信息技术赋能物理教学模式创新设计

刘东波 冯丽 刘涛

摘  要  智能技术时代，以信息化引领教育理念、教育模式创新，已经成为当下教育发展的鲜明特色，信息技术与学科课程的深度融合，正在潜移默化地改变传统的教育教学模式。以人教版初中物理“电流与电压和电阻的关系”一课的教学设计为例，探讨在国家“双减”政策背景下，如何优化课堂教学设计，让信息技术赋能物理课堂教学模式创新，激发学生对物理的学习兴趣，提升教学效益，切实达到提质增效的目的。

关键词  信息技术；物理教学；实验教学；智慧教学

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）21-0147-04

作者：刘东波，邹城市教师进修学校（邹城市教育教学研究中心），高级教师，主要研究方向为教育信息化应用；冯丽、刘涛，邹城市鲍店煤矿学校，一级教师（273500）。

0  引言

以信息化引领教育理念、教育模式创新，已经成为当下教育发展的鲜明特色，信息技术与学科课程的深度融合，正在潜移默化地改变传统的教育教学模式。《义务教育物理课程标准（2022年版）》明确指出：“物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，与小学科学和高中物理课程相衔接，与化学、生物学等课程相关联，具有基础性、实践性等特点。”[1]以上对物理课程特点的描述和培养目标的确定，决定了信息技术融入物理教学的必要性。

随着教学条件的优化和教学理念的变化，从最初的一本书、一张嘴、一块黑板的呈现方式，到信息技术应用到物理教学的全过程，包括物理知识传授、演示、分组实验、课后实践等环节，给物理课堂教学带来新的生机，使学生的学习兴趣得到空前的提高，物理教学的效果有了质的飞跃。下面以人教版初中物理“电流与电压和电阻的关系”教学设计为例，阐述信息技术赋能物理教学设计与思路的模式创新。

1  教材及学情分析

“电流与电压和电阻的关系”是一节经典的实验探究课，主要解决两个方面的问题：一是探讨电流跟电压的关系；二是探讨电压一定的情况下，电流跟电阻的关系。实际上就是学习研究欧姆定律，这是初中电学部分的基本定律，是引导学生进一步探讨电学知识、剖析电路的基础，是本章的重点。如图1所示，本节内容具有较强的综合性，既要用到电路、电流、电压和电阻的知识，又要用到电流表、电压表和滑动变阻器等实验器材。学生要通过实践探究，总结电流、电压和电阻的关系。实验难度系数比较大，首要问题在于实验的设计、测试数据的精确度以及数据的整理和分析方面，学生在实验操作过程中出现错误的概率较大，实验评估、交流也很重要。本节课能够让学生在实践中体验进行科学猜想、设计实验方案、填写实验表格、采集数据、归纳总结、交流合作等科学探究的全过程，因此，不管是在知识学习上，还是在培养学生动手操作、解决实际问题的能力上，都具有重要意义。

2  信息技术为情境创设赋能

运用信息技术手段能够营造特定的学习氛围，为学生创设一种轻松愉快的学习环境，激发学习兴趣及学习热情，使学生获得最佳学习效果。本课例中，以一段Flash导入（播放视频片段），教师适时地发问：“电流（卡通形象）为什么不说话了？你们晓得经过导体的电流与导體两头的电压和导体的电阻存在如何的关系吗？”吊起学生的胃口，接着抛出期待：“他的猜想是否正确？我们就让实验来评判吧。”一下子抓住学生的关注点，激起他们探索新知的积极性和求知愿望。由于原创动画贴近学生生活认知，情境创设的指引性强，就为学生提出问题、做出猜测与假设做好铺垫。

3  信息技术助力物理实验教学模式创新

把信息技术有机融入物理教学探讨的各个环节（图2），如提出问题、猜想与假定、拟定计划与实施、搜集数据、分析归纳、交流与分享等，突出教师主导、学生主体相结合，以学定教，既要关注“如何教得好”，更要思考“如何促进学生学得好”。

3.1  借助虚拟仿真（VR）技术增进知识理解

传统的实验演示能够使学生观察了解物理现象、总结规律，但由于大多数实验过程时间短，实验现象不明显，学生来不及详细察看，没有充分思考的余地。而借助多媒体虚拟仿真技术则可重复模拟演示实验进程，还原物理现象，使许多不易查看的现象变得有形、有声、有色，变说不清、看不全为一目了然，能够帮助学生对物理现象、实验过程、实验状态进行观察分析。学生通过自己的认知，建立正确的物理世界观，充分彰显自己的主体地位，有利于培养创新思维能力。

3.2  利用学科工具软件指导学生自主设计能够测试电流和电压、电阻间定量关系的实验电路图（图3）

本课关键点是设计出改变定值电阻两端电压的电路图。通过小组讨论后，基本上会有两种方法：第一种是改变电源的电压；第二种是利用滑动变阻器改变定值电阻两端的电压。对第一种方法，所有学生很好理解和接受；而对于第二种方法，学生比较易于理解的是调节滑动变阻器的阻值能改变电路中的电流，但改变定值电阻两端的电压，并不是所有学生都能接受的。

通过组织学生进行分组设计、研讨，借助于电学实验室软件模拟实际电路，连接好电路后，移动滑动变阻器，观察电压表的示数是否变化。让所有学生明白和接受这种设计不但是可以的，而且操作简单，并且能多次改变定值电阻两端的电压值。然后让他们去进行实验，因为已经观察测试过模拟电路的连接，再连接实际电路时难度大大降低。利用工具软件进行电路的模拟设计，可以节省时间，直观性强，而且具有动态性，易于理解。

3.3  利用信息技术扩展实验的可视化和可重复性

借助传感器、控制器等数字手段可以更快更准地采集到实验数据，从而节省宝贵的授课时间。利用计算机强大的数据处理、分析能力，能够将学生从简单、枯燥、烦琐的计算归纳推理中解脱出来，把更多的时间和精力用于思考如何解决问题上来。如在“电流与电压和电阻的关系”一课中，摒弃传统实验中分别对它们之间的关系进行验证的做法，而是通过指导学生利用数据分析的方法来探究电流和电压的关系。在学生掌握数据分析方法后，引导他们通过对第一次实验采集的数据进行筛选分析，得出在电压一定的情况下电流与电阻的关系。

把本该重复做两遍的实验减少为一遍，使学生少做很多无用功，节省了时间，提高了效率。更可贵的是，这样设计使学生既能经历体验科学探究的全过程，又能培养动手操作、思考分析的能力，进一步熟悉科学探究中被广泛采用的一种方法——控制变量法，还能学会充分利用数据从不同的角度分析得出结论，在解决实际问题的过程中激发积极的情感体验，完成知识建构，具有非常重要的意义（图4）。

4  利用智慧教学对学生的学习过程进行重构

混合/智慧教学环境下，基于翻转课堂的教学理念，改变传统的知识传授方式，注重课前、课中、课后的闭环式知识建构。上课前，教师通过推送精心设计好的学习资源和任务单，指导学生预习，借助问卷星等小工具进行教学前测，准确掌握学生自学预习情况，以便在接下来的课堂教学中做到有的放矢。通过互动交流，教师能够根据提前了解到的学习困难点，给予学生精准有效的辅导，小组内和小组之间相互交流合作更有助于知识的学习以及团队合作探究能力的提升。

在探讨电流与电压的实验中，教师根据学生特长合理进行学习小组的分配，每个小组用的定值电阻阻值不同。各组实验收集到的数据通过与智慧黑板屏幕相连的Pad终端实现共享，电脑自动生成电流和电压的关系的图像。为了消除学生的疑惑，可以利用希沃移动授课中的拍照功能，把学生归纳生成的图像和系统自动生成的图像做比较。这一实验探究完成后，再探究电流和电阻的关系时，则利用前期实验中采集的数据，通过分析，筛选电压相同时不同电阻对应的电流值，重新生成新的数据表格，根据这组数据重新生成一个新的图像，电流和电阻的关系就很容易归纳总结出来了。

如图5所示，采用希沃白板软件附带的刮红包的形式进行学习检测，红包中既有奖品，又有练习题，不但可以增强练习的趣味性，而且可以拉近师生距离，有助于建立融洽的师生关系。

课后，通过拓展任务，指导学生进一步深化实践，形成完整的知识和能力体系。利用AI技术，针对系统采集的学生学习过程的数据进行分析，能够科学评价学生的学习效果。教师可以针对学生存在的疑惑和不足进行差异化辅导，精准推送相关学习资源，指导学生强化提升，实现教与学方式的转变[2]。

5  创新实验器材，提升实验精准度

实验研究关键是实验数据采集的准确性，效果的好坏主要受实验器材和周围环境的影响。在本节课的实验中，电源问题是最大的问题。由于传统方法使用的干电池具有内阻，对数据有影响，很难得到准确的数据，也就不能顺利得出电流与电压成正比的结论，并且容易造成浪费和环境污染。如果使用有线电源，还要用到很多插座。如图6所示，使用手机充电宝作为电源，利用废旧的手机充电线把电引出，既能提供稳定的输出电压，又可以确保良好的实验效果。

6  结束语

信息技术赋能物理课堂教学模式创新，使课堂教学更直观、交互性更好，扩大了教学容量，丰富了内容和形式，使学习更轻松，能够更好地激发学生对物理的学习兴趣，提高教学效率，培养学生的物理核心素养。

参考文献

[1] 中华人民共和國教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 邵静.信息技术与初中物理实验教学的有效融合探索[J].教学管理与教育研究，2021（4）：96-97.