數(shù)字賦能：創(chuàng)新初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新樣態(tài)

李良明

【摘 要】促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)融合，推進(jìn)物理探究性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)新樣態(tài)逐步形成的有效途徑。本文嘗試從創(chuàng)新情境創(chuàng)設(shè)、搭建教學(xué)支架、創(chuàng)新呈現(xiàn)方式、拓展教學(xué)時(shí)空、推動(dòng)學(xué)科融合等方面探討數(shù)字化環(huán)境下的初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新路徑。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）02、03-146-02

物理實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。然而，現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式還存在著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)效果不明顯、實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣、實(shí)驗(yàn)探究能力受限制等問(wèn)題。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，要充分“借助信息技術(shù)手段，通過(guò)數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備等完成，以更好地發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)的育人功能?！币虼?，教師應(yīng)積極探索數(shù)字技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合方式，推動(dòng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革，構(gòu)建符合數(shù)字化時(shí)代的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新樣態(tài)[1]。

創(chuàng)新情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)實(shí)驗(yàn)期待

情境教學(xué)法因其直觀性、形象性等優(yōu)勢(shì)，成為優(yōu)化教學(xué)環(huán)境的一種有效手段。傳統(tǒng)教學(xué)條件下，教師缺乏創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境的意識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)往往采用語(yǔ)言方式，或直接開(kāi)啟物理實(shí)驗(yàn)，不利于激發(fā)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)期待。教師應(yīng)合理運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)手段，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境沉浸效應(yīng)，讓學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生足夠的探究期待。

如“光的反射”一課，該節(jié)課的一項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)是探究光的反射規(guī)律。為了激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情，筆者以生活中光的反射現(xiàn)象為素材，借助數(shù)字技術(shù)對(duì)獲得的素材進(jìn)行分析和處理，以動(dòng)漫形式呈現(xiàn)出來(lái)，包括人們每天起床后照鏡子梳妝打扮、路口擺放的凸面鏡、汽車(chē)安裝的后視鏡、潛望鏡等。結(jié)合創(chuàng)設(shè)的數(shù)字化教學(xué)情境，筆者自然地提出問(wèn)題：這些鏡子具有怎樣的功能？其物理原理是什么？

數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于情境創(chuàng)設(shè)，有效提升了教學(xué)情境的沉浸效果[2]。經(jīng)過(guò)數(shù)字技術(shù)處理的情境素材變得更加符合學(xué)生認(rèn)知興趣，不同光的反射現(xiàn)象以直觀方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前。情境創(chuàng)設(shè)也為問(wèn)題的提出進(jìn)行了有效鋪墊，讓學(xué)生從關(guān)注現(xiàn)象轉(zhuǎn)向探究現(xiàn)象背后的本質(zhì)，既能激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的期待，又能喚醒學(xué)生的創(chuàng)新思維。

搭建教學(xué)支架，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能

數(shù)字技術(shù)為凸顯學(xué)生主體地位創(chuàng)造了條件，教師可以借助數(shù)字技術(shù)和數(shù)字化教學(xué)資源，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)搭建支架，讓學(xué)生在自主和合作探究的過(guò)程中不斷提升實(shí)驗(yàn)操作技能，加深對(duì)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和本質(zhì)的理解。

在教學(xué)“光的反射”一課時(shí)，在引導(dǎo)學(xué)生探究光在水、玻璃等均勻介質(zhì)中傳播規(guī)律的過(guò)程中，教師可以借助教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”觀察光在水、玻璃中傳播的途徑教學(xué)內(nèi)容搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)支架。圍繞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師可以以“探究光在水、玻璃中傳播的途徑”為主題，設(shè)計(jì)一個(gè)主題微課，從實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)探究目的、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面，直觀地演繹物理實(shí)驗(yàn)從策劃、設(shè)計(jì)到操作、展示和總結(jié)的全過(guò)程。

數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用將教師從示范實(shí)驗(yàn)中解放出來(lái)，獲得更多的時(shí)間觀察學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)，更好地發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。同時(shí)，主題微課又充分發(fā)揮其見(jiàn)微知著的優(yōu)勢(shì)，將實(shí)驗(yàn)技能教學(xué)有機(jī)滲透在其中。學(xué)生借助微課搭建的教學(xué)支架，在“迷你實(shí)驗(yàn)室”實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例支持下，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)探究流程獲得全面了解，為學(xué)生自主或合作開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)奠定了基礎(chǔ)，使之具備開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)的能力。

創(chuàng)新呈現(xiàn)方式，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程

初中物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主要以教師示范為主，學(xué)生觀看教師實(shí)驗(yàn)操作。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，也不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得全面認(rèn)識(shí)。教師可以利用數(shù)字技術(shù)賦能物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)新初中物理實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式。通過(guò)數(shù)字賦能，讓物理實(shí)驗(yàn)從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)，讓實(shí)驗(yàn)從關(guān)注結(jié)果轉(zhuǎn)向兼顧實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)和結(jié)果[3]。

如基于“光的反射規(guī)律”的物理實(shí)驗(yàn)，為了幫助學(xué)生了解光在不同物質(zhì)中的傳播規(guī)律，圍繞光在均勻物質(zhì)與不均勻物質(zhì)中的傳播規(guī)律，可以運(yùn)用數(shù)字技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。先借助VR虛擬技術(shù)，讓學(xué)生跟隨著光在兩種不同的介質(zhì)中的模擬傳播，基于均勻介質(zhì)和不均勻介質(zhì)，借助數(shù)字技術(shù)進(jìn)行比較和展示。

數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使得傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)方式得到有效創(chuàng)新。學(xué)生借助虛擬技術(shù)，隨著光線在不同介質(zhì)中進(jìn)行模擬傳播，對(duì)光在不同介質(zhì)中的傳播獲得直觀體驗(yàn)，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)抽象進(jìn)行有效鋪墊。在此基礎(chǔ)上，數(shù)字技術(shù)又發(fā)揮直觀性?xún)?yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生對(duì)光在不同介質(zhì)中的傳播進(jìn)行比較。通過(guò)比較，幫助學(xué)生形成深刻認(rèn)識(shí)，從而擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的視野，讓學(xué)生更好地把握光的傳播規(guī)律。

拓展教學(xué)時(shí)空，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)化

物理教學(xué)中，一些實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的方式展開(kāi)，一些實(shí)驗(yàn)受教學(xué)條件制約，不能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行。可見(jiàn)，物理實(shí)驗(yàn)受教學(xué)時(shí)間、教學(xué)空間、教學(xué)環(huán)境等因素制約。數(shù)字化教學(xué)環(huán)境下，教師可以借助信息技術(shù)手段對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)空進(jìn)行拓展，讓一些現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下難以開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)得以呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生借助虛擬的物理實(shí)驗(yàn)獲得豐富的體驗(yàn)，也將不同的物理現(xiàn)象進(jìn)行有機(jī)的關(guān)聯(lián)。

如“光的反射”一課，基于本節(jié)課涉及的光的反射現(xiàn)象，可以借助信息技術(shù)手段模擬海市蜃樓的奇妙現(xiàn)象。讓學(xué)生借助虛擬技術(shù)感受地面熱空氣上升造成地球上物體反射的光線，再通過(guò)大氣的折射形成虛像。同時(shí)，基于不同的場(chǎng)景，借助數(shù)字技術(shù)展示上蜃、下蜃、側(cè)蜃、正蜃、順蜃、反蜃等現(xiàn)象。結(jié)合虛擬的海市蜃樓現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生探究這一現(xiàn)象中的光學(xué)原理。

通過(guò)虛擬技術(shù)的運(yùn)用，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空得到了無(wú)限的擴(kuò)大。物理現(xiàn)象從教材向生活擴(kuò)展，通過(guò)演示海市蜃樓現(xiàn)象，學(xué)生自覺(jué)地調(diào)動(dòng)光的折射知識(shí)，辨識(shí)出其中光的反射現(xiàn)象。同時(shí)，又基于單元整體教學(xué)視角，有機(jī)滲透光的折射知識(shí)，為單元教學(xué)板塊進(jìn)行有效鋪墊。

推動(dòng)學(xué)科融合，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)效能

《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》更加突出了學(xué)科的綜合性，提出跨學(xué)科學(xué)習(xí)的要求。傳統(tǒng)環(huán)境下，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏跨學(xué)科融合意識(shí)；數(shù)字化教學(xué)環(huán)境下，教師可以合理地運(yùn)用信息技術(shù)賦能物理實(shí)驗(yàn)，讓物理實(shí)驗(yàn)突破學(xué)科局限，與其他學(xué)科進(jìn)行有機(jī)融合。通過(guò)跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)，擴(kuò)大物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效能，又在跨學(xué)科教學(xué)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。

在“光的反射”一課中，可以將物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)學(xué)科幾何知識(shí)進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)。如借助數(shù)字技術(shù)演示兩塊平面鏡互相垂直的現(xiàn)象，進(jìn)而演示一條光線經(jīng)過(guò)兩次反射得到另一條反射光線。根據(jù)數(shù)字化演示，讓學(xué)生調(diào)動(dòng)光的反射和數(shù)學(xué)知識(shí)，判斷入射光線和反射光線的位置關(guān)系。通過(guò)結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科，實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)的有機(jī)交融，這不僅擴(kuò)展了物理實(shí)驗(yàn)效能，而且在學(xué)科融通中實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通。

結(jié)? 語(yǔ)

總之，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的活力和強(qiáng)有力的技術(shù)支持。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有利于教師走出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)困境，重構(gòu)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)樣態(tài)，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加符合新課標(biāo)和學(xué)生物理認(rèn)知規(guī)律，成為促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展的重要路徑。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：福建泰寧縣教育局教儀站

編? ?輯：徐靖程