依托三维工具，点亮“智慧课堂”

赵俊 巩晓雁 钟永江

● 顺应时代发展，紧跟教育信息化步伐

2015年在国际教育信息化大会开幕式上，国家主席习近平发去贺信，强调因应信息技术的发展，推动教育变革和创新，构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系。时任国务院副总理的刘延东在大会上致辞，倡议要更加重视教育信息化在突破时空限制、促进教育公平方面的作用和地位，加强信息技术与教育教学深度融合，促进优质数字教育资源开发和共建共享，推动不同文明交流互鉴。

2016年9月，山东省济南市天桥区教育局与东北师范大学理想信息技术学院签约，就“智慧教育云平台”的构建，暨教育信息化战略进行合作。三年间，东北师范大学理想信息技术研究院的专家团队针对平台的建设、平台庞大资源的使用和教师的成长进行跟踪指导，提升教师智慧教育理念下的信息技术与学科教学深度融合的能力，促进教与学方式的变革。在2018年“智慧教育种子教师”的跟岗培训中，笔者有幸成为一名“种子教师”，通过观摩研讨、线上学习、线下实践、专家面对面指导等，笔者的信息化教学能力有了“质”的飞跃。

● 深入分析教材，实验遭遇“瓶颈”

物理是一门以实验为基础的学科，在物理课堂教学中，实验必不可少，而实验有时候会遭遇“瓶颈”。例如，电功率是整个初中电学知识的综合，且与生产生活实际紧密联系，在进行“电流做功的快慢”即电功率的教学中，需要设计和家庭电路有关的实验，或一些虽然具有“破坏性”却能充分说明问题、能给学生留下深刻印象的实验，以及一些学生层面的探索性实验，但这些实验历时长，受实验设备、实验耗材以及安全隐患等因素的制约，有些不能在课堂上实际操作，这在一定程度上影响了教学内容的呈现和教学效果。

● 畅游“云平台”，寻找“智慧”方法

在跟岗培训过程中，“智慧云平台备课助手”的强大功能为笔者带来了新思路，其中三维工具和同步实验的设置，就如同一个个真实的场景。从“小孔成像”到“探究凸透镜成像的规律”，从“浮力产生的原因”到“阿基米德原理”，从“家庭电路”到“探究通电螺线管磁场的方向”，光学、力学、电学的知识内容几乎都涵盖了。这些三维工具和同步实验形象逼真，贴近生活和生产，能够很好地帮助学生将知识与实际联系起来，同时也使笔者找到了在课堂教学中某些实验不能实施呈现的解决方法。因此，笔者尝试将三维工具和同步实验运用到“电流做功的快慢”即電功率的教学中，使教学内容的实施突出重点、突破难点，收到了显著的成效。下面，以“电流做功的快慢”这一节课为例，介绍三维工具和同步实验在这节课中所发挥的作用。

案例设计

《电流做功的快慢》教学设计

1.课程标准

从能量转化的角度认识电源和用电器的作用;结合实例理解电功和电功率;知道用电器的额定功率和实际功率。

2.课时教学目标细目表如下页表

3.学习目标

①经历实验探究，进行分析讨论，能说出电功率的定义及物理意义。②通过自主学习，能写出电功率的定义式及单位。③体验对比实验，能区分额定功率和实际功率。④通过观察实验，动脑分析讨论，激发创造意识。

4.重点和难点

重点：额定电压、额定功率。

难点：电功率概念的建立。

5.教学准备

信息化资源：智慧云平台中的三维工具和同步实验。

演示实验器材：能量转化演示器、电压表两个、电流表两个、0～20Ω的滑动变阻器两个、2.5V小灯泡一个、3.8V小灯泡一个、电源两组、学生电源一个、导线若干、遥控塔吊玩具一个。

6.评价设计

（1）通过评价活动（一）（二）（三）以及课堂检测，检测学习目标①②③的达成。

（2）通过评价活动（二）、（四）以及作业，检测学习目标④的达成。

7.学习过程

评价活动（一）：思考讨论，知识回顾

要求学生思考并回答以下问题：电功的公式是什么？各字母的含义及单位是什么？电流做功的实质是什么？下面几个用电器将电能分别转化成了什么能？（教师展示图片）

设计意图：本节的教学中要用到电功的公式及其实质的相关知识，复习强调这些内容，为本节的学习打下良好的基础。

评价活动（二）：实验激趣，引入新课

教师利用如下页图1所示的装置，闭合开关，启动电动机，将重物提升;改变电压，重复刚才的实验。学生认真观察实验，思考并回答问题：实验过程中，重物获得了什么能？重物获得的能量是由什么能转化来的？哪次实验重物上升得快？哪次电流做功快？

设计意图：电流做功虽然看不见，但能够观察到电动机通电吊起重物的过程以及重物先后两次上升快慢的不同。同时，辅以由浅入深、层层递进的问题设计，把抽象的过程通过形象的实验，自然过渡到“电流做功的快慢”，从而引入新课。

评价活动（三）：依托电学实验，深入新课学习

活动任务1：电功率概念的建立。

教师分别将额定电压为2.5V、3.8V的小灯泡与滑动变阻器串联，接入如图2所示的两个电路，用电压表和电流表测出灯泡两端的电压和通过的电流，并提出问题：哪个电路灯泡更亮？哪个电路电流做功快呢？怎样比较电流做功的快慢呢？（点拨提示：你是怎样比较物体运动快慢的？你又是怎样比较力做功快慢的？怎样比较电流做功的快慢呢？）学生思考讨论，选择合适的方法，并通过计算支持自己的观点。

设计意图：此实验是在电动机提升重物的基础上设计的。电流对电动机做功的快慢可以由重物上升的快慢间接反映，哪一次重物上升得快，哪一次电流经过电动机做的功就快。基于此，在该实验中，针对电流经过电路中的灯泡时，电流做功的快慢由什么来间接反映这个问题学生很自然会联想到哪个灯泡亮，电流经过它所做的功就快——引出“电功率”概念。在学生对“如何比较电流做功快慢”有些茫然时，按照知识学习的先后顺序以及相关关系，设计点拨提示中的内容，利用知识的迁移和类比，让学生思考、讨论、计算，顺理成章地建立起“电功率”的概念，突破了本节的难点。

活动任务2：自主学习电功率的相关知识。

要求学生自己学习电功率的物理意义、电功率的定义及电功率公式及推导等知识。

设计意图：这部分内容是在前期理解性学习的基础上，将所学知识用文字或公式总结表达出来，学生完全有能力通过自学完成。这样做一方面让学生的学习换个方式全员参与，不至于太单调;另一方面，能较好地培养学生的自学能力和对知识的总结概括能力。

活动任务3：实际功率。

要求学生利用电功率的计算式，算出电路中两个灯泡此时的电功率，并根据实验现象和数据得出结论：灯泡的亮度取决于其实际功率。

设计意图：这部分内容的设计有以下几个作用——一是对刚学的知识进行巩固训练，同时对电压表、电流表的读数进行复习;二是通过计算将结果与灯泡的实际亮度结合起来，让学生直观地感受到灯泡的亮度取决于它此时的电功率，即此时电流在单位时间内经过灯泡所做的功;三是使学生学习建立新的知识概念——实际功率。

活动任务4：额定功率。

教师演示实验：在接有额定电压为2.5V小灯泡的电路中，再增加2节干电池，把电压表的量程换接为0～15V，闭合开关，调节滑动变阻器，使小灯泡的亮度由暗变亮直至烧毁熄灭。

学生通过实验的体验，学习额定电压、额定功率。

设计意图：此实验的设计是在学习实际功率的基础上，通过观察电压表、电流表示数的变化，以及灯泡亮度的变化，使学生直观地感受到灯泡实际功率的变化，明确灯泡的实际功率存在无数个;当灯泡的实际电压、实际功率过大时，灯泡瞬间烧毁熄灭，这给了学生视觉上的冲击和震撼，也使得额定电压和额定功率概念的建立成为必然。

活动任务5：联系生活，进一步加深对电功率相关知识的认识。

（1）学习了解生活中一些常见用电器的额定电压、额定功率。

利用三维工具，让学生观察额定功率分别为15W和100W、额定电压都为220V的灯泡分别接入家庭电路中的正常发光情况（如图3）。

（2）利用三维工具，将额定功率为100W，额定电压为220V的灯泡接在家庭电路中，让学生观察其在用电高峰期、用电低谷期的发光情况（如图4）。

设计意图：虽然前面的实验中，学生观察到了实验小灯泡的发光情况，体会到了它的亮度和实际功率的关系，但与实际生活场景相差甚远。如果只将两个生活中的灯泡接入一个示教板进行演示，还是缺乏直接的、身临其境的感觉。利用云平台备课助手中提供的三维工具，不仅将学生“带入”“真实生活”的家庭中，体会对比额定功率为15W和100W灯泡正常工作时的亮度，还能显示出它们在用电高峰期、用电低谷期的亮度情况，加深了学生对实际功率和额定功率的理解。

（3）利用三维工具，模拟家庭电路中同时使用多个额定功率较大的用电器，观察体验“真实线路”因电流过大而被烧毁的情况，并要求学生运用电功率的计算式进行定性的分析。

设计意图：有些“破坏性”实验具有一定的危险性，存在安全隐患，在课堂上是不能进行实际操作的。因此，在前面充分了解各用电器额定功率的基础上，很好地利用三维工具，再现家庭电路中同时使用几个大功率电器而烧毁线路的情境，这样设计，一方面让课堂联系了实际，使学生进一步意识到用电器的选择和使用对生活中的安全用电有着重大的指导意义，另一方面又由此引出了新的问题——为什么总功率过大，会导致总电流过大呢？将学生又重新“带回”了课堂，再趁热打铁运用刚学的电功率公式分析，讲练结合，巩固新知。同时这也是潜移默化地指导学生，要善于在生活中发现问题、提出问题，运用所学的物理知识来解决实际问题。

在以上两个环节中，云平台备课助手中的三维工具充分发挥了它的优势，使得在课堂上不易操作、不适合操作的实验以及无法创设的生活场景，能在课堂上展现无遗，使“从生活走向物理，从物理走向社会”的教学理念落到实处。

评价活动（四）：反馈新知，碰撞思维

教师引导学生回顾引入新课时的实验，思考并回答问题：整个装置可以制造出生产中的什么器械？如何实现使重物上升得再快些？从哪些方面可以改變它的功率？你能画出简单电路图吗？

设计意图：本环节提出的问题与新课引入的实验前后对照，增强了教学的完整性，充分挖掘此实验在本节教学中的效能。几个问题的设置层层递进，使学生由普通的实验装置联想到塔吊，即由物理课堂“转战”到了生产实践，由实现快速吊起重物联想到改变电压或电流从而改变实际功率，进一步联想到可由串联一个滑动变阻器来实现，由提出问题到解决问题，顺理成章，水到渠成。

教师课堂小结，要求学生讨论并尝试写出本节的课时知识结构。

设计意图：一是让学生自己说出本节课学习的收获，以此来检验听课效果，培养锻炼学生的语言表达能力和对知识的总结概括能力。二是在回忆所学知识的基础上，让学生通过思考和讨论，将本节的知识内容提炼出来，在头脑中建立知识树;同时将自己写出的知识结构，与教师提供的知识结构进行对比，寻找差距和不同，并进行完善。这也是一种全新的学习方法，有助于帮助学生对所学知识的整体、系统认识。

8.布置作业

（1）登录智慧云平台中的“理想学堂”，利用其中的同步实验——影响电流做功快慢的因素，进行仿真探究，设计出你心目中最为理想的塔吊方案，尤其要解决好可调节升降快慢的问题。

（2）阅读课本第122页例题的解题过程，思考本题的求解还可以用什么方法，其中的变形公式是如何得出的。

设计意图：作业既有知识性内容，又有开放性、创造性内容，目的是巩固新知，开拓思维，充分发挥学生的想象力和创造力。尤其是智慧云平台中的同步实验将探究拓展到了课下。仿真实验的呈现形式，既解决了学生在家实验器材不易准备的问题，又使得实验结果直观明了，最重要的是提高了学生学习物理的积极性，将家、校中的物理学习有效地结合了起来。学习物理的最终目的就是要学以致用，用知识来解决问题、改进工具，甚至是发明创造出新的事物服务于我们的生活和生产。设计开拓性、创造性、开放性的探究作业，旨在让学生在轻松完成的基础上展开讨论，碰撞出创造的火花，培养学生的创造能力，增强他们勇于创造的信心。

智慧反思

纵观本节课的教学过程，行之有效的实验贯穿课堂教学的始终。首先利用“电动机启动吊起重物”的实验引入新课，然后观察两个电路中灯泡的亮度，利用已有知识建立电功率的概念，突破本节的难点，接着通过调节滑动变阻器，观察感受灯泡亮度的变化至烧毁熄灭，建立实际功率、额定功率的概念，突出教学重点，紧跟着利用三维工具操作仿真实验，带领学生身临其境，感受并明确额定功率的指导意义，最后照应引课实验，并通过作业中的同步实验，引领学生开启创造的大门，树立创造的信心。整个教学过程过渡自然，由浅入深，步步为营，让学生始终“基于问题学”“基于任务学”“基于探究学”。

智慧云平台的应用，将教学中的三要素变为了四要素，即教师、学生、教材、教学平台，拓展了教学内容，优化了教学过程，改变了教学方式，点亮了物理课堂教学。智慧云平台中的三维工具和同步实验，优化了实验过程和实验效果，给学生留下深刻的印象，激发了学生学习物理的兴趣，同时，也为教师对学生的思维培养由理解性向创造性转变提供了一条新的途径。

随着信息技术的发展及其与教学有效融合的探索与实践，利用信息技术助力物理课堂教学成为提高教学效益的重要手段，它将促使我们进一步挖掘智慧云平台中的各项功能，使其更好地服务于教育教学，点亮我们的智慧课堂！