“互联网+”时代的中学物理教学展望

2017-06-27黄爱国

物理教师 2017年6期

关键词：互联网+物理实验

黄爱国

(华南师范大学附属中学,广东广州 510630)

·现代教学技术·

“互联网+”时代的中学物理教学展望

黄爱国

(华南师范大学附属中学,广东广州 510630)

“互联网+”技术构建连接一切的应用,将给学校教育带来彻底的变革．本文从物理课堂、物理实验、反馈评价和物理教师等4个方面的变化对未来“互联网+”时代的中学物理教学作出了构思．

互联网+；教师；中学；物理

“互联网+”是以互联网平台为基础,利用信息通信技术包括移动互联网、云计算、大数据计算等与各行业的跨界融合,构建连接一切的应用过程．云技术、物联网、大数据这些新名词改变了我们的生活方式,改变了我们的思维方法,改变了各行各业．互联网与教育的融合在10多年前就已经开展了．早在上世纪90年代末各名校开设的网校,近10年来各种教育机构建立的在线教育等,都是互联网与教育融合的形态．但是这些互联网教育形式并没有形成自己独立的应用体系,仅仅作为学校教育的辅助,未有彻底的变革,不受学生、家长和教师的欢迎．

在未来的10年或20年内,学校教育将从传统模式慢慢过渡到学校教育与互联网+教育共存的新模式．以教师为中心的教育模式将转变为由学生主导、自主学习、互动游戏等新的教育模式．学校里更少的课堂与更多的实验室,更少的讲授与更多的交往,更少的灌输与更多的互动,更个性化的服务和更灵活的学制,将使未来学校在互联网+教育里得到新生．

1 互联网+物理课堂

传统课堂上,学生们置身于盒子一样的课室．大多数时间里都是教师在讲台上站着讲、学生在下面坐着听．学生思维上的不同和天赋上的差距被忽略了,他们被要求做同样的事、保持同样的课程进度．现在学校正在开展的走班制教学改革,也只是让学生在课程上有了一些选择,在教学方式和学习方式上并没有多大的变化．

高中物理新课标要求“要致力于促进学生自主学习,创设学生积极参与、乐于探究、善于实验、勤于思考的学习情境．通过多样化的教学方式,引导学生理解物理学的本质,整体认识自然界,形成科学思维习惯,增强科学探究能力和解决实际问题的能力,逐步形成科学态度和正确的价值观．”

“互联网+”时代的物理课堂应该是放弃标准化的教育模式,让学生按照最适合自己的方式学习．用主动学习代替被动学习,通过自行掌控学习进度并借助教师辅导和亲身实验,学生可以学得更深入和更高效．

“互联网+”时代的物理课堂,将教学与信息通信技术结合,创造可持续、可复制、可管理的学习环境．课堂里各种异步活动在进行,基本上所有的学生都在进行着不同的活动．我们的学生都在忙着自己的学习．有些学生在做实验,有些学生在他们的个人设备上观看教学视频,有些学生在小组讨论,有些学生在学校的电脑或自己的设备上做同步习题,还有些学生在与教师进行一对一交流或小组交流．“互联网+”时代的物理课堂除了原有的传统学习方式外,还将有下面几种学习方式．

(1) 个性学习.学生按照自己的节奏结合课程目标和自己的学习兴趣自主完成一系列学习任务．例如,学生在高一阶段学习新高中课程必修2“静电场及其应用”,若学有余力并对新高中课程选修1-2“电势能与电势差”感兴趣,可以自主选择学习这部分内容，这部分学生在高二阶段就不需再学习这部分内容;对于部分学习困难的学生可按课程结构学习,分两个年级完成静电场的内容．

(2) 广度学习.在完成课程目标的学习过程中还要学习许多与课程目标相关的知识,做到博览群书,追求宽广的知识面．例如,学完电势概念再学习均匀带电球壳、带电圆环等带电体的电势分布等．

(3) 深度学习.通过查看阅读多种版本的参考资料,经过自己的深入思考和钻研,透彻了解物理规律本质的学习;对某个知识点所引申的问题,刨根问底,并通过各种办法去解决这些问题,就是深度学习．例如,通过大学电磁学等参考书,学习高斯定理,并通过高斯定理学会计算各种带电体的电场强度的分布,并利用这些结论推导出平行板电容器的决定式,然后学习各种类型的电容器,学会在实验室利用多种方法测量电容量等(如图1)．

图1

(4) 小组学习.在前面3种学习方式中,有相同的学习进度或需要解决同一类问题时由学生自愿组合成一个小团体的合作学习方式．有时教师也会主动参加进来,在合作性的学习过程中,生生之间或者师生之间的交互活动是多边进行的．学生之间相互帮助,发挥群体的积极功能,提高个体的学习动力和能力．

2 互联网+物理实验

物理学是建立在科学实验基础上的．人们通过观察物理现象,定量测量物理量,并根据测量结果分析这些物理量之间的关系,从而实现对物理规律的认识和证实．从教育学的角度看,物理实验对于掌握自然科学、全面提高人的素质以及树立正确的世界观都是不可或缺的,在培养学生的创新精神和实践能力方面具有重要作用．

高中学生物理核心素养之一是实验探究能力,要求学生“具有科学探究意识,能发现问题、提出合理猜测;具有设计实验探究方案和获取证据的能力,能正确实施实验探究方案,使用各种科技手段和方法收集信息;具有分析论证的能力,会使用各种方法和手段分析、处理信息,描述、解释实验探究结果和变化趋势;具有合作与交流的意愿与能力,能准确表述、评估和反思实验探究过程与结果”．

“互联网+”时代,由于技术的进步,实验内容和方式都得到极大的扩展．传统的物理实验与信息通信技术结合起来,将使学生们在任何时间任何地点都可以做各种各样的实验．

(1) 传统实验.

传统实验,就是学生或教师在实验室现场按照仪器操作规范完成一定目的操作过程．在“互联网+”时代,传统的分组实验、演示实验、随堂小实验、设计性实验,将随着课堂教学方式和学习方式的改变,做出相应的调整．物理实验室将变成一个各取所需不需付费的“超市”,学生可以按照自己的需求或者课程目标的要求向实验教师提出申请,实验教师提供实验需要的器材,帮助学生完成实验．任课教师根据全班学生的学习进度和学习内容提前在“超市”里取出相关的实验器材,在辅导学生或参与小组讨论时,通过演示实验帮助学生突破难点，掌握相关的知识．

(2) 远程实验.

远程实验是通过网络信息通信技术将实体科学实验室中的设备连接起来，让世界各地的学生在计算机屏幕通过网络远程控制实验室仪器设备,通过数据传输或视频传输实时将实验结果反馈回来．

荷兰的PavolBauer教授2008年研究电力教学的远程趋势,他将从电力发电到照明的几十种分布在不同大学的设备进行远程控制和学习,完成了虚拟和实体相结合的整体系统的课程学习．2010年,欧洲科学家通过远程实验完成11个欧洲国家的学生的实体机电一体化实验．学校的实验设备在物联网和云技术的支撑下,进一步发挥协作共享的作用．

(3) 虚拟实验.

早期的虚拟实验室是仿真实验,在计算机上用仿真软件模拟现实的效果,仿真实验开辟了物理实验教学的新天地．但由于仿真实验毕竟是虚拟的,在学生的怀疑面前仿真实验的说服力是先天不足的．

图2

“互联+”时代的虚拟实验,是一种综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,通过一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术,在计算机上生成的、可交互的三维环境．把虚拟世界套在现实世界并进行互动,就是把学生的意识代入一个虚拟+现实的世界,带给学生身临其境在“真实实验室”做实验的感觉，如图2所示．

目前,VR(Virtual Reality,即虚拟现实)和AR(Augmented Reality,即增强现实)这两个技术还处于体验阶段,且都是在眼镜上得以实现的(如图2所示)．但是,VR和AR绝不会止步于此,未来VR和AR将在物理实验中占有一席之地．

3 互联网+反馈评价

评价不仅是对学习结果的价值判断,还对学习的过程有明显的反馈作用,导向学习过程的不断修正,成为促进学生发展的媒介．通过反馈作用,评价的过程与学习的过程交互在一起,成为学生发展的必由途径．

高中物理新课标要求“要重视以评价促进学生的学习与发展,重视评价的诊断功能和激励功能,致力于创建一个主体队员、方法多样、既重视结果亦重视过程的评价体系．提倡评价应关注学生的个体差异,帮助学生认识自我、建立自信,改进学习方式,提升物理核心素养．”在学习的过程中评价,促进评价过程和学习过程的融合是新课标给我们提出的要求．基于现有的教育模式和技术手段,对学生的学习过程的真实性评价做得不够全面和彻底，大部分还是传统意义的终结性评价．在普遍运用大数据的“互联网+”时代,学校教育的反馈和评价将会更加及时有效．

(1) 反馈.

学生在学习中使用电子教科书、数字化讲座、各种远程实验和虚拟实验、各种线上线下测试、参与各种学校活动等,都将成为获取数据的平台．例如,学生在线学习时,可以通过大数据记录和追踪每名学生答对或答错了多少题、用了多长时间．教师通过大数据分析,可以适当调整课程结构和课程内容,对于学生学习困难的内容可增加各种学习辅导资料或教师增加辅导时间等;通过大数据分析,每个阶段都及时向学生反馈自己的学习状态,指导学生适时调整学习的速度和方向．

(2) 评价.

我们现在实行的高考改革将学生综合素质评价作为高校录取的依据之一，与美国宾州的做法有点相似．在美国宾州,有一个叫做EDLINE的网站,将学生的每次作业、每次考试记录在网上,完成学生的日常GPA积累,坚持下来的数据积累,对于学生、家长和教育管理非常重要,依靠这个GPA 再加上学生的SAT和ACT所提供的分析报告以及志愿者活动资料,就决定了学生的大学去向．

未来“互联网+”时代的评价应该是以综合报告的形式在网络中呈现．基于大数据环境下的学生评价综合报告应该包括: (1) 学生共性部分.学生的基本情况、各学科学习进度和成绩、作业完成情况、代表性的作业或实验报告、获奖情况、学生阶段性总结、任课教师的阶段性建议和评价、家长评价等．(2) 学生个性化部分.参加各种文艺、体育、社团或社会实践等活动的文字、图片或视频资料．(3) 横向比较部分.以匿名的形式展示同龄中在某一方面或整体表现突出的评价报告,以及整体学生表现的平均水平,让学生了解自己所处的位置,以及努力的方向．学生综合评价报告应伴随着学生的整个学习进程动态更新．

在云计算、物联网、大数据的背景下,教育将变成一种数据支撑的行为科学．大数据时代的教育,将变成为一门实实在在的实证科学．

4 互联网+物理教师

高中物理新课标要求物理教师“帮助学生从物理视角认识自然,理解自然,建构关于自然界的物理图景;引导学生经历科学探究过程,会使用科学研究方法,养成科学思维习惯,增强创新意识和实践能力;引领学生认识科学的本质以及科学技术和社会环境的关系,形成科学态度、科学世界观和价值观,为做有责任感的未来社会公民奠定基础．”

互联网+物理教师不再是按照教科书给学生传授物理知识,而是具有多重的身份,未来的教师更像一个导师,从以教为主,变成以导为主．

(1) 学生课程内容的规划者.

教师个体、教研组或区域教研机构形成三位一体的课程开发架构．教师以学生的认知兴趣和需要为基础结合课程标准规划课程内容．采取网络收集、合作制作等方式建立以微课程视频、远程实验、虚拟实验、文本资料、过关小测试等形式的课程内容,将这些内容形成树状结构,并具有清晰的指引．由于“互联网+”环境下资源共享十分便利,大多时候教师本人并不需要制作具体的微课程,而是如何将网上现成的课程资源筛选,规划在自己的课程内容上．

(2) 学生自主学习的辅导者.

学生自主学习过程中,总会遇到各种大大小小的问题．例如，这个知识点如何理解,这道题不太会做，大的方面甚至如何选择学习方向,是广度学习还是深度学习等．这时教师就是学生自主学习的辅导者,给学生答疑解惑、帮助学会运用知识解决问题;按照学生的特点和能力建议学生学习方向,提供清晰的学习边界给学生．(3) 学生思维建构的帮助者.

教师要善于分析并抓住课程内容知识点之间的内在联系,帮助学生搭建思维发展的链条,同时设计问题、作业和小测试，建立学生思维训练的空间,让学生形成知识结构的构建．物理教师应该帮助学生利用各种实验手段来观察、动手,建立活动链帮助学生进行实验与理论的思维建构．

(4) 学生思想品德的培育者.

学生的自主学习活动是获取知识与技能,与传统学校教育的“教”的功能是一致的．但是学生的成长只有知识和技能的增加是远远不够的．“育”的内容是一般学习活动中不可能具有的．教师是学生思想品德的培育者,教师通过各种活动,言传身教、潜移默化的教育学生,学校教育是学生形成良好思想品德的重要途径．

(5) 学生学业生涯的引路人.

学业生涯是学生在学校教育环境下的成长过程,是学生学习的轨迹．教师作为学生学业生涯的引路人,帮助学生确立恰当的学习目标,提升选课的意识和能力;指导学生制定合理的学习计划,改善学习方法,提高学习效率和学习能力;帮助学生了解自己的兴趣、能力倾向、个性特点与生涯发展的关系;引导学生合理规划升学与就业目标．