数字教材在初中物理教学中的应用

李水英

【摘要】本文分析传统物理教学的局限及数字教材诞生的背景，以“电流与电压和电阻的关系”教学为例，从创设教学情境引发学生对问题的猜想、依托数字教材平台推动课堂互动和共享、依托虚拟实验技术开展仿真实验探究活动、进行变式训练促进学生知识迁移等方面，探索数字教材在初中物理教学中的应用。

【关键词】初中物理 数字教材 教育信息化

电流与电压和电阻的关系

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2023）25-0074-03

随着教学改革的不断推进和教育信息化的发展，各级教育部门依托信息技术打造数字化学习平台，推进基础教育教学改革，不断提高基础教育教学质量，取得了较好的实践效果。数字教材的出现，为课堂中的师生提供了更多灵活多样的教学案例以及学习方法和活动。本文以文献研究和课例解析为主要方式，探索数字教材在初中物理教学中的具体应用。

一、传统物理教学的局限及数字教材平台的诞生

传统物理教学往往存在着较多的局限，如理论知识讲解占据大部分课堂时间，导致课堂气氛沉闷，学生的学习积极性不高；物理演示实验以教师操控、讲解为主，师生之间缺少有效互动，学生的参与度不高、探究意识不强；学生被动接受知识，缺乏自主学习能力及知识迁移能力，学习方法和学习能力未能得到有效的培养。以上问题得不到解决，不利于学生物理核心素养的形成和发展。为了摆脱传统教学的桎梏，初中物理教师应主动适应教育信息化的时代背景，积极探索有助于教师课堂教学和学生积极主动学习的有效路径。进入教育信息化2.0时代之后，数字化教学资源的应用受到教师前所未有的重视。数字教材平台中的数字教材融合了文字、音频、视频、图片及动画元素，具有知识呈现方式更加生动形象、课堂互动更加便捷高效、教学过程更加利于分层施教、教学资源更加便于修订和完善等优越性。

主要面向中小学的数字教材平台以传统的纸质教材为核心，整合了大数据技术、数字传媒技术以及互联网技术，所打造的数字教材平台涵盖了数字化资源、学科教学工具、智慧课堂活动等广泛内容，是一种互动性极强的教学平台。数字教材最大的优势在于能够提供云端数据，便于教师实现信息共享和线上互动，使教师可以利用信息化工具及时对教材页面进行批注、高亮、插入、修改。数字教材平台还具备较强的兼容性，可以直接对接当前大量的信息化教学工具，比如希沃白板、希沃授课助手等，不仅可以实现远程教学以及线上互动，而且可以革新传统的教学方式，提升教学成效。

二、数字教材在初中物理教学中的应用课例解析

数字化教学手段的灵活运用，能解决初中物理教学实践中的一些问题，数字教材能增加课堂教学的信息量，丰富教学内容，提高课堂教学效率。下面笔者结合人教版物理九年级上册“电流与电压和电阻的关系”教学课例，探索数字教材在初中物理课堂教学中的应用。

“电流与电压和电阻的关系”一课的教学内容要求学生认识影响电流大小的因素以及探究电流与电压和电阻之间的关系，掌握串联和并联电路中电阻的作用，学会运用欧姆定律进行简单的计算。教学过程中需要强化学生的问题猜想意识和实验操作体验，培养学生的实验设计能力、动手操作能力、逻辑分析能力以及物理实验中实事求是的科学态度。由于本课教学内容具有较强的综合性，为了使学生能够高效理解本课知识点，教师要充分发挥信息技术在教学中能将抽象知识可视化、复杂知识简单化的优势，运用数字教材辅助学生分析电流、电压、电阻之间的逻辑关系，有效达成教学目标。

（一）创设教学情境，引发学生对问题的猜想

教学情境是教师在教学过程中，有目的地设计或安排的一种教学场景，为的是激发学生的学习兴趣和探索欲望，促进学生对教学内容的理解。物理教学情境一般通过视频、故事、可视化实验、模拟实验等形式来创设，方便教师在短时间内将学生的思维快速聚焦物理学习内容。以数字教材为依托，利用数字教材平台进行情境创设，具有较强的灵活性和多样性。数字教材多样化的教学视频以及相关资料，不仅能丰富教学手段和教学内容，使物理教学更具实用性和艺术性，还能迎合初中生的学习需要，增强学生的课堂专注力。

初中生的抽象思维能力比较薄弱，对一些相对抽象的物理概念、原理和定律难以理解，这就要求教师在物理教学中基于学生的认知特点，创设既符合学生认知特点，又具有科学性和引导性的教学情境，有效激发学生的学习兴趣。“电流与电压和电阻的关系”一课为初中物理电学知识，理论性较强，教学内容较为枯燥。教师需要结合教学内容及学生已有的知识水平，围绕教学目标设疑激趣，给学生创设一个可以发现问题和探究问题的教学情境。

在课堂导入阶段，教师利用数字教材平台创设教学情境，有助于提升情境创设的灵活性和多样性。教师先在平台上为学生展示三个不同的数字化电路图，电路图中各元件都可以调节，教师不必浪费过多课堂时间绘制电路图或组装实体电路，因而可以快速进入本课教学主题。教师引导学生观察电路图中滑动变阻器接入不同电路后小灯泡不同的亮度，向学生提出问题：“同学们观察这三个电路图，思考为何小灯泡的亮度不同？”

教师以问引思，促使学生快速聚焦本课教学要素电流、电压、电阻之间的相互联系。学生仔细观察三个电路图，发现不同电路图中滑动变阻器接入电路的电阻存在较大差异，而小灯泡的亮度也會随之发生变化。学生思考后能够得出“小灯泡的亮度不同与电路中电流的大小有一定关系”“滑动变阻器是影响电路中电流大小的主要因素”等相关猜想，从而引出“电流与电压和电阻的关系”的实验探究。

（二）依托数字教材平台，推动课堂互动和共享

课堂教学不是学生单方面聆听教师讲解理论知识，而是教师教与学生学的交互过程。课堂互动是师生互相交流、共同探讨、互相促进的一种教学组织形式，有利于发挥师生双方的积极性和主动性，实现教学相长。

在开始物理实验探究前，为了让学生掌握实验规则、实验原理等物理知识，教师除了口授、示范外，还可以依托数字教材平台，运用信息技术推动课堂互动。这样既能活跃课堂氛围、调动学生的积极性，又能促进学生的思考，发展学生的科学思维。探究电流与电压和电阻之间的关系，学生需要完成多项物理实验。而开展物理实验所需要的一系列器材、素材、条件等要素，需要以学生为学习主体进行自主选择和设计。在这一教学环节，教师依托数字教材平台在电子屏幕上提供的不同器材，引导学生选择探究电流、电压、电阻三者之间关系的实验器材。

师：探究电流与电压和电阻之间的关系，实验涉及电流、电压、电阻三个物理量，可以运用什么研究方法？

生：控制变量法。

师：具体应该怎样操作？

生：可分解为两个实验进行探究。探究电流与电压之间的关系时，保持电阻不变；探究电流与电阻之间的关系时，保持电压不变。

师：实验探究需要用到哪些器材？请同学们根据电子屏幕上提供的器材进行选择，并以学习小组为单位进行实验电路图的设计。

在数字化教学的物理课堂上，学生以学习小组为单位，利用电容笔点触屏幕完成实验器材的选择和实验电路图的设计，之后利用小组屏幕推送功能共享本组的实验电路图，使所有的学生都可以看到本组的电路设计。教师通过屏幕共享，引导学生开展小组之间的交流活动，让学生思考哪个电路图能够满足实验探究要求。这一过程考查学生基础知识的掌握情况。学生通过交流讨论不断完善实验电路图，得出最佳的实验方案。之后教师通过投影方式将实验方案显示在大屏幕上，进行细节讲解。

（三）依托数字教材平台中的虚拟实验技术，开展仿真实验探究活动

物理知识具备较强结构性，学生在学习物理知识的过程中需要利用自主探究的方式了解物理知识之间的关联，这是构建物理知识体系的重要过程。数字教材可以为学生提供更多的思考与拓展空间，有助于学生开展物理学习探究活动。学生按照数字教材中提供的资源，将传统物理教学中的难点问题，运用数字教材及信息化教学工具进行呈现，将难点问题具象化、简单化，促进对物理知识的理解。

数字教材平台上的虚拟实验模块有电源、开关、滑动变阻器、电压表、电流表以及阻值不同的定值电阻等“器材”，学生可以自主选择其中的实验器材并完成电路的连接操作。教师借助数字教材平台和电路模拟仿真软件组织学生开展仿真实验探究活动，让学生运用控制变量法分别控制电阻或电压，探究电流与电压的关系或电流与电阻的关系，从中培养学生的科学思维和创造性思维能力。例如，为了探究“电流与电压的关系”，学生设计了如图1所示的仿真实验，在经历了可视化的实验设计之后，再进行仿真实验操作。操作中，学生先测量电阻R1两端的电压和通过的电流大小，把实验数据整理到表1中，然后用同样的方法分别测量电阻R2和R3对应的电压和电流，分析实验数据，归纳出如下结论：当导体的电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比。

接下来，教师引导学生参照實施“电流与电压的关系”仿真实验的方法，通过调节滑动变阻器控制电阻两端的电压不变，设计实验探究“电流与电阻的关系”，并将实验数据整理到表2中。学生经过多次测量和分析实验数据后，归纳出如下结论：当导体两端的电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比。

（四）基于实验探究进行变式训练，促进学生知识迁移

初中物理教学目标在于夯实学生的物理基础知识，帮助学生掌握物理原理、物理规律以及物理现象等。但是，部分物理现象、公式之间是有一定的相似性，需要学生对知识进行联动分析，发展结构化思维能力。数字教材平台可以通过组织线上活动，让学生进行互动分享，利用思维碰撞和头脑风暴的方式发展学生的科学思维，促进学生对知识的变式运用。

变式运用知识有助于发展学生举一反三的能力。在本课中，教师通过变更实验条件或结论，对学生进行变式训练，培养学生的反向推理能力，进一步激发学生的探究欲望，促进学生进行知识的迁移运用。例如，在学生完成“电流与电压和电阻的关系”的实验探究后，教师在平台上为学生呈现如图2所示的课堂巩固练习，促进学生对电流、电压、电阻三者关系的灵活运用。

变式训练有助于培养学生的发散性思维能力，帮助学生打造多层次和多角度的创新思考空间。教师依托数字教材平台进行变式训练，通过改变其中某一个要素来转换题型的整体背景和条件，进一步提升训练的多样性和灵活性，从而提高课堂教学效率。

在初中物理教学中，教师合理发挥数字教材在教学情境创设、推动课堂互动和知识体系构建等方面的优势，不仅有利于营造良好的课堂教学氛围，而且有助于培养学生的科学思维和创新能力。基于数字教材的教学模式创新于教师而言具有较大的拓展空间。教师可以结合自身的教学风格以及学生的学习情况进行灵活调整，合理筛选平台上的数字化教学资源，提升数字教材的应用价值。

参考文献

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