智慧課堂環(huán)境下的《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》實(shí)驗(yàn)教學(xué)

◇潘軍朝（廣東：江門市蓬江區(qū)教師發(fā)展中心）

與傳統(tǒng)課堂不同，現(xiàn)行的科學(xué)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)、去證明科學(xué)知識(shí)。筆者近期組織了本區(qū)內(nèi)的“工匠杯”小學(xué)科學(xué)教師教學(xué)技能大賽。經(jīng)過(guò)初賽后，5 位來(lái)自不同單位的科學(xué)教師現(xiàn)場(chǎng)決賽授課，統(tǒng)一的課題是粵教版（2017年）四年級(jí)下冊(cè)第18 課《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》。該節(jié)課有三個(gè)活動(dòng)：感受摩擦力；摩擦力有多大；接觸面的光滑程度與摩擦力大小的關(guān)系。教學(xué)環(huán)境是設(shè)備齊全的錄播室，教師共同探究了智慧課堂環(huán)境下的科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、智慧課堂環(huán)境下數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

有關(guān)部門要求加快推進(jìn)智慧教育創(chuàng)新發(fā)展，設(shè)立“智慧教育示范區(qū)”，開展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等，實(shí)施人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)。構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+教育”支撐服務(wù)平臺(tái)，深入推進(jìn)“三通兩平臺(tái)”建設(shè)。

（一）數(shù)字化教學(xué)環(huán)境提高教師備課和授課的效率

近年來(lái)，本區(qū)內(nèi)的學(xué)校普遍安裝了一體機(jī)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)是一種將電腦、投影、幕布、音響、顯示屏幕集成在一起的新型設(shè)備，融合了高清顯示、人機(jī)交互、多媒體信息處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷囗?xiàng)技術(shù)，涵蓋了電子白板、電腦、電視、音響等功能，形成了信息化教學(xué)環(huán)境。例如，海信互動(dòng)一體機(jī)的“海信智慧課堂”的PPT 備課，里面有全國(guó)各個(gè)版本小學(xué)到高中的全學(xué)科教材和課程，任課教師只要選擇廣東教育出版的四年級(jí)科學(xué)下冊(cè)第3 單元“運(yùn)動(dòng)和力”第24 課《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》，點(diǎn)擊后都可以在“教育資源庫(kù)”的“課件”處打開該節(jié)課文的教學(xué)設(shè)計(jì)和教案PPT。

一體機(jī)大大提高了科學(xué)教師的備課效率，在方便備課的同時(shí)，教師還可以利用數(shù)字技術(shù)備科學(xué)課的實(shí)驗(yàn)，在海信智慧課堂的“學(xué)科工具”中選擇對(duì)應(yīng)本節(jié)課內(nèi)容的“滑動(dòng)摩擦力”虛擬實(shí)驗(yàn)。同樣，希沃白板的“仿真實(shí)驗(yàn)”有“探究影響摩擦力大小的因素”、鴻合交互教軟件的仿真實(shí)驗(yàn)有“研究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”。

通過(guò)一體機(jī)互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，教師減輕了備課負(fù)擔(dān)。教師在辦公室或者家里的電腦登錄使用“海信智慧課堂”或者“希沃白板”備課，系統(tǒng)自動(dòng)備份成為云課件。教師上課時(shí)在一體機(jī)上登錄，即可選擇打開云課件的課程。教師在課堂使用“仿真實(shí)驗(yàn)”創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)情境，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的參與度。如，仿真實(shí)驗(yàn)“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”，可以創(chuàng)設(shè)玻璃、棉布、毛巾的材質(zhì)，可以調(diào)節(jié)材質(zhì)的粗糙程度和拉動(dòng)速度，可以改變物體的接觸面積和增減物體的重量等。

此外，合理利用一體機(jī)的屏幕錄制微課功能也能提高授課效率。為讓學(xué)生快速認(rèn)識(shí)彈簧測(cè)力計(jì)，在活動(dòng)2 中，參賽授課的一位教師錄制了一個(gè)2 分鐘的“芳芳小課堂”微課，親手演示如何使用測(cè)力計(jì)并強(qiáng)調(diào)測(cè)力計(jì)的使用方法。

（二）信息化環(huán)境的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣邔W(xué)生自習(xí)學(xué)習(xí)能力

在智慧課堂的環(huán)境下，學(xué)生利用電子書包，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，如，查找《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》的資料、觀看教學(xué)視頻、做仿真實(shí)驗(yàn)等方式，把學(xué)科知識(shí)、生活常識(shí)和自身體驗(yàn)相結(jié)合，將本節(jié)課的知識(shí)向課外知識(shí)（初中的力學(xué)）延伸，構(gòu)建了系統(tǒng)化的知識(shí)體系。例如，PhET 的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“力和運(yùn)動(dòng)：基礎(chǔ)”（forces-and-motion-basics），學(xué)生在課前可以了解拔河比賽、運(yùn)動(dòng)和摩擦力的基礎(chǔ)知識(shí)，再結(jié)合《力和運(yùn)動(dòng)》（forces-and-motion）的自習(xí)學(xué)習(xí)，學(xué)生可以游戲化地學(xué)習(xí)力和運(yùn)動(dòng)、摩擦力，如，可感受力大小的“機(jī)器人搬家”游戲。通過(guò)這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，豐富學(xué)習(xí)資源，學(xué)生的主動(dòng)性學(xué)習(xí)能力也可大大提高。

在智慧課堂的教學(xué)環(huán)境中，教師可以把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，放手讓學(xué)生自主實(shí)踐。例如，教師把“海信智慧課堂”滑動(dòng)摩擦力調(diào)出來(lái)，讓學(xué)生自己探究測(cè)量物體在木板、毛巾、玻璃面上的拉力分別是多少。改變物體的重量，再在木板、毛巾、玻璃三種物質(zhì)上測(cè)量拉力。

教師利用信息化手段，將優(yōu)美的音樂、富有情感的畫面、抽象的文字直觀形象地展現(xiàn)為微課的形式，能充分激發(fā)學(xué)生的情感體驗(yàn)。學(xué)生在開展本節(jié)課的活動(dòng)2 時(shí)，利用電子書包等移動(dòng)終端設(shè)備觀看“芳芳小課堂”微課，可以課前自主學(xué)習(xí)或者課中課后再現(xiàn)，使得知識(shí)由枯燥變得有趣、由抽象變得形象。在智慧課堂的數(shù)字化環(huán)境下，學(xué)生的小組學(xué)習(xí)交流大大增強(qiáng)，使得學(xué)生的感受更加直觀，記憶更加深刻。

二、智慧課堂環(huán)境下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

智慧課堂，是指以構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)打造的，實(shí)現(xiàn)課前、課中、課后全過(guò)程應(yīng)用的智能、高效課堂?！哆\(yùn)動(dòng)與摩擦力》這節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究影響摩擦力大小的有關(guān)因素。智慧課堂下的信息技術(shù)有效地解決這個(gè)難點(diǎn)。在信息技術(shù)結(jié)合的科學(xué)教育中，傳感器測(cè)量、虛擬實(shí)驗(yàn)室和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是三項(xiàng)基本的技術(shù)，它們影響著學(xué)生的感官、思維、交流與交往，進(jìn)而影響著學(xué)生的心靈與他們這一代人的科學(xué)文化素質(zhì)。

（一）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合相得益彰

虛擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)已獲得的科學(xué)規(guī)律、定律、公式，通過(guò)電腦模擬出逼真的情境。在《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》的活動(dòng)1“感受摩擦力”中，通過(guò)視頻或者AR/VR技術(shù)呈現(xiàn)給學(xué)生視覺的感知。在“工匠杯”科學(xué)教學(xué)技能決賽中，還有一位教師開展了拉箱子的實(shí)驗(yàn)，非常貼近教材，大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)摩擦力探究的熱情?，F(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)如下：分別在兩只大箱子上綁一條拉索，其中一個(gè)箱子下面安裝了四個(gè)輪子。邀請(qǐng)?bào)w重差不多相同的4 位學(xué)生分成兩組參與活動(dòng)，一名學(xué)生蹲在箱子里，另外一名學(xué)生用力拉，看哪組拉得快。學(xué)生很容易得出結(jié)論：箱子安裝了輪子的那一組拉得快，用力少。這個(gè)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)與數(shù)字化虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合后更有感染力，學(xué)生更容易通過(guò)視覺、觸覺、感覺等，多方面感受摩擦力。

（二）仿真實(shí)驗(yàn)不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)操實(shí)驗(yàn)

當(dāng)今，將虛擬實(shí)驗(yàn)引入科學(xué)學(xué)習(xí)已是科學(xué)教育的發(fā)展趨勢(shì)，虛擬實(shí)驗(yàn)高效率和形象直觀的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生獲取科學(xué)事實(shí)進(jìn)而深刻理解科學(xué)概念具有重要的作用。在智慧課堂的環(huán)境下，交互式一體機(jī)或者電子書包的系統(tǒng)內(nèi)置了不少教學(xué)資源，“粵教翔云”廣東省教育資源公共服務(wù)平臺(tái)的資源也可隨時(shí)登錄使用，國(guó)內(nèi)外基于仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)資源亦很多。但教師在教學(xué)中，不能將仿真實(shí)驗(yàn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)。在探究活動(dòng)3“接觸面的光滑程度與摩擦力大小的關(guān)系”，是培養(yǎng)學(xué)生假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)踐解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)探究能力。如果學(xué)生沒有經(jīng)過(guò)實(shí)操實(shí)驗(yàn)的探究，就會(huì)眼高手低，夸夸其談，但實(shí)操時(shí)卻笨手笨腳，甚至連實(shí)驗(yàn)報(bào)告也不會(huì)填寫。拿著測(cè)力計(jì)不懂調(diào)零、不懂如何讀數(shù)，長(zhǎng)此以往，將會(huì)出現(xiàn)各類錯(cuò)誤的操作或者危險(xiǎn)操作，例如，直接用手拿砝碼、向點(diǎn)燃的酒精燈中添加酒精等。

三、充分利用智慧課堂環(huán)境下的相關(guān)設(shè)備

智慧課堂的信息技術(shù)環(huán)境有可隨意拼組的桌椅、學(xué)生平板電腦、交互式電子白板、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)、紅外追蹤器、NFC 貼片和藍(lán)牙鏈接、智能傳感器、AR 和VR 設(shè)備、資源公共服務(wù)平臺(tái)等。在日常教學(xué)中，教師可以使用如下簡(jiǎn)單的技術(shù)開展內(nèi)容豐富的教學(xué)。

（一）教育資源公共服務(wù)平臺(tái)

教師充分利用本省的教育資源公共服務(wù)平臺(tái)，讓學(xué)生學(xué)，在平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“人人表達(dá)”的同時(shí)，學(xué)生之間開展跨越時(shí)空的“大眾點(diǎn)評(píng)”，為學(xué)習(xí)的持續(xù)改進(jìn)提供群體智慧。教師日常使用平臺(tái)對(duì)應(yīng)的“教學(xué)助手”可以同步備課、在線檢測(cè)、布置課后作業(yè)，結(jié)合“人人通”空間App 還可以將手機(jī)變成PPT 翻頁(yè)器、鼠標(biāo)、投影儀。例如，教師在觀察學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可通過(guò)移動(dòng)學(xué)習(xí)終端（智能手機(jī)）的投屏技術(shù)，把學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程投影到大屏幕上，增加傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的可視化，讓聽課的教師也一目了然。

（二）大數(shù)據(jù)信息反饋學(xué)生學(xué)習(xí)的掌握情況

學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，結(jié)合電子書包，把實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫在電子書包的表格里，完成后上傳到云平臺(tái)，得出一系列數(shù)據(jù)。教師通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以清楚地看出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)是否做好以及具體的數(shù)據(jù)。比如，各組的物體重量是多少，物體在玻璃光滑面的拉力是多少，物體在毛巾面上的拉力又是多少，等等。此外，還可以查看每一個(gè)學(xué)生的鞏固練習(xí)做得如何。

（三）錄播回放教學(xué)反思

結(jié)合智慧課室的自動(dòng)錄播系統(tǒng)，教師課后可以看錄像，查看自己上課的優(yōu)點(diǎn)和不足。集體備課的教師也可以通過(guò)回放錄像，點(diǎn)評(píng)這節(jié)課的效果如何。