整合信息技術(shù)的高中物理課堂體驗(yàn)式教學(xué)實(shí)踐

邱曉峰+林冰冰

摘 要：信息技術(shù)的發(fā)展讓教育行業(yè)進(jìn)入信息時(shí)代，合理使用技術(shù)手段能夠加深學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有利于學(xué)生理解抽象的物理模型，提高學(xué)習(xí)效率。通過(guò)三種不同課型的教學(xué)案例來(lái)展示如何利用信息技術(shù)構(gòu)建切合高中物理學(xué)科特征的TPACK視角下的物理教學(xué)。

關(guān)鍵詞：高中物理；學(xué)習(xí)體驗(yàn)；TPACK；課堂教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）7-0066-2

學(xué)生進(jìn)入高中后，普遍反映物理學(xué)科的成績(jī)較之以前下降很多，更有甚者出現(xiàn)了聽(tīng)不懂物理課的現(xiàn)象，主要原因多出自于對(duì)高中物理學(xué)中抽象的概念、模型無(wú)法理解。學(xué)生的抽象思維能力若得不到及時(shí)的提升，就容易出現(xiàn)這種問(wèn)題。而如今各種信息技術(shù)的發(fā)展則給老師們提供了多種技術(shù)手段，能夠幫助學(xué)生體驗(yàn)物理學(xué)抽象的模型[1]，從而加深自身體會(huì)。

整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)（TPACK）是處于信息時(shí)代的教師必備的一種教學(xué)能力，是融合了學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)以及技術(shù)知識(shí)三種知識(shí)要素后形成的新知識(shí)[2]。由于涉及的條件、因素較多，且彼此交互作用，往往不存在固定的解決方案，只能依賴學(xué)科教師的認(rèn)知靈活性在三種知識(shí)的結(jié)合與交叉中尋找。本文從筆者日常的教學(xué)案例中精選三種不同課型案例來(lái)展示如何在TPACK視角下構(gòu)建高中物理課堂，整合信息技術(shù)手段來(lái)解決物理學(xué)教學(xué)過(guò)程中難以突破的地方。

案例一 TPACK視角下的規(guī)律建立課型

本案例是高一物理必修2“平拋運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課的一個(gè)教學(xué)實(shí)例，這節(jié)課上筆者用普通攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)拍攝模式（有條件的也可用高速攝像機(jī)）來(lái)解決平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律這一教學(xué)難點(diǎn)。

（1）創(chuàng)設(shè)情景讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的方法

和傳統(tǒng)教法一樣，本節(jié)課也做了平拋豎落儀的實(shí)驗(yàn)，把平拋運(yùn)動(dòng)的豎直方向和自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，但不同的是實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)老師問(wèn)了一個(gè)問(wèn)題：兩小球同時(shí)落地是不是就說(shuō)明了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)是完全等價(jià)的？這個(gè)問(wèn)題會(huì)沖擊學(xué)生的思維，也體現(xiàn)了物理學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。當(dāng)然不能說(shuō)明，那么如何解決這個(gè)問(wèn)題，有想法的學(xué)生很自然地就聯(lián)想到要把兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程都展現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)行比較，時(shí)時(shí)刻刻都相同才能說(shuō)明兩個(gè)運(yùn)動(dòng)相同。物理學(xué)的教學(xué)不僅表現(xiàn)在教授學(xué)生物理規(guī)律，更表現(xiàn)在為了研究物理規(guī)律而設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法。

（2）合理技術(shù)手段的應(yīng)用加深學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

在自由落體實(shí)驗(yàn)中，用普通攝像機(jī)拍攝或者用手機(jī)直接拍攝，由于小球運(yùn)動(dòng)速度較快，攝像機(jī)的采集頻率跟不上，會(huì)造成拍攝出來(lái)的視頻小球拖影并且越到后期速度越快，拖影越嚴(yán)重，給我們研究問(wèn)題造成困難。因此，本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)了拍攝方案，用攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行拍攝。由于每秒采集的幀數(shù)提升了，避免了小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的拖影現(xiàn)象。類似的應(yīng)用還可以用在拍攝斜拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、機(jī)械能守恒等課堂教學(xué)中。

同時(shí)利用到了交互式電子白板（集合了計(jì)算機(jī)、電子感應(yīng)白板、感應(yīng)筆以及投影儀等，用以實(shí)現(xiàn)白板與計(jì)算機(jī)、演示者與聽(tīng)眾之間的雙向互動(dòng)）把拍攝到的視頻用于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想時(shí)播放，可以逐幀慢放，并且可以直接在電子屏幕上留下小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，這對(duì)后期解決運(yùn)動(dòng)規(guī)律的問(wèn)題提供了極大的幫助，對(duì)學(xué)生理解本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)大為有利。由此可見(jiàn)，合理地使用技術(shù)手段可以提升中學(xué)物理課堂教學(xué)效率。

案例二 TPACK視角下的規(guī)律應(yīng)用課

本案例是高一物理必修2“圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析”這節(jié)課的一個(gè)教學(xué)實(shí)例。常規(guī)教法就是讓學(xué)生用剛學(xué)會(huì)的向心力公式去研究圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例。但是，筆者這節(jié)課的教學(xué)著眼于如何利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段讓學(xué)生能夠在課堂上體驗(yàn)圓周運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)的臨界條件，并且能夠把學(xué)生對(duì)這一問(wèn)題的思維路徑展示出來(lái)。

（1）物理模型的建立應(yīng)盡量讓學(xué)生感同身受

在圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析中經(jīng)常涉及到的一個(gè)實(shí)例就是過(guò)山車模型，這也是豎直面上圓周運(yùn)動(dòng)臨界條件應(yīng)用的一個(gè)重要實(shí)例。學(xué)生普遍難以理解的就是為何過(guò)最高點(diǎn)時(shí)還需要有速度，以往老師就是用向心力公式對(duì)最高點(diǎn)受力分析得出結(jié)論。而在本節(jié)課的教學(xué)中，老師利用VR技術(shù)，讓學(xué)生在課堂上“親身“體驗(yàn)了一把坐過(guò)山車的全過(guò)程，特別是利用VR技術(shù)有意識(shí)地增加了在軌道最高點(diǎn)的次數(shù)，讓學(xué)生帶著問(wèn)題“身臨其境”感受到了在軌道最高點(diǎn)時(shí)必須要有速度才能通過(guò)，之后的理論分析就順理成章了。類似地，VR技術(shù)還可應(yīng)用在天體運(yùn)動(dòng)、原子模型等較為抽象并且難以用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的物理教學(xué)中，這種利用虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行物理探究學(xué)習(xí)[3]，在學(xué)生的學(xué)習(xí)中十分受歡迎。

（2）可視化工具展示學(xué)生思維全程

以往的課堂學(xué)生思考問(wèn)題的過(guò)程很難被發(fā)現(xiàn)，展示出來(lái)的只是最后的結(jié)果，若單獨(dú)把學(xué)生叫到黑板上書(shū)寫(xiě)，一來(lái)浪費(fèi)時(shí)間，二來(lái)展示的只是一個(gè)學(xué)生的思維過(guò)程，不具備普遍性。本節(jié)課在課堂設(shè)計(jì)中利用我校的智慧教室，配合網(wǎng)龍101pad，讓學(xué)生直接在pad上對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例進(jìn)行受力分析。由于相當(dāng)于在自己的作業(yè)本上分析，學(xué)生相對(duì)輕松，會(huì)暴露出自己平時(shí)在學(xué)習(xí)中的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，最后學(xué)生把圖提交到教師端，老師可以在課堂上對(duì)所有學(xué)生的畫(huà)圖作出點(diǎn)評(píng)，也可以保存作為課后研究學(xué)情使用。

案例三 TPACK視角下的模型建立課型

本案例是高二物理選修3-1“用磁感線描述磁場(chǎng)”的教學(xué)實(shí)例。本節(jié)課在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升華，從物理模型的層面展開(kāi)，要求綜合學(xué)生之前學(xué)習(xí)的積累，進(jìn)一步鞏固“模型法”。

問(wèn)題的提出源于學(xué)生的自主需求。由于老師們平時(shí)在黑板上畫(huà)的、課件上展示的磁場(chǎng)都是平面圖，而學(xué)生在后期應(yīng)用該知識(shí)解決具體問(wèn)題的過(guò)程中（例如：判斷安培力方向等），卻經(jīng)常要用到立體的磁場(chǎng)模型，對(duì)某些空間想象力不夠好的學(xué)生就造成了從課堂學(xué)習(xí)到實(shí)際應(yīng)用的脫節(jié)，導(dǎo)致這部分學(xué)生感覺(jué)磁場(chǎng)部分的學(xué)習(xí)困難。因此，能否利用多媒體手段展示出條形磁鐵、通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)空間分布圖，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中提出的強(qiáng)烈要求。本節(jié)課在教授過(guò)程中利用了SolidWorks軟件構(gòu)建立體的磁場(chǎng)模型。SolidWorks軟件具有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，使其成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案，該磁場(chǎng)模型還可以進(jìn)行任意角度的翻轉(zhuǎn)，有了各種磁場(chǎng)的立體模型后，對(duì)空間想象力欠缺的同學(xué)的學(xué)習(xí)帶來(lái)極大的便利，也為后期安培力、電磁感應(yīng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

我們的社會(huì)終將走向未來(lái)，我們的教育也要積極地面對(duì)未來(lái)，我們的教師在平時(shí)教學(xué)中合理使用現(xiàn)代化技術(shù)手段結(jié)合日常教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，構(gòu)建符合未來(lái)物理學(xué)科教育的TPACK框架，就能更加充分地發(fā)掘物理教學(xué)的功能，創(chuàng)造機(jī)會(huì)讓學(xué)生更多地體驗(yàn)物理規(guī)律的形成過(guò)程，對(duì)提升學(xué)生的物理能力是大有裨益的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張寶輝，張靜. 技術(shù)應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)的新視點(diǎn)——訪美國(guó)密歇根州立大學(xué)馬修·凱勒教授[J].開(kāi)放教育研究，2013，19（2）：4-11.

[2]Koehler M J， Mishra P. What Is Technological Pedagogical Content Knowledge？[J].Journal of Education， 2009， 193（1）：60-70.

[3]陳建. 虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的物理探究學(xué)習(xí)[J].中小學(xué)電教，2011（z1）：93-95.

（欄目編輯 鄧 磊）