推进信息化教学 打造精彩教学设计

肖 力 周 斌

(无锡工艺职业技术学院,江苏 无锡 214200)

“互联网+”时代现代信息技术飞速发展,移动终端设备不断完善,媒体资源日趋丰富,加速了课堂教学结构和形态的变革．《国家教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化十年发展规划(2011—2020)》明确提出:“要推进信息技术与教育教学的深度融合,鼓励教师利用信息机术创新教学模式,培养学生信息化环境下的学习能力,从服务教学拓展为服务育人全过程．”为落实国家“互联网+教育”的精神,运用信息技术进行教学已成为教育改革的必然要求,教师应主动更新教育理念,积极转变自身角色,充分利用信息技术手段创新教学设计,为学生提供科学及时的支持与服务,培养学生学会学习的能力．

1 信息化教学设计内涵

信息化教学是以先进教育教学理论为指导,以现代信息技术为支撑,精准服务学生的学习需求与个性化发展,应用新型教学模式和方法的教学活动．信息化教学不是传统教学与信息化手段方法的简单相加,而是利用现代信息技术构建的一套完整的新型教学体系．信息化教学以建构主义理论为基础,强调以学生为中心,提倡知识是学生主动建构意义的对象,教师依据认知规律和学生共同设计学习路径与方法,利用现代信息技术为学习提供科学高效的支持,最终达成提高学生认知能力的目标．

信息化教学设计包含传统教学设计所有内涵与特点,是传统教学设计的升级版和发展阶段．信息化教学设计基于信息化教学环境,以信息化教学理论为指导,充分恰当利用各种信息化手段和信息资源,科学合理地安排教学过程中各个步骤与要素,为学生学习提供良好的信息化学习条件,实现整个教学过程的优化与提升的系统方法．

信息化教学设计的原则是利用各种信息资源服务和支持学生的“学”,强调学习环境的设计和师生、生生之间的相互协作,注重学生学习能力的培养,一般以任务驱动、问题解决、自主探究为学习活动的主线,学习管理与评价都基于过程和数据,通过挖掘现代信息技术的优势,对教学设计进行多维优化,从而提高教学效率,提升教学水平与效果．

2 信息化教学设计的特点

师生角色“转变升级”．在信息化环境下,教师不再是知识的唯一来源,不再独享知识的垄断权和传授权,不再一味地灌输知识与技能,教师应成为教学中的导航者、设计者、促进者,学生学习的帮助者与陪伴者,从知识的“搬运工”转变为学生全面发展的“领路人”,在教学过程中与学生分享决策权,与学生共同设计与体验自主学习的整个过程．学生也不再被视为知识的被动接受者和知识灌输的容器,学习过程被赋予更多的自主权,学生主动参与整个教学活动,利用各种信息化资源获取、分析、加工新知识,体验尝试问题的多种解决方式,促使学习提升为自主探究和意义建构的过程,培养出真正具备自主学习能力的优秀人才．

学习资源“形式多样”．随着互联网与多媒体技术发展,知识的载体早已不局限于书本,文字、图片、视频、动画、虚拟现实、增强现实、3D感官体验等资源将以结构化、动态化、形象化的方式呈现给学生,通过互联网有机整合与共享,所有资源构成了信息的海洋．

教学过程“差异个性”．利用信息化辅助学习系统,尊重不同学生个体间的差异,通过各种智能设备识别和记录学习行为,借助大数据分析得出不同学生学习的特征与需求,为学习提供精准的帮助与支持,从而实现因材施教和因需施教,促进个性化教学．

管理评价“自动智能”．利用各种信息化设备与软件,通过实现学习考核评分无纸化、学习任务分配便捷化、学习行为跟踪诊断智能化,学习沟通协作无障碍化,从而达成教学管理与评价自动化、网络化、高效化、智慧化的目标．

教学环境“虚实结合”．信息技术的不断发展改造了传统物理教学环境,让传统教学由教师个人表演的“舞台剧”发展成为集声、光、电等多种感官为一体的“大片”,进而创造了多种虚拟学习环境,如虚拟课堂、虚拟教室、虚拟实训室、虚拟工厂、虚拟社会等,利用最新的网络技术亦可实现远程操控物理设备,远程测试组装,异地协作实验．

学习过程“双线自主”．学习过程从传统单线传授教学升级为信息技术支持下的双线自主的异步学习,线上教师提出引导性问题和布置学习任务,帮助学生主动学习建构知识,学生通过线上搜集分析资料,观看微课、动画、视频进行自主学习．线下教师通过情境创设,鼓励学生互相协作,自主进行知识探究,引导学生利用所学知识解决实际问题,最终促进知识的内化和技能的强化．

3 “电磁感应”信息化教学设计案例

3.1 教学分析

3.1.1 教材分析

本课程选用的是高等教育出版社出版的中等职业教育国家规划教材《物理》(通用类),本次课教学时长为2课时,授课内容是教材第5章第5节电磁感应．电磁感应是电磁学的重要组成部分,上承磁场与电生磁等知识,下启自感和互感等内容,在电子信息工程领域有着广泛的应用,学习电磁感应为专业知识的学习和职业能力的培养奠定坚实基础．

3.1.2 教学对象分析

本次课的教学对象是电子信息工程技术专业一年级的学生,他们出生在“数字时代”,被称为“数字土著”,思维自带“数字基因”,喜欢新鲜事物,善于使用网络、手机、微课、三维动画等现代信息技术进行交互式学习．根据智慧学习平台对学生历史学习数据的分析(图1),学生对物理现象兴趣浓厚,观察能力和实验操作能力较强,能够识读简单电路,已经掌握电场相关知识,但是学生自主探究学习能力、分析与解决问题能力和团队协作能力还有待加强,需要教师引导促进多加鼓励,个别学生对磁感应强度和磁通量等知识理解不够深入,对抽象的理论知识学习积极性不高．

图1 学生能力评价LZ雷达图

3.1.3 教学目标和教学重难点

根据人才培养方案的要求和学生已有的知识结构,本课确定了三位一体教学目标．知识目标:分析并理解感应电流产生的条件．能力目标:掌握电磁感应,运用公式进行简单计算,掌握右手定则判断感应电流的方向．素质目标:培养严谨求实的科学探究精神,提升假设推理和科学论证的核心素养,培养团队协作的精神和创新意识,加深对“科技强国”的理解．教学重点是自主探究感应电流的条件,教学难点是电磁感应定律的理解及运用．

3.2 教学策略

根据教学分析,本次课基于学生为主体,教师为主导的教育思想,采用课内课外、线上线下的混合式教学模式,在STEAM科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering),艺术(Arts)、数学(Mathematics)的教育理念的引领下,将研究性学习贯穿始终．本次课将日常生活中手机无线充电器引入物理课堂,发现问题建构知识,再从物理原理联系社会,通过中兴事件和磁悬浮列车等应用,培养爱国情怀,拓展应用实践．针对传统教学存在教学手段单一,知识抽象不容易理解,教学反馈不及时等问题,利用智慧学习平台,记录并优化教学过程;引入动画视频和数字实验系统,将抽象的物理原理转化为可视的感性认知,突破教学难点;采用多种形式的拓展资源,提升教学效果．

3.3 教学过程

3.3.1 课前准备

本次课以磁如何生电这个问题为主线,教师引导学生提出猜想,学生自主分析探究、相互协作、总结归纳得出结论,并将所学知识应用于生活生产中．课程开展前,教师在智慧学习平台发布导学微课和互动课件,布置课前测验,学生登录平台复习磁场、磁通量、奥斯特实验等知识,利用平台自助提问,和教师交流,和学生讨论．学生完成课前测验,平台自动评分并记录,作为总评成绩的第一部分．教师根据课前测验,将学生进行强弱搭配分组教学,实现学生之间的优势互补,为小组探究学习奠定基础．然后,教师再在智慧学习平台上展示趣味铜管实验(图2),让学生们猜想磁铁和铁块在铜管中同时下落是否会同时着地,经小组讨论后在平台上进行投票,教师暂不公布实验结果,给课程学习设置悬念,激发学生科学探究的热情．最后,教师向每个小组推送物理学史动画小电影——《划时代的发现》(图3),通过诙谐幽默的情节让学生了解电磁感应发现的艰辛过程,让学生领悟和理解物理思维方法,发展学生的实验探究能力[1],传递吃苦耐劳、实事求是、坚持不懈、开拓进取的科学精神．

图2 铜管实验

图3 物理学史动画小电影——《划时代的发现》

3.3.2 新课导入

进入课堂教学,教师首先向学生展示利用无线充电器给手机充电,引导学生思考,激发学生求知欲,让学生对新知识发出惊叹并对学习产生浓厚兴趣．接着,教师向学生提出问题:手机和充电器之间没有任何导线相连,手机中的电从何而来?最后,教师让学生自主选择实验器材并布置课堂探究任务．

3.3.3 任务1:自主探究感应电流产生的条件

学生带着问题,搜集相关资料,进行组内讨论,认真思考,相互协作设计实验电路,共同探究感应电流产生的条件．在探究学习的过程中,教师发现不同组设计的实验电路不尽相同,有的组发现,闭合回路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动时,回路中电流表的指针会发生偏转,产生感应电流;有的组发现,将线圈与电流表相连,将条形磁铁插入和抽出线圈的过程中,电流表也会偏转,磁铁静止在线圈中,电流表不会发生偏转;还有的组发现,将线圈B与电流计相连,线圈A连接滑动变阻器、开关并连接电源,将线圈A插入线圈B,闭合开关的一瞬间,电流表发生偏转,迅速调节滑动变阻器的滑片或者断开开关,电流表也发生偏转．各组根据各自的实验结果,分别归纳总结出感应电流产生的条件,协作完成实验报告并提交平台,选出代表分组汇报实验方案、过程和结果,作为总评成绩的第2部分．针对部分小组提交的感应电流产生条件不够全面,教师利用立体动画展示3个实验闭合回路中磁场发生变化的过程(图4),引导学生展开讨论,重新思考,综合3个实验的现象与结果,寻找感应电流产生的共同点,共同归纳出产生感应电流的条件是闭合回路中磁通量发生了变化,顺利解决教学重点．教师通过布置自主探究任务,学生将科学与技术相结合,通过大胆猜想,假设推理,互相协作探索出感应电流产生的原因,不但收获了成功的喜悦,而且提升自主探究的能力．

图4 演示动画——3组实验磁通量发生变化的过程

3.3.4 任务2:自主探究感应电流的大小

图5 移动终端显示电流大小变化的过程

3.3.5 任务3:自主学习感应电流方向的判定

学生们掌握了感应电流的大小原因,那么,感应电流的方向又如何判断呢．教师利用平台向同学们推送微课教学视频,让每组学生自主学习右手定则(图6)．学习完成后,每位学生在智慧学习平台进行右手定则虚拟仿真实验,并完成在线闯关游戏(图7),游戏最终等级作为总评成绩的第4部分．教师根据闯关游戏结果,对个别未完全掌握右手定则的学生进行单独辅导．

图6 右手定则——微课

图7 虚拟仿真实验闯关游戏

3.3.6 悬念揭晓

教师让各小组学生自荐上台现场演示铜管实验,将磁铁和铁块同时松手落入两个相同铜管中,学生们发现实验组的磁铁在铜管中下落缓慢,速度远远小于对照组铜管中自由下落的铁块．那么,铜管中到底发生了什么,是什么原因造成磁铁会缓慢下降呢？教师利用三维动画揭示磁铁下降缓慢的原因:磁铁下落过程中,铜管内的磁通量发生了变化,产生了感应电流,同时感应电流激发了感应磁场,反作用于磁铁,从而阻碍了磁铁的下降,使其下落时间变长(图8)．

图8 三维动画——揭示磁铁缓慢下降的原因

3.3.7 物理在生产生活中的应用

学习物理就是为了认知世界,进而改变世界．学生在智慧学习平台中点击“知识拓展”栏目,获取生活中的各种物理应用,了解它们的原理,分析它们的设计,将科学与工程有机融合,巩固学习的成果,为创新实践汲取灵感(图9)．学生通过观看“中兴华为事件”明确了学好物理的重要性,明白只有发展核心技术才不会受制于人,通过研究电磁感应在三峡水利发电和高铁中的应用,理解科学技术是第一生产力,只有科技创新才能支撑起大国的崛起(图10)．教师把爱国主义情怀融入物理课堂,培养学生树立为中华民族伟大复兴而学习理想信念,让“为谁培养人、培养什么样的人、怎样培养人”真正落实到日常教学之中．本课结束前,教师布置课后作业,学生在网络平台上完成自评、小组间互评并完成作业,作为总评成绩的第五部分,教师根据学生的完成情况进行网络辅导,再推送有针对的学习资料供学生复习巩固．

图9 智慧学习平台“知识拓展”模块

图10 中兴事件对我国发展核心技术和物理教育的警示

3.3.8 课后拓展

课后,教师给每个小组提供手机无线充电器制作器材,在学校创新创业孵化室和创梦工作室,以小组为单位自主设计创作手机无线充电器．各组学生充分发挥自己的动手能力与想象力,将3D打印技术、漆器工艺、紫砂技艺与设计创作相融合,制作出各具特色的无线充电器,并上传平台,交流分享,作为总评成绩的第六部分．最后,各小组集聚自身优势,结合地方特色产业,联合设计制作的紫砂艺术作品“五蝠寿桃创意无线充电器”(图11),获得江苏省陶瓷艺术大师的肯定,并提交了外观专利申请书．创新创业实践让科学萌发出艺术气息,学生创作的“五蝠寿桃创意无线充电器”在学校的创梦公益售卖活动中供不应求,科学与艺术的融合跨越了学科的藩篱,不仅培育了学生的动手能力和艺术创造力,而且使学生在物理的学习过程中充满了获得感和成就感．

图11 紫砂艺术作品“五蝠寿桃”创意无线充电器

最后,教师根据课前测验、课中实验、课中测试、游戏评分、课后作业及课后拓展的成绩按照权重得出总评成绩．

3.4 成效与反思

自主探究,逐层建构．本次课我们将研究性学习贯穿全过程,以贴近生活的“黑科技”无线充电器为切入点,借助智慧学习平台记录分析学生学习行为,辅助整个教学过程,通过传统实验自主探究,动画视频剖析本质,数字实验数据验证,微课自学双线并进,虚拟仿真互动体验,闯关游戏强化巩固,三维动画揭秘答疑,循序渐进,由浅入深、由表及里,由现象到本质,教学效果显著．

知行合一,培育素养．学生通过搜集体验、动手实验、相互协作、自主建构、观察对比、讨论归纳,直至问题解决,整个过程中手脑并用,知中有行,行中有知,培养了学生学会学习的能力,提高了学生科学探究、推理论证的物理核心素养,有效突破教学难点,达成教学目标．

课程思政,创新实践．课程通过知识拓展,帮助学生理解物理在人类社会发展中的重要意义,分析社会热点事件与物理学科的关系,帮助学生坚定了报国信念,培养了爱国情怀．课后,通过创新创业实践,将STEAM教育理念深度融合于物理教学中,有效激发了学生的创新意识,锻炼了创业能力．

4 结语

利用信息技术创新教学设计是现代教育发展的必然趋势,是加速推动信息技术与教育教学深度融合重要手段．但我们需要注意的是,信息化教学设计必须坚持以学生为中心,做到合理、恰当、适度的运用信息技术,既不能视信息技术和移动终端为洪水猛兽电子鸦片,全盘否定一禁了之,也不能错把运用信息技术手段当成教学目的,陷入“为了用技术而用技术”泥潭．未来,信息化教学发展的方向应是将创新实践和理性思考相结合,持续推动教学模式和方法推陈出新．[2]