件中隨時使用，這大大方便了教師的備課。

希沃軟件中的統(tǒng)計功能更為實用，教師在備課時可以通過希沃習(xí)題庫完成對隨堂練習(xí)的組卷，生成二維碼后讓學(xué)生課下掃碼完成作業(yè)。學(xué)生答題提交后在后臺直接生成統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這樣不僅可以給學(xué)生提供答題時間和得分率數(shù)據(jù)，還可以統(tǒng)計每個題目的每個選項究竟是哪些學(xué)生出錯。教師可以針對典型錯誤及時地進行講解和輔導(dǎo)，還可以針對單個學(xué)生的具體情況單獨輔導(dǎo)，實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，提高教學(xué)效率。除此之外，希沃軟件還有很多優(yōu)質(zhì)的功能，如知識膠囊、課堂互動等，這些功能也可以給課堂教學(xué)帶來便利。

總之，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下的信息技術(shù)正在快速發(fā)展，物理教學(xué)應(yīng)該與時俱進，符合時代的發(fā)展要求。教師要巧用信息技術(shù)提升課堂品質(zhì)，實施智慧教學(xué)，促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻：

［1］ 王紅旗.如何將信息技術(shù)與高中物理課堂教學(xué)有效融合［J］.中小學(xué)電教，2021（9）.

［2］焦世忠.信息技術(shù)與物理課堂教學(xué)的融合與應(yīng)用［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2017（11）.

（責(zé)任編輯：楊強）