基于AR教学资源的初中物理教学设计与应用初探——以“电功率”一课为例

翟桂网

(江苏省泰州市姜堰区实验初级中学,江苏 泰州 225500)

教育部颁布的《教育信息化2.0行动计划》明确建设教育强国,推进教育信息化发展,实现教育教学与信息技术的深度融合.AR技术利用计算机,将显示画面与虚拟画面叠加,能够实时将虚拟信息、真实场景显示在屏幕上,具有实时交互、突破时空、丰富认知的教学特性,有效改善传统教学.因此,初中物理教学中,应当与时俱进,合理运用AR教学资源,优化教学场景,调动学生学习兴趣,从而提高教学质量.

1 AR教学资源在初中物理中的作用

AR教学资源是指利用AR技术制作游戏、电子书、课件等,将实验、知识、图片立体化,增加课堂趣味性与互动性,培养学生核心素养与动手能力,将AR教学软件安装于智能设备中,即可用于初中物理课堂教学[1].

1.1 打造虚拟实验室

AR教学资源能够开发虚拟实验室,实验情境逼真,学习空间可共享,属于新型教学模式,有助于学生在安全环境下操作实验.在虚拟实验室中,仪器、设备、环境虚拟,学生可随意搭配组装,相比真实实验更为灵活,减少紧张心理,大胆操作[2].

1.2 模拟学习情境

初中物理传统教学中,存在去情境化,教具选择单纯.AR教学资源可弥补该缺陷,创设教学情境,满足体验性学习要求,具有较强容错性与可操作性,为学生提供良好教学平台.

1.3 打破教育局限

物理教学使用AR教学资源,不是取代传统教学,而是保持原有教学优势,与AR特点相结合,提高教学质量.通过“虚拟+现实”的方式,为教师提供辅助教具,提供具象化情景与模型,增强学生感知,加深学生对知识的理解.

2 基于AR教学资源的初中物理教学设计

2.1 课程分析

根据课程标准要求,“电功率”教学中需结合AR优势,利用AR将电学材料、仪器形象化、立体化,明确实物图、电路图、实验原理关系,提高学生物理操作水平[3].具体目标如下：(1)信息素养.学生在物理学习中,需要处理诸多物理信息,如科研成果、物理学原理、试验资料等,需掌握搜集、处理信息方法,正确使用物理资料与工具.(2)科学素养.物理作为重要自然科学,有助于学生理解基础科学知识,培养科学思维能力,如实验验证、提问、推理、观察等.(3)创新素养.物理探究、实验要求学生拥有创新能力与创新意识,可提出新颖问题,制定解决方案等.(4)合作素养.初中物理要求学生采取小组合作方式,共同探究问题、互促互进,培养团队精神,顺利完成实验探究内容.(5)实践素养.学生需要实验操作,培养其动手能力与操作能力,学会使用测量工具与实验器材.

2.2 教学原则

2.2.1交互性

AR交互环境突破时空束缚,为解决问题式学习、写作式学习提供便利.教师利用移动设备,实施AR资源辅助教学,在生生、师生互动中,添加人机互动,助力学生理解“电功率”知识.

2.2.2主体性

“电功率”基于AR教学资源设计,需以教师为主导,学生为中心,体现学生主体性,把握学生、教材、教师变化归因,明确AR教学资源、教材辅导、教师引导均是外因.学生学习主动性是内因,需借助外因调动学生内驱力.

2.2.3差异性

“电功率”教学中,考虑学生兴趣、能力差异,以往班级授课学生人数较多,无法因材施教.可利用AR教学,对学生间差异进行适配,打造有趣、轻松课堂氛围.

2.3 教学流程

基于AR教学资源开展“电功率”教学,需发挥AR的辅助性、支架式教学作用,步骤如下：第一,概念框架,结合“电功率”主题,使用AR教学资源构建符合学生认知的概念框架,奠定学习基础;第二,情境创设,利用AR技术引领学生融入教学情境,调动学生兴趣;第三,自主探究,采取小组合作方式,下发“电功率”任务,引导学生自主探究,开展启发引导,介绍或演示概念;第四,协助学习,由教师分布任务,由各小组根据AR教学资源开展讨论,将任务结果展示在课堂上,促进生生交流.第五,评价效果,采取他评与自评结合方式,由教师最终点评,提高教学效果与质量.

3 基于AR教学资源的初中物理教学实践

3.1 加强概念感知

传统课堂中,学生不理解“我要学什么”“我为什么学”.基于AR教学资源,开展“电功率”教学时,引领学生查看教材目录,类比学过的“内能与热机”“机械功与机械能”,激发学生能量认知概念,体验旧知识过渡至新知识的成长过程.为此,教师可提问学生：“翻开教材目录,你们能告诉我这一册教材学习的主要内容是什么吗?请画出关键词.”学生通过观察,认为关键词是“能”,进而引进新知：“我们学习了内能、机械能,之后我们将学习电能,根据观察的课时名称,你能总结出我们将从哪个方面进行能量研究吗?”“功率!”“同学们说得对,做多少功将消耗多少能量,功率可代表能量做功的快慢,即能量消耗快慢”,出示板书.

3.2 创设生活情境

在“电功率”教学中,为了构建学生的能量观念,开展区域性知识整合,创设生活情境,保证知识具备逻辑性.教师可提问学生：“我这里有PZ220-15和PZ220-100这两个灯泡,观察上面的数字,你能获得哪些信息呢?”学生小组讨论：“我认为是100瓦和15瓦的灯泡,220是电路电压.”继而提出猜想：“同学们说得很有道理,那么王大爷想要选择一个更亮的灯泡,你们猜猜将在电路中接入这两个灯泡,哪个更亮呢?”以此开展实验,观察灯泡亮度、电能表铝盘转动速度,明确电能表铝盘速度表明电器电能消耗速度,引导学生定义“机械功率”与“速度”概念.通过类比法,获得“电功率”概念,总结单位时间内消耗的电能(或做的功)即为电功率.通过创设生活情境,发现物理问题,进而运用物理知识解决生活问题,有效渗透能量转换思想,加强学生对电功率的理解.

3.3 开展实验探究

教师根据学生对“电功率”的认知,可开展“测量小灯泡电功率”的实验,利用AR教学资源,模拟实验,总结实验规律,引导学生分组讨论、自主探究,发挥学生主观性.教师引入教学：“我们已经知道了电功率,那么怎样对其进行测量呢?”设计实验：

(1)电路怎样连接才能让灯泡发光?

(2)为了测量小灯泡电流与电压,怎样设计电路图?

(3)为保证小灯泡两端额定电压,需要多大电源电压?

(4)怎样对小灯泡两端电压实时调整?

(5)怎样判断额定电压下小灯泡是否发光?

学生带着问题开展试验,引入AR教学资源NOBOOK实验室,平台提供电流表、干电池、滑动变阻器、开关、导线、电阻、灯泡、电压表等,学生可自主摆放器材,对器件、导线自由连接,调节电源电压,按照不同量程显示,读取电压表、电流表数据.整体实验动态生成,操作不当时系统将会及时提醒,便于学生更改.

第一步：绘制电路图,利用仿真电路图模板,选择所需器件添加其中.

第二步：绘制中改变器件方向、闭合开关,验证电路通路,根据电路图,将生成虚拟实验,摆放器件、导线走向均按照电路图实施.

第三步：结合电路图,布置虚拟试验台,开关闭合,观察小灯泡从暗变亮,查看电流走向、电压读数,见图1.

图1 AR虚拟实验室

第四步：学生根据实验步骤,调节滑动变阻器,改变小灯泡两端电压,分别是“小于额定电压”“额定电压”“1.2倍额定电压”,能够直接点击器件观察电压数据,进而读取电流表数据,计算电功率.

3.4 改进教学评价

基于AR教学资源的“电功率”教学,教师应当做好观察、评估工作,明确其思考能力、探究能力、动手能力、解决问题能力等,结合实验报告,评价学生掌握“电功率”知识程度.制定AR教学评价表,衡量教学效果,指标见表1.

表1 AR教学评价表(部分)

通过此种方法,实现学生、教师综合能力的不断提升,提高教学质量,推动初中物理教学发展.

4 结束语

初中物理是以实验操作、学生探究为主的学科,却受限于实际教学的仪器、环境制约,难以实现学生合作探究、个性化学习及科学素养培养.因此,初中物理教学应结合实际情况,合理应用AR教育资源,从加强概念感知、创设生活情境、开展实验探究、改进教学评价这几方面出发,实现“AR+教育”的深度融合,打造教学新形态,从“以说代做”转变为“自主探究”,增强学生的自主探究能力.