開展數字化教學 提升物理學科核心素養

摘" 要" 數字化教學突破傳統教育模式的時空限制，具備高效教學、精準教學、充分利用教學資源等特征。以“平拋運動”一課的翻轉課堂教學為例，嘗試在課前自習、課堂導入、物理演示實驗、合作實驗等環節運用數字化教學資源，融入HPS教育，使課堂教學更有效，從而提升學生的物理學科核心素養。

關鍵詞" 數字化教學；微視頻；物理實驗；HPS；平拋運動

中圖分類號：G633.7" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-00-03

0" 引言

教育改革的核心理念是以人為本，關注學生在學習中的親身體驗。HPS（History of Science and

Philosophy of Science）是科學史和科學哲學的英文縮寫。筆者認為，在學生學習過程中要注重全面融入科學史、邏輯關系和合作學習。過去的物理教學，無論是小組合作學習、先學后教，還是綜合實踐學習等方法，都未能從根本上解決學生學習被動、學習方式機械、學習內容松散、學習目標達成不盡如人意等問題。然而，數字化教學資源的出現徹底改變了這一局面，顛覆人們對教學的傳統認知。數字化教學資源是指通過數字化技術處理教學相關素材，以文本、圖片、音視頻、動態生成等形式存儲在數字化平臺上，為教育教學服務的資源。教學效果如何應由學生自己評判，由學習的最終結果評價。

平拋運動是最典型的曲線運動，是拋體運動中的重點內容，也是運動合成、運動分解的具體應用，對以后學習勻強電場中的類平拋等曲線運動有著決定性影響。本次教學利用數字化資源進行實驗探究，引導學生結合運動合成與分解的理論，初步了解平拋運動的特征。通過合作學習，學生可以認識理解平拋運動的規律和特點。在本節課之前，學生已經通過多種方式學習運動合成與分解的基礎知識，建立扎實的知識基礎。如果教師不注重細節，可能會讓該課變成一堂關于運動合成與分解的傳統習題課。

1" 基于數字化教學的教學實踐研究：提升學生物理學科核心素養

1.1" 課前自主學習，微視頻有奇效

達成目標是學生完成了任務單之后理應抵達的終點， 應當具備指引和評價功能。目標忌含糊不清、指向不明， 應該能讓學生看得明明白白[1]1。在仔細研究“平拋運動”課程的內容后，筆者制定了本節課的課前自主達成目標。

利用五分鐘微視頻，根據對人教版高中教材物理必修第二冊第14～15頁內容的學習，完成任務單的學習任務。

1）復習小船過河問題中兩分運動是完全獨立、互不干擾的；

2）知道平拋運動的定義，尋找兩個身邊平拋運動的實例；

3）分析所舉例子橫向和豎向兩個方向的分運動，理解“橫向勻速、豎向自由落體”。

這三個目標罕譬而喻、易于理解，因此，學生對自主學習應達到的要求一目了然。其中“分析所舉例子水平和豎向兩個方向的分運動，理解‘水平勻速、豎向自由落體’”這一目標，是經過反復推敲的，目的是鼓勵學生遇到具有挑戰性的學習任務要積極探索，更重要的是需要明白它們之間的邏輯關系。

需要指出的是，微視頻和廣播電視大學的教學視頻在模式上有著本質的不同。教師要立足整體設計和最佳教學進行錄制，思路清晰、重點明確、生動直觀，能為學生的自主學習提供問題導向的指引，具有令人難忘的畫面效果。對于較難的學習任務，教師必須用心錄制講課視頻支持學生學習任務的完成。錄制微視頻時，教師同樣需要付出大量的精

力[1]2，一般剪輯處理一段五分鐘的視頻需要花費超過40分鐘的時間。雖然學生學習的時間遠遠少于制作視頻的時間，但其收獲的學習成果卻相當于甚至超過一節課所能獲得的學習成果；學生在觀看五分鐘微視頻時，可根據個人基礎的差異進行個性化學習，如慢放、暫停、重放等，而教師則不再受到時間和空間的限制，可以隨時隨地成為每個學生個體學習的引導者。展現“教師引領新境界”，并逐漸將HPS融入物理教學。

1.2" 新課導入，微視頻見功夫

高中物理教學常采用不同方式引入新課，例如，將物理史知識、趣味實驗與微視頻相結合的方式等。物理史知識導入是一種融入HPS教育的明顯方式，通過一兩分鐘的紀錄片展示著名科學家或物理學發展史，解釋一些常見的物理現象，并加入一些有趣的故事，引起學生的學習探究興趣。趣味實驗導入是指教師利用物理實驗進行新課導入。在實際課堂中，由于距離和時間等原因，實驗導入效果不太明顯，但通過微視頻投影則可以解決這個問題。這些方法輪流使用可以消除單一導入方法帶來的導入形式枯燥乏味、缺乏變化和耗時低效等缺點。

在批改學生的課前自主學習單之后，有必要有針對性地講解錯誤率較高的問題所對應的知識。可以用拍照或錄制視頻的方式顯示錯誤率較高的問題，使用簡單的畫面語言對相關知識進行講解，這樣可以節省教師的時間，減輕學生的負擔，提高課堂效率，從而促進師生的共同成長[2]。

如果學生的課前自主學習單不是太差，教師只需選擇個別學習單進行投影講解。學生在徹底消化課前自主學習單中的相關知識之后，即刻展開自學檢測，耗時約兩分鐘。自學檢測被視為教師了解學生課前學習情況的關鍵手段之一，它是自學效果的直接反饋，在教學中具有顯著的作用，對于教學效果的評估至關重要[3]。

理論上，五分鐘可以完全消化吸收自學內容的知識。之后，筆者引入兩個趣味性較強的視頻材料，讓學生深入學習平拋運動。

1）柯受良飛躍黃河壺口瀑布；

2）某動物園，一只猴子出逃，掛在樹上的猴子察覺到被人用麻醉槍水平瞄準了，麻醉子彈飛出槍口瞬間，猴子從樹枝上自由落下，伺機逃走……你認為這個小東西能跑掉嗎？

學生對此展開熱烈的討論。緊接著，筆者話鋒一轉，“耳聞之不如目見之，目見之不如足踐之，足踐之不如手辨之”，帶學生進入實驗環節，進一步激發學生的學習熱情，促使他們繼續分析平拋運動的規律。

1.3" 自主探究實驗，微視頻大顯身手

通過書本得到的知識要轉化為能力需要經歷實踐的過程。教師應該為學生架設書本知識和社會實踐之間的橋梁，強調實踐的重要性。因此，需要對學生的自主探究實驗進行探索。在實驗課上應用微視頻可以有效地解決傳統物理實驗課中存在的觀察不足、時間不夠等問題。在應試教育主導下，實驗課的時間是有限的。傳統教學模式下，學生常常無法觀察或沒有足夠的時間進行實驗。但是如果了解高考物理的組成，就知道實驗教學越來越重要。以江蘇高考物理卷為例，經簡單統計后，筆者發現近五年高考物理實驗題中，學生參與或直接觀察的切身體會題占比越來越高，意味著演示實驗的重要性越來越突出，這說明實驗教學必不可少。現實問題是，除非小班化教學，否則坐在后面的學生很難看清楚講臺上教師的演示實驗。

當教師演示實驗過程可以以微視頻的形式呈現時，問題就迎刃而解了，關鍵步驟和關鍵點可以通過視頻慢放功能體現，重要的注意點可以反復播放，實驗的目的和過程可以一目了然地呈現在學生面前，學生可以重復觀看、反復學習。

為了驗證平拋運動橫向與豎向的規律，筆者設計了如圖1所示的實驗，學生都有生活體驗，至少在影視劇中曾看到類似的場景。所有合作小組的桌面上都有雙軌平拋演示器，讓學生合作探究平拋運動規律，需要確定觀察什么、如何觀察。

問：如何驗證豎直方向自由落體？

答：如果能夠找到一個參照對象進行對比，看看向下的規律是否相同，就可以驗證。

問：怎樣驗證向下的規律相同？

答：1）判斷下落時間是否相同；2）判斷是否同時落地；3）計算末速度；4）觀察兩小球是否始終在同一個高度……

之后，為了深入探討以上四種主流方式的有效性，學生被分成幾個小組進行討論。每個小組在討論后推薦一位學生展示本組的觀點，并接受其他組成員的質疑，以便大家能夠共同評估各種方法的優劣。經過激烈的辯論和反復的驗證，學生最終達成共識：觀察兩個小球是否在同一個高度是最優的方式。這種方法不僅直觀易行，而且能夠準確反映出豎直方向上的運動規律。相比之下，其他三種方法雖然也有一定的參考價值，但在實際操作中較為煩瑣，誤差較大。因為只要所觀察的兩個小球在同一個高度，那就有理由認為，平拋運動與自由落體運動在豎直方向上的規律是相同的，所以該方法成為判斷豎直方向運動規律的最佳選擇。

開始合作實驗，學生在實驗中又提出新問題：下落速度太快，根本無法觀察。于是重新對這個方案進行論證，有學生問“能否使過程變慢”，過程自然不可能變慢；又有學生說“看電影《紅番區》時，成龍從一棟樓跳到另一棟樓，當時是慢鏡頭播放”，問題突然被解決了，可以利用手機拍攝下來，慢鏡頭播放，中間還能暫停觀看，“由動到靜，由靜到動”，隨心所欲。

這個實驗視頻是現場直播，可以讓學生手持手機拍攝，利用手機投屏到屏幕上，學生又發現，即使利用手機一般的慢放功能，也未必能夠觀察到兩小球等高現象，因為小球在這個雙軌平拋演示器上的運動時間僅僅0.1s左右，學生略微遲疑后提出用手機播放器的幀幀播放功能手動微調，視頻幀幀播放截圖如圖2所示，問題終于得到解決。解決問題的過程雖然充滿反轉，但動靜結合，效果極其明顯，突破了時間和空間的局限。而且在這種形式的實驗中，每位學生不僅要積極參與實驗操作，還要負責指導和協調整個實驗過程。這樣的安排不僅能夠充分發揮每個學生的主動性和創造力，還能增強學生的團隊合作意識和溝通能力。而且，師生對整個實驗過程細節的觀看更加仔細，能夠使抽象的知識具象化，勝過教師的千言萬語。如圖2a所示，可以清晰地觀察到平拋運動與自由落體運動同時開始，兩個小球在同一個水平面上，表明向下的規律是一樣的。同樣，圖2b能表明水平方向向左的規律是一樣的。這種形式的探究，能夠較大程度地挖掘學生的潛能，提高學生自主學習的能力，學生超乎尋常的表現會給教師以啟迪，也給教師帶來驚喜和快樂，真正做到“以人為本，以生為本”，做到學生可以掌控自己的學習節奏，實現跨空間、跨時間的學習[4]。

2" 結束語

數字化教學的迅速發展，對教師提出了更高的要求，所對應的數字化教學設計更是一個系統工程，要求教師提升專業能力，解決問題導向的學習任務，靈活運用各種教學方法，激發學生興趣，更新教學理念，適應發展趨勢，提供高質量教育服務。需要具備學科基礎、信息技術能力、心理悟性、批判性思維能力、藝術修養。數字化教學要求教師必須不斷學習，提升素質。當然，必須意識到微視頻不是萬能的，任何技術的使用都“過猶不及”，它不能完全取代教師在課堂上的“因材施教，因地制宜”，微視頻只是為學生提供了一個更高效的學習平臺。

3" 參考文獻

[1] 趙雪梅.翻轉課堂：讓學習真正發生：以微課程教學法視域下的蘇教版三下《恐龍》教學為例[J].中國信息技術教育，2018（20）：47-49.

[2] 馮劍云.移動終端和App在高中課堂教學中的應用研究[J].考試周刊，2021（14）：115-116.

[3] 徐新兵，葉萍.基于DIS的翻轉課堂教學實踐研究提升物理學科核心素養：以《單擺》教學為例[J].中國現代教育裝備，2018（20）：32-34.

[4] 徐新兵.翻轉課堂提升物理學科核心素養[J].中國信息技術教育，2018（20）：64-66.