例析利用信息化手段改进高中物理教学

李 鸣

(浙江大学附属中学 浙江 杭州 310021)

2018年1月20日，中共中央国务院印发了《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》，意见提出：深化新时代教师队伍建设改革的目标任务之一是教师主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学.2018年4月18日，中国教育部印发了《教育信息化2.0行动计划》，文件指出：站在新的历史起点，必须将教育信息化作为教育系统性变革的内生变量，支撑引领教育现代化发展，推动教育理念更新、模式变革、体系重构，使我国教育信息化发展水平走在世界前列，发挥全球引领作用，为国际教育信息化发展提供中国智慧和中国方案.在此背景下，作为培养未来中国建设者的高中物理教师，除了加强自身信息化和人工智能学习之外，更应积极利用信息化手段和技术开展教育教学，尝试将新技术运用到物理教学的各个环节中去，提升教育教学的有效性.笔者希望通过自己利用信息技术应用到各个教学环节的尝试，为其他希望通过教育信息化改进教学的教师提供一些参考和思考.

1 创建调查 借助在线调查平台——问卷网改进学生学情分析

所谓学情分析是指教师为了有效教学而开展的对影响学生学习各因素的诊断、评估与分析，其目的是提供准确的信息和依据，顺学导教.随着现代研究的不断开展，学情分析越来越重视学生的主体性，通过对学习主体学生的分析，特别是对学生对这部分内容学习的已有认识——前概念与迷思概念的分析，达到确定教学难点，选择恰当教法的目的.

笔者在讲授人教版《物理·必修2》“探究平抛物体的运动”一课时，曾查询不少教师的教学设计，其中人民教育出版社网站的“探究平抛物体的运动”教学设计的学情分析给笔者留下了较深刻的印象，文章作者黄桥中学的叶老师通过5个问题的提问对学生的学情进行了分析，并以此引入了新课：

(1)到今天为止我们掌握并会处理的运动形式有哪些？

(2)要使物体作匀速直线运动或匀变速直线运动应具备什么条件？

(3)如果物体运动过程中受到的合外力不为零且与速度方向不在同一条直线上物体将做什么运动？

(4)如何处理曲线运动.

(5)分运动与合运动具有什么特性？

这5个问题由浅入深，层层递进，是传统教学中比较好的引课方式之一.

笔者尝试用相同的方法分析学情进行引课，一个班的课上下来发现，5个问题最多针对5位学生，且在引课过程所提问的对象，选择的都是成绩比较好的学生，看似流畅的学情分析却并未起到对全班学生的学情进行分析的效果，后面课堂教学的推进也因此而遇到了困难，于是笔者在第二个班上课之前，利用自己曾听说过的问卷网，利用问卷网的手机App，将本节课引入的5个问题制作成了3道选择和1道填空题,如图1所示，发到学生的QQ群里，作为学生的回家作业之一，让学生利用手机或者电脑花几分钟时间做一下前测，个别没有做的学生在上课前的课间让这几位学生用手机扫描二维码也做了前测.于是，在上课前，通过手机App得到了后台统计的以下数据,如图2所示.通过对数据的分析，笔者发现学生这一节的铺垫知识掌握情况并没有想象中那么理想，于是借助问卷网制作的学情分析，适时地针对性调整了课堂教学，取得了比第一节课更好的效果.

图1 利用问卷网制作的“探究平抛物体的运动”前概念调查

图2 问卷网学情分析相关数据

有了这次利用问卷网进行学情分析的经历后，笔者又进一步对问卷网进行了研究，如图3所示，发现它的数据分析除了有柱状图之外，还有圆饼图、环形图、条形图可以选择，非常直观，一目了然.而且利用它还可以制作课堂满意度调查、教学测试、答题闯关等各种问卷、表单和测评，如图4所示.通过教学实践，笔者认为，问卷网不失为学情分析的一种利器.

图3 问卷网数据分析的4种图表类型

图4 问卷网可创建的报表类型

2 引入课程 借助虚拟现实技术——VR升级学生沉浸式体验

所谓沉浸式体验，是指专注在当前的目标(由设计者营造)情境下的感官体验和认知体验.用户作为主角存在于难辨真假的模拟环境中，甚至忘记了真实世界的情境.

在高中物理中，有很多情景式课程，比如超重、失重、向心力等，教师往往会采用视频引入的方式.视频的引入，有利于创设物理情境，让教师“搭桥”学生“过桥”，巧妙解决创设情境所涉及的物理问题，也符合学生认知结构的梯度.但在创设物理情境上，视频也有无法做到的地方，比如视频的观察是平面的，无法给学生空间立体的想象；视频的拍摄角度一般是第三人称，无法给学生第一人称的体验.于是，创设更身临其境的物理情境，成为了许多情景式课程的突破口.

VR虚拟现实技术，是利用计算机生成的一种模拟环境，一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真.它除了具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉感知和嗅觉感知等.现在VR应用在课堂教学的内容比较少，但VR游戏已经比较普遍.笔者在准备人教版《物理·必修1》——“用牛顿运动定律解决问题(二)”的过程中，发现本节的难点在于学生对超重和失重这两种物理现象的前概念的更新，为了能更好地突破这一难点，笔者想到了自己曾经尝试过的两个VR游戏——VR极限自行车和VR极限滑雪.于是，在引课的环节，利用学校已有的VR设备，让学生一同戴上了VR，通过主机同步控制所有VR设备，一起体验了一把极限自行车运动和极限滑雪运动,如图5所示.

学生首先以第一人称骑上了虚拟的自行车(约3 min，如图6所示)，在虚拟的赛道上时而加速上骑后空中跃起体验先超重再失重，时而空中下落直至凹进的沙地体验先失重后超重，然后又以第一人称站在滑雪板上(约4 min，如图7所示)，在虚拟的滑雪道上时而加速下滑，时而空中转体，时而大回环，时而极限上冲，不断体验着超重和失重的感觉.在同一主机的控制下，师生同感，叫喊声此起彼伏.当大家脱离VR设备之后，刚才虚拟世界的超重感和失重感仍久久回荡.笔者借此机会，向学生提问：刚才的哪些情景我们的感受是相同的，从而引出今天的新课.因为学生有了非常强烈的虚拟体验，所以这节课取得了非常好的教学效果.

图5 师生课堂共同体验VR

图6 VR体验极限自行车游戏(左图为正视VR、右图为侧视VR)

图7 VR体验极限滑雪游戏(左图为回头VR、右图为侧视VR)

有了这次利用VR虚拟游戏进行情景引入的经历后，笔者又在“向心力”“重力势能”等课程中使用了相关的VR游戏，并在“太阳与行星间的引力”“宇宙航行”等课程中使用了VR全景视频，如图8所示,均取得了非常好的教学效果.

图8 VR太阳系截图

VR虚拟体验之所以能很好地引入新课，笔者觉得是因为第一人称的体验加之各种感官作用的综合，让学生身临其境，而强烈的情景感正是学习物理的前提，如果VR厂商能针对高中物理课程更有针对性地制作一些体验程序，今后的应用将会越来越广泛.

3 翻转课堂 借助在线视频媒体平台——优酷网解决学生的疑难问题

所谓疑难问题，是指教师在教学过程中遇到的不易给学生分析和讲解的物理知识以及难以引导学生对某些物理知识灵活应用的教学问题.高中物理的疑难问题有很多，比如力学中的摩擦力问题、向心力问题、万有引力问题等；电磁学中的静电屏蔽、带电粒子在磁场中的运动、电磁感应等；光学的全反射问题；原子物理的光电效应问题等，它们产生的原因也是多方面的，既有物理知识点本身的复杂性、隐蔽性，又有物理教师专业知识的储备不够，还有物理实验操作的条件要求苛刻难以成功的原因.在走班教学越来越普遍的背景下，需要我们能借助信息技术手段，借助视频媒体平台，将课堂的时间和空间延伸.

笔者在准备《物理·必修2》——“探究功与速度变化关系(实验)”一课时发现，这一实验的难点在于它是利用做功与能量的关系探索另一种能量及其表达式.虽然学生在高一阶段已经有了实验探究思想，比如“探究加速度与力、质量的关系”等，也有了一定的实验方案设计能力、动手操作能力和数据处理能力，但是，以前接触的力都是恒力，而这个实验最难之处在于其涉及到变力问题，这是一个比较高的思维台阶，如果教师对本实验的原理讲解不到位会导致学生无法跨越思维台阶.然而一节课的时间是有限的，教师若讲解过多，学生的实验时间便会缩减，从而增加实验操作不成功率.为了解决这一矛盾，这节实验课笔者借助优酷网尝试了翻转课堂.

首先，笔者和物理实验员共同拍摄和制作了“高中物理微课：探究功与速度变化关系(实验)”，如图9所示为微课视频截图.微课时长6 min 40 s，包含了本节实验课的实验原理、实验器材、实验步骤、数据处理、数据分析、易错操作辨析和实验误差辨析.然后，将这个微课视频上传到了优酷网.在这节实验课上课之前，给学生布置了上优酷网观看此微课的作业，要求自学本实验课全部内容，并将疑惑不解的地方形成问题写在作业本上.

图9 手机App播放微课视频截图

第二天上实验课前，课代表将学生的问题汇总给我，课堂开始后，先花了大约5 min讲解两个比较集中的问题：为什么纸带选取的是匀速直线运动和为什么数据处理中不需要知道一根橡皮筋的做功大小而是用W来表示，之后学生便开始小组实验.在学生进行小组实验的过程中，笔者边巡视边翻阅小组作业本上罗列的其他问题，一一指导.通过翻转课堂的方式，课堂上先集中精力解决了自学微课过程中的疑惑点，再单独指导不同组学生遇到的难点.而学生因为有了反复观看并思考此微课的过程，加之有了比以往更多的实验时间，在辅以教师的针对性指导，这个实验取得了非常好的教学效果.

如图10所示,有了这次利用优酷网进行翻转课堂的经历后，笔者又和同市志同道合的年轻教师们一起，在优酷网主页上(i.youku.com/physics)制作和上传了针对不同高中物理疑难问题的微课，并针对不同的教学内容，利用优酷网和优酷App进行了翻转课堂的尝试，如“验证机械能守恒(实验)”“电场综合复习”“带电粒子在匀强磁场中的运动”等.在尝试中，笔者发现，身处流行媒体时代的学生，非常适应这样的教学方式，这些翻转课堂的教学尝试，均取得了比较好的教学效果.

图10 优酷微课主页(i.youku.com/physics)网页截图和手机App截图

4 结束语

从《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》的发布到今天，已经走过了6年.这6年，是世界信息技术快速发展的6年，各种信息化手段和信息化平台都应运而生，而且正在改变我们的生活，改变我们的教育.比如大数据分析，它能对学情精准分析并向学生作精准推送;比如互联网技术，它让距离不再是问题，让教育在学校之外发生;比如人工智能AI，它可以实现学生与计算机的人机对话.

以教育信息化带动教育现代化，是我国教育事业发展的战略选择，而教育信息化并不是把传统的课堂搬到网上，而是让新技术服务于课堂，提高学生的学习能力.这需要身处第一线的教师乐于学习、勇于尝试.笔者通过自己接触和学习到的信息技术和平台，包括在线调查平台问卷网、VR虚拟游戏和全景视频、在线视频媒体平台优酷网，尝试将它们应用于高中物理教学，得到了一些经验，同时坚信信息化之路是教育现代化的正确道路.