數(shù)字教材在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

李水英

【摘要】本文分析傳統(tǒng)物理教學(xué)的局限及數(shù)字教材誕生的背景，以“電流與電壓和電阻的關(guān)系”教學(xué)為例，從創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的猜想、依托數(shù)字教材平臺(tái)推動(dòng)課堂互動(dòng)和共享、依托虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)開展仿真實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)、進(jìn)行變式訓(xùn)練促進(jìn)學(xué)生知識(shí)遷移等方面，探索數(shù)字教材在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】初中物理 數(shù)字教材 教育信息化

電流與電壓和電阻的關(guān)系

【中圖分類號(hào)】G63 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2023）25-0074-03

隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)和教育信息化的發(fā)展，各級(jí)教育部門依托信息技術(shù)打造數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，推進(jìn)基礎(chǔ)教育教學(xué)改革，不斷提高基礎(chǔ)教育教學(xué)質(zhì)量，取得了較好的實(shí)踐效果。數(shù)字教材的出現(xiàn)，為課堂中的師生提供了更多靈活多樣的教學(xué)案例以及學(xué)習(xí)方法和活動(dòng)。本文以文獻(xiàn)研究和課例解析為主要方式，探索數(shù)字教材在初中物理教學(xué)中的具體應(yīng)用。

一、傳統(tǒng)物理教學(xué)的局限及數(shù)字教材平臺(tái)的誕生

傳統(tǒng)物理教學(xué)往往存在著較多的局限，如理論知識(shí)講解占據(jù)大部分課堂時(shí)間，導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高；物理演示實(shí)驗(yàn)以教師操控、講解為主，師生之間缺少有效互動(dòng)，學(xué)生的參與度不高、探究意識(shí)不強(qiáng)；學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，缺乏自主學(xué)習(xí)能力及知識(shí)遷移能力，學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力未能得到有效的培養(yǎng)。以上問題得不到解決，不利于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。為了擺脫傳統(tǒng)教學(xué)的桎梏，初中物理教師應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)教育信息化的時(shí)代背景，積極探索有助于教師課堂教學(xué)和學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的有效路徑。進(jìn)入教育信息化2.0時(shí)代之后，數(shù)字化教學(xué)資源的應(yīng)用受到教師前所未有的重視。數(shù)字教材平臺(tái)中的數(shù)字教材融合了文字、音頻、視頻、圖片及動(dòng)畫元素，具有知識(shí)呈現(xiàn)方式更加生動(dòng)形象、課堂互動(dòng)更加便捷高效、教學(xué)過程更加利于分層施教、教學(xué)資源更加便于修訂和完善等優(yōu)越性。

主要面向中小學(xué)的數(shù)字教材平臺(tái)以傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材為核心，整合了大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字傳媒技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所打造的數(shù)字教材平臺(tái)涵蓋了數(shù)字化資源、學(xué)科教學(xué)工具、智慧課堂活動(dòng)等廣泛內(nèi)容，是一種互動(dòng)性極強(qiáng)的教學(xué)平臺(tái)。數(shù)字教材最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠提供云端數(shù)據(jù)，便于教師實(shí)現(xiàn)信息共享和線上互動(dòng)，使教師可以利用信息化工具及時(shí)對(duì)教材頁面進(jìn)行批注、高亮、插入、修改。數(shù)字教材平臺(tái)還具備較強(qiáng)的兼容性，可以直接對(duì)接當(dāng)前大量的信息化教學(xué)工具，比如希沃白板、希沃授課助手等，不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)以及線上互動(dòng)，而且可以革新傳統(tǒng)的教學(xué)方式，提升教學(xué)成效。

二、數(shù)字教材在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用課例解析

數(shù)字化教學(xué)手段的靈活運(yùn)用，能解決初中物理教學(xué)實(shí)踐中的一些問題，數(shù)字教材能增加課堂教學(xué)的信息量，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效率。下面筆者結(jié)合人教版物理九年級(jí)上冊(cè)“電流與電壓和電阻的關(guān)系”教學(xué)課例，探索數(shù)字教材在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

“電流與電壓和電阻的關(guān)系”一課的教學(xué)內(nèi)容要求學(xué)生認(rèn)識(shí)影響電流大小的因素以及探究電流與電壓和電阻之間的關(guān)系，掌握串聯(lián)和并聯(lián)電路中電阻的作用，學(xué)會(huì)運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。教學(xué)過程中需要強(qiáng)化學(xué)生的問題猜想意識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手操作能力、邏輯分析能力以及物理實(shí)驗(yàn)中實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。由于本課教學(xué)內(nèi)容具有較強(qiáng)的綜合性，為了使學(xué)生能夠高效理解本課知識(shí)點(diǎn)，教師要充分發(fā)揮信息技術(shù)在教學(xué)中能將抽象知識(shí)可視化、復(fù)雜知識(shí)簡(jiǎn)單化的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用數(shù)字教材輔助學(xué)生分析電流、電壓、電阻之間的邏輯關(guān)系，有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（一）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的猜想

教學(xué)情境是教師在教學(xué)過程中，有目的地設(shè)計(jì)或安排的一種教學(xué)場(chǎng)景，為的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，促進(jìn)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。物理教學(xué)情境一般通過視頻、故事、可視化實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)等形式來創(chuàng)設(shè)，方便教師在短時(shí)間內(nèi)將學(xué)生的思維快速聚焦物理學(xué)習(xí)內(nèi)容。以數(shù)字教材為依托，利用數(shù)字教材平臺(tái)進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，具有較強(qiáng)的靈活性和多樣性。數(shù)字教材多樣化的教學(xué)視頻以及相關(guān)資料，不僅能豐富教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容，使物理教學(xué)更具實(shí)用性和藝術(shù)性，還能迎合初中生的學(xué)習(xí)需要，增強(qiáng)學(xué)生的課堂專注力。

初中生的抽象思維能力比較薄弱，對(duì)一些相對(duì)抽象的物理概念、原理和定律難以理解，這就要求教師在物理教學(xué)中基于學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)既符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，又具有科學(xué)性和引導(dǎo)性的教學(xué)情境，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！半娏髋c電壓和電阻的關(guān)系”一課為初中物理電學(xué)知識(shí)，理論性較強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容較為枯燥。教師需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生已有的知識(shí)水平，圍繞教學(xué)目標(biāo)設(shè)疑激趣，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)可以發(fā)現(xiàn)問題和探究問題的教學(xué)情境。

在課堂導(dǎo)入階段，教師利用數(shù)字教材平臺(tái)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，有助于提升情境創(chuàng)設(shè)的靈活性和多樣性。教師先在平臺(tái)上為學(xué)生展示三個(gè)不同的數(shù)字化電路圖，電路圖中各元件都可以調(diào)節(jié)，教師不必浪費(fèi)過多課堂時(shí)間繪制電路圖或組裝實(shí)體電路，因而可以快速進(jìn)入本課教學(xué)主題。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察電路圖中滑動(dòng)變阻器接入不同電路后小燈泡不同的亮度，向?qū)W生提出問題：“同學(xué)們觀察這三個(gè)電路圖，思考為何小燈泡的亮度不同？”

教師以問引思，促使學(xué)生快速聚焦本課教學(xué)要素電流、電壓、電阻之間的相互聯(lián)系。學(xué)生仔細(xì)觀察三個(gè)電路圖，發(fā)現(xiàn)不同電路圖中滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻存在較大差異，而小燈泡的亮度也會(huì)隨之發(fā)生變化。學(xué)生思考后能夠得出“小燈泡的亮度不同與電路中電流的大小有一定關(guān)系”“滑動(dòng)變阻器是影響電路中電流大小的主要因素”等相關(guān)猜想，從而引出“電流與電壓和電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)探究。

（二）依托數(shù)字教材平臺(tái)，推動(dòng)課堂互動(dòng)和共享

課堂教學(xué)不是學(xué)生單方面聆聽教師講解理論知識(shí)，而是教師教與學(xué)生學(xué)的交互過程。課堂互動(dòng)是師生互相交流、共同探討、互相促進(jìn)的一種教學(xué)組織形式，有利于發(fā)揮師生雙方的積極性和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

在開始物理實(shí)驗(yàn)探究前，為了讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)則、實(shí)驗(yàn)原理等物理知識(shí)，教師除了口授、示范外，還可以依托數(shù)字教材平臺(tái)，運(yùn)用信息技術(shù)推動(dòng)課堂互動(dòng)。這樣既能活躍課堂氛圍、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，又能促進(jìn)學(xué)生的思考，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。探究電流與電壓和電阻之間的關(guān)系，學(xué)生需要完成多項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)。而開展物理實(shí)驗(yàn)所需要的一系列器材、素材、條件等要素，需要以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體進(jìn)行自主選擇和設(shè)計(jì)。在這一教學(xué)環(huán)節(jié)，教師依托數(shù)字教材平臺(tái)在電子屏幕上提供的不同器材，引導(dǎo)學(xué)生選擇探究電流、電壓、電阻三者之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)器材。

師：探究電流與電壓和電阻之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)涉及電流、電壓、電阻三個(gè)物理量，可以運(yùn)用什么研究方法？

生：控制變量法。

師：具體應(yīng)該怎樣操作？

生：可分解為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。探究電流與電壓之間的關(guān)系時(shí)，保持電阻不變；探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)，保持電壓不變。

師：實(shí)驗(yàn)探究需要用到哪些器材？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)電子屏幕上提供的器材進(jìn)行選擇，并以學(xué)習(xí)小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)。

在數(shù)字化教學(xué)的物理課堂上，學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位，利用電容筆點(diǎn)觸屏幕完成實(shí)驗(yàn)器材的選擇和實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，之后利用小組屏幕推送功能共享本組的實(shí)驗(yàn)電路圖，使所有的學(xué)生都可以看到本組的電路設(shè)計(jì)。教師通過屏幕共享，引導(dǎo)學(xué)生開展小組之間的交流活動(dòng)，讓學(xué)生思考哪個(gè)電路圖能夠滿足實(shí)驗(yàn)探究要求。這一過程考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。學(xué)生通過交流討論不斷完善實(shí)驗(yàn)電路圖，得出最佳的實(shí)驗(yàn)方案。之后教師通過投影方式將實(shí)驗(yàn)方案顯示在大屏幕上，進(jìn)行細(xì)節(jié)講解。

（三）依托數(shù)字教材平臺(tái)中的虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，開展仿真實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)

物理知識(shí)具備較強(qiáng)結(jié)構(gòu)性，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中需要利用自主探究的方式了解物理知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，這是構(gòu)建物理知識(shí)體系的重要過程。數(shù)字教材可以為學(xué)生提供更多的思考與拓展空間，有助于學(xué)生開展物理學(xué)習(xí)探究活動(dòng)。學(xué)生按照數(shù)字教材中提供的資源，將傳統(tǒng)物理教學(xué)中的難點(diǎn)問題，運(yùn)用數(shù)字教材及信息化教學(xué)工具進(jìn)行呈現(xiàn)，將難點(diǎn)問題具象化、簡(jiǎn)單化，促進(jìn)對(duì)物理知識(shí)的理解。

數(shù)字教材平臺(tái)上的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K有電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表以及阻值不同的定值電阻等“器材”，學(xué)生可以自主選擇其中的實(shí)驗(yàn)器材并完成電路的連接操作。教師借助數(shù)字教材平臺(tái)和電路模擬仿真軟件組織學(xué)生開展仿真實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，讓學(xué)生運(yùn)用控制變量法分別控制電阻或電壓，探究電流與電壓的關(guān)系或電流與電阻的關(guān)系，從中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)造性思維能力。例如，為了探究“電流與電壓的關(guān)系”，學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖1所示的仿真實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)歷了可視化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之后，再進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作。操作中，學(xué)生先測(cè)量電阻R1兩端的電壓和通過的電流大小，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理到表1中，然后用同樣的方法分別測(cè)量電阻R2和R3對(duì)應(yīng)的電壓和電流，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出如下結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比。

接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生參照實(shí)施“電流與電壓的關(guān)系”仿真實(shí)驗(yàn)的方法，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器控制電阻兩端的電壓不變，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究“電流與電阻的關(guān)系”，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理到表2中。學(xué)生經(jīng)過多次測(cè)量和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，歸納出如下結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。

（四）基于實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行變式訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)遷移

初中物理教學(xué)目標(biāo)在于夯實(shí)學(xué)生的物理基礎(chǔ)知識(shí)，幫助學(xué)生掌握物理原理、物理規(guī)律以及物理現(xiàn)象等。但是，部分物理現(xiàn)象、公式之間是有一定的相似性，需要學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析，發(fā)展結(jié)構(gòu)化思維能力。數(shù)字教材平臺(tái)可以通過組織線上活動(dòng)，讓學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)分享，利用思維碰撞和頭腦風(fēng)暴的方式發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的變式運(yùn)用。

變式運(yùn)用知識(shí)有助于發(fā)展學(xué)生舉一反三的能力。在本課中，教師通過變更實(shí)驗(yàn)條件或結(jié)論，對(duì)學(xué)生進(jìn)行變式訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的反向推理能力，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移運(yùn)用。例如，在學(xué)生完成“電流與電壓和電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)探究后，教師在平臺(tái)上為學(xué)生呈現(xiàn)如圖2所示的課堂鞏固練習(xí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)電流、電壓、電阻三者關(guān)系的靈活運(yùn)用。

變式訓(xùn)練有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維能力，幫助學(xué)生打造多層次和多角度的創(chuàng)新思考空間。教師依托數(shù)字教材平臺(tái)進(jìn)行變式訓(xùn)練，通過改變其中某一個(gè)要素來轉(zhuǎn)換題型的整體背景和條件，進(jìn)一步提升訓(xùn)練的多樣性和靈活性，從而提高課堂教學(xué)效率。

在初中物理教學(xué)中，教師合理發(fā)揮數(shù)字教材在教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)、推動(dòng)課堂互動(dòng)和知識(shí)體系構(gòu)建等方面的優(yōu)勢(shì)，不僅有利于營(yíng)造良好的課堂教學(xué)氛圍，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力?；跀?shù)字教材的教學(xué)模式創(chuàng)新于教師而言具有較大的拓展空間。教師可以結(jié)合自身的教學(xué)風(fēng)格以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行靈活調(diào)整，合理篩選平臺(tái)上的數(shù)字化教學(xué)資源，提升數(shù)字教材的應(yīng)用價(jià)值。

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