交互式电子白板支持下的初中科学互动教学

沙琦波

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》指出：“教师应利用信息技术辅助手段，让学生比较直观便捷地学习相关知识。同时，应充分利用信息技术，提高评价的科学性、专业性和客观性。”[1]专题复习课是初中科学教学环节中必不可少的一种课型。教师应围绕专题下的核心概念，通过梳理、比较、推演，在整合已有知识片段的基础上，逐步构建并完善新的认知路径。然而，基于“知识本位”的专题复习课教学往往存在碎片化、空依赖、单向性的弊端，造成学生难以理解和掌握科学概念，学生科学观念、科学思维等素养的培育更是差距甚大。那么，教师如何在专题复习课教学中创设多重交互的多样化学习情境引导学生自主探究，以解决认知嬗变的难题？如何创设主体多元、方法多样的评价方式以充分发挥教师和学生参与评价的积极性，适时诊断、及时调控，促进学生深度学习的发生？笔者以教学初中科学“光学复习”为例，探索交互式电子白板在初中科学专题复习课中的应用路径：依托交互平台创设多样化的学习情境，帮助学生迭代核心概念下的认知架构，同时利用交互功能多元化测评学生的发展水平并及时调控教学，打造无界化互动课堂，实现核心素养的有效培育，加深学生对科学本质的理解。

一、交互式电子白板在初中科学专题复习课中的应用路径

交互式电子白板是一种互动式多媒体教学软件，其丰富的教学与学习资源为复习资料的查找、情境的创设以及学生间的交互提供了强大的技术支持[2]。在专题复习课中，教师应用交互式电子白板设计课件并用于教学，可充分发挥交互功能优势，有效激发学生的学习兴趣。更为重要的是，教师可以依托交互式电子白板创设情境，引导学生在进阶式任务链的驱动下自主地完善知识架构、梳理科学方法，同时教师在工具的支持下开展极具趣味性和交互性的评价活动，多元化地测评复习课各环节中学生学科核心素养水平，及时调控教学，有效地落实科学观念、科学思维等素养的培育。此外，交互系统还有云课件、时间胶囊功能，助力教师无界化教学。笔者以初中科學“光学复习”为例，阐述交互式电子白板在初中科学专题复习课中的应用路径（如图1）。

二、学情分析与教学目标

光是初中科学的重要概念之一，其内涵较为抽象。笔者从光的三种传播方式、传播规律及相关现象这三个方面开展专题复习课教学。在复习之前，学生已经学习了有关光源、光的直线传播、光的反射和折射等相关知识，对于生活中的各种光现象有丰富的感知和一定的认识。初二学生能规范作图，知晓基本的分析问题和解决问题的方法，这为他们学习相关知识奠定了良好的基础。大多数初二学生形象思维能力较强、抽象思维能力较弱，他们能很快认识光学现象，但对蕴藏于背后的光学原理、光路模型却不甚了解。教师应引导学生梳理纷繁复杂的碎片化知识，使之系统化和条理化。

笔者基于以上学情分析，依据《义务教育科学课程标准（2022 年版）》关于学习内容、学业要求的设定，围绕科学观念、科学思维等素养的培育，将本节专题复习课的教学目标设定如下：

1.知道并能区分光的三种传播方式，了解相关现象。

2.知道光的直线传播，了解光的反射定律、折射现象及其特点。

3.了解光的传播在生活中的应用，会分析蕴藏于各种光现象背后的原理。

4.通过对光学内容的复习，留心生活中的各种现象，感受自然之美和科学魅力，保持好奇心和求知欲，乐于探究和实践。

三、互动教学过程

（一）同屏呈现，创设生活情境

戴维·梅里尔的首要学习原理指出：当学习者在现实世界或者任务的情境中掌握知识和技能时，其学习会得到促进[3]。在课题引入时，教师出示在古镇游玩时拍摄的一幅照片。拍摄的是普通风景，其中却蕴藏丰富的科学知识。教师引导学生思考照片中蕴藏哪些光学现象。学生不难想到：因为树木遮挡，所以看不见后面的房子，这说明光沿直线传播；水中的倒影可以用光的反射原理进行解释……教师借助照片创设生活情境，迅速激活了学生关于光现象的已有认知。学生辨识光的折射现象有一定困难，此时教师利用交互式电子白板的拖曳、旋转、放大镜功能，聚焦岸上景和水面影之间的亮暗差异，引导学生观察水中倒影比真实的景物要暗些。学生在思考现象背后原因的同时认识到折射现象的存在，有效地突破了认知难点。

设计意图：借助生活中的风景照引入主题，呈现光的直线传播、反射和折射现象，凸显科学与生活的联系。教师利用交互工具拖曳、旋转照片，让学生区分和寻找照片中的折射现象，再使用放大镜功能，使观察目标更加聚焦、现象更加明晰，同时渗透科学源于生活的理念。

（二）尺规作图，辨析相似概念

光的反射和折射是两大常见的光学现象，两者的传播规律有很多相似之处，但容易混淆。为此，教师呈现光在空气和玻璃两种物质中的传播路线（相互垂直的两条直线分别表示界面和法线），让学生根据光的反射和折射规律分辨入射光线、反射光线和折射光线，并判断入射角和折射角的大小。学生思考后作答。一位学生被抽选上台，他用尺规工具作图，正确作出了关键的辅助线法线（如图2）。

设计意图：此环节，学生要对光的反射和折射规律进行综合辨识，通过光路作图理解和区别反射和折射规律。当光的反射和折射同时存在时，光路就会显得稍微复杂。教师出示光路图，让学生上台讲解，使用尺规作图工具分析，使光路更加清晰。学生根据光的传播规律，寻找解决问题的关键辅助线（法线），进而判断对应光线和角度，在探究规律的同时，学会了解决此类问题的方法。

（三）设计活动，反馈调节教学

光的传播有其规律，在生活中形成了形形色色的光学现象。一些成语也蕴含丰富的光学知识。教师出示成语，让学生判断这些成语对应的光学现象。教师用PPT呈现交互式电子白板课堂活动中的超级分类游戏（如图3）。学生将右侧的成语拖入左边的光的传播中，系统自动判断答题结果。如果学生选择正确，右侧的成语可以放入左边的相应红框中，如果选择错误，则无法放入。

设计意图：教师注重教学与生活的联系，让学生判断生活中光学现象，考评他们用科学观念解释生活现象的能力。教师使用交互系统的“超级分类”功能，让学生参与“人机对话互动”的游戏，潜移默化地掌握光学知识。学生的分类结果通过系统及时反馈，便于教师调节教学进度。这对于激发学生学习兴趣，使其养成良好的学习态度具有积极意义。互动式教学克服了课堂教学中学生过于服从教师（权威）的弊端，营造了教师和学生之间友好、平等的氛围。

（四）析题建模，剖析折射光路

作光路图是很好地分析和解决光学问题的方法。针对上一环节游戏中提到的光学现象“鱼翔浅底”的原因，教师给定学生操作时间，让学生用作光路图的方法，解释为什么看上去池水变浅了，尝试确定池底A变浅的虚像A'。学生应用折射规律作图找像，这一过程中往往会出现各种问题。教师利用“授课助手”实现手机和电脑同屏，全面客观呈现学生解答情况，在对典型错误的分析梳理中加深学生对相关知识的理解。

设计意图：学生运用新掌握的知识来解决问题，可促进他们的学习。此题是折射规律的实际应用问题，要求学生规范作图。学生作图时，教师用“计时器”控制节奏（如图4），使课堂活动更加高效。为了增加互动并高效地反馈学生作答结果，教师利用“授课助手”，实现手机和电脑同屏，收集和展现课堂中学生的疑惑和典型问题（学生常犯错误），这种同屏技术的应用使生生互动、师生互动更加便捷。

（五）仿真实验，突破认知难点

上新课时，教师会着重强调凸透镜成像的特点，但是因为光学成像情况的复杂多变，很多学生分辨不清，所以凸透镜成像特点的回顾也是光学复习的重点和难点。复习课教学时，教师借助交互系统在线资源中的仿真实验室（如图5）进行仿真实验，在移动蜡烛的过程中，让学生观察像性质的变化。

教师点击再现成像光路，引导学生分析得出一倍焦距是实像与虚像的分界点，两倍焦距是放大与缩小的实像的分界点。在蜡烛逐渐靠近凸透镜的过程中，像远离凸透镜且逐渐变大；反之，在蜡烛远离凸透镜的过程中，像靠近凸透镜且逐渐变小。在上述探究的基础上，学生归纳得出结论：“一倍分虚实，两倍分大小；物近像远像变大，物远像近像变小”。教师使用“知识配对”功能，让学生连一连物体的位置和成像的情况（如图6）。

设计意图：凸透镜成像是光学教学的重点和难点，为避免与新授课操作实验重复，又能很好地起到回顾的作用，教师使用仿真实验室，生动形象地操作实验并附上光路，明确不同条件下的成像特点，启迪学生对实验现象及实验原理建立整体的、本质的认知。“知识配对”功能的应用既提高了学生的选择性和自主性，又增强了趣味性。

（六）分组游戏，测评认知水平

在课堂教学反馈环节，教师使用交互系统课堂活动中的“分组竞争”功能组织游戏活动。这个游戏是关于光的传播的综合应用练习，采用男女生同台竞技的形式开展，用以测评认知发展水平（如图7）。在设定的一分钟时间内，交互系统出现自行车尾灯、汽车观后镜、潜望镜等生活中不同的物体（或现象）。学生判断哪些与光的反射有关，答对得10分，答错扣5分，得分高者胜出。

设计意图：此环节教师使用“分组竞争”功能，让学生上台做游戏比赛，极大地调动了学生的积极性，增强了课堂教学的趣味性。学生与直观生动的课件界面直接对话，在动手动脑的实践中实现光学的知识综合应用，使原本枯燥的课堂测试变得轻松、有趣，实现了对学生的认知发展水平的有效测评。

（七）思维导图，迭代知识架构

课堂小结是学生对学习过程进行反思与归纳的活动，有利于梳理所学知识的层次结构。教师让全体学生绘制思维导图对光学知识进行总结，其中一位学生在交互式电子白板上绘制，同屏在大屏幕上显示（如图8）。学生对光的三种传播方式、规律及其应用进行小结，实现了光学复习内容的条理化、系统化、结构化。

设计意图：此环节用到了思维导图功能，它优于纸质绘图之处在于支持学生根据需要随时修改和添加，有助于学生在认知结构中构建知识与知识之间的意义联系。同时，授课助手手机同屏功能的应用实现了其他学生画的实物和电脑同步呈现，增强了互动和交流。在复习课教学中，思维导图工具的应用使学生零星、碎片化的知识变得系统化、条理化。

（八）时间胶囊，助力线上学习

交互式电子白板系统具有时间胶囊功能，即在不需要任何环境部署的情况下，系统可一键帮教师记录下该堂课所有的教学过程并在云端共享，其传播、存储成本不到“传统微课视频”的1/10。新冠肺炎疫情防控期间，交互系统为教学提供了有力保障，被隔离在家的学生可以同步学习，还可以便捷地获取完整的课堂实录。同时，教师使用时间胶囊这一功能，利用智能手机、平板电脑，移动录课，回溯教学过程，反复琢磨，完善授课。

四、总结与思考

利用交互式电子白板在光学专题复習课教学中，教师按照设计的路径，恰当应用有关功能，科学有序地开展了数字化教学（见表1）。

整节课，教师主要采用交互式电子白板和授课助手结合的方式教学，通过智能手机操作课件，应用了学科工具中的思维导图和调用课程视频功能、课堂活动超级分类、知识配对、竞技游戏功能、拖曳、旋转、倒计时、放大、尺规功能等。应用拖曳功能后，学生可以在交互式电子白板上操作实验，现象更简单易懂。竞技活动给课堂带来了生机和活力。尺规、批注、放大、倒计时等功能的应用大大提高了数据处理效率，现场生成问题，增强了课堂的灵活性。学生可对交互式电子白板进行操作，真正体现学生学习的自主性。教师将授课助手与电脑连接，可以实现电脑同屏、手机同屏和实物投影。教学中，教师使用智能手机操作课件，在课堂上更自由，可以近距离与学生互动。授课助手同屏功能不可小觑：不仅可以替代实物投影，而且可以让教师一边随时随地控制电脑，一边随时收集和展现课堂上学生的疑惑和典型问题，使生生互动、师生互动变得更加便捷。

交互式电子白板助力初中科学课堂教学实现了课堂形式的多样化和教学内容趣味化。教师借助信息技术工具创设更加适切的情境，运用生动且丰富的学习资源与工具，组织交互性更强的课堂活动，可以有效激发学生的好奇心和学习兴趣，引导学生动脑思考和动手实践，让学生在轻松、愉快的合作、竞争氛围中高效学习，高效突破教学重难点问题。

注：本文系全国教育科学“十四五”规划2022年度教育部重点课题“指向核心素养的信息技术与科学教学融合的实践研究”（课题批准号：DHA220498）的研究成果。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准：2022年版[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 吕薪秀，黄茜.希沃白板在中学地理教学中的应用[J].中学地理教学参考，2021（20）：68-70.

[3] [美]戴维·梅里尔.首要教学原理[M].盛力群，译.福州：福建出版社，2016.

（作者系浙江省宁波市四眼碶中学正高级教师，特级教师）

责任编辑：祝元志