基于互联网+教育的中学物理高端备课——以初中人教版“电流与电路”为例

赵 宁，蒋 蕊

(1.银川唐徕回民中学，宁夏 银川 750002；2.宁夏大学 物理与电子电气工程学院，宁夏 银川 750021)

物理课堂注重物理学科本质的体现，物理教师从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面抽象出育人价值，对提高学生核心素养具有独特的作用，以利于学生终身发展，更好地应对现代和未来社会发展所带来的挑战[1].高中物理新课程标准(2017版)的实施，使传统教学理念中比较概括的“三维目标”变为现在操作性更丰富的“核心素养”[2].物理源于生活，又应用于生活，因此学生通过物理课程学习，最终需要解决生活中的实际问题.维果茨基认为个人头脑之中的或者说内部的过程起源于个体同别人的相互作用[3].因此对于刚接触电学的学生来说，亲身体验安全电流、小组探讨电路的组成是学生认知水平养成的关键所在.中学物理高端备课以学生为主体，关注学科原始概念和原理，以互联网平台为载体，充分利用电子教材、触摸一体机、平板电脑、无线网络、宁夏教育云平台和物理虚拟实验室，通过小组合作学习和实践，学生体会物理知识由具体到抽象再到具体的螺旋式上升模式，培养独立思考问题的能力和实践动手能力，从而形成简单的逻辑思维和辩证逻辑思维，进而解决生活中的实际问题.

1 高端备课

物理教学的高端备课由邢红军教授提出[4-5]，得到了中学物理教师的认可.中学生认知思维处于具体运算阶段，中学物理高端备课的教学过程要符合中学生的认知规律.例如本文通过向学生展现“电荷是如何流动”的动画视频，以情景化的过程来帮助学生学习抽象的物理观念.物理高端备课不同于传统教学设计基于信息加工理论的流程描述，而是在符合物理学特色的物理教学理论指导下，对最具体的物理教学问题做出合乎物理教学逻辑的引领[6].

2 计算机媒体辅助教学

2.1 电子教材

电子教材在全国范围内推广，除了减轻学生的负担外，它的优点还在于：

1)丰富的课程资源、携带方便、引导式的备课模板、随手的电子笔记等为学生和教师带来了很多便利.

2)借助电子教材提供的互动、交往、对话功能与机制，主体间实现了认识上的“共通”，师生成为平等的主体.教学研究领域一直倡导师生间的主体间性[7]，借助电子教材提供的数字化条件与环境支持，师生之间的主体间性更易于实现.与印刷教材不同，电子教材使用主体的角色是多元的，可能包括教师、学生、教材编写者、学科专家等，当然与师生关系类似，其他主体之间借助电子教材也形成了主体间关系.

2.2 物理虚拟实验室

物理虚拟实验室是1套突破教材版本局限的实验制作工具，初高中物理通用.教师可利用该套实验制作工具自主DIY和模拟多个实验，实现真正意义上的实验即时生成性常规化教学活动.它支持全平台，多终端设备通用，教师可根据需求在线开发课件、自由创建和组装实验，实现了云服务、智能化和完全开放的实验环境.

3 教学设计

3.1 设计思路

电流和电路高端备课的课程教学环节和设计意图如表1所示.

表1 课程教学环节和设计意图

3.2 备课过程

在备课期间，选用中教云电子教材(图1)，采用先学后教模式，分为课前、课中、课后3个环节.

图1 中教云电子教材

课前利用云平台向学生推送电子教材、微视频、课前导学案，学生通过自学掌握基础知识，找到自己的疑惑.课中选用优质资源分解一些知识点，学生通过微视频和物理虚拟实验室了解电路的组成以及电流的方向.通过智慧平板、导学案和课件发布课堂检测题，反馈目标达成情况.学生作答后系统给出诊断报告，教师结合诊断报告对本节课进行小结，指导学生形成知识网络.课后布置实践活动，巩固课上知识，并提升学生的能力.

3.3 教学过程

3.3.1 环节1：任务驱动

实验1：微视频展示现代科技LED人体感应灯的工作过程.学生观看视频，猜想LED人体感应灯为什么在夜间当人经过时能感知发光.通过前置学习，解决原生问题.

LED人体感应灯利用了人体产生的热红外线辐射，其工作原理如图2所示.

图2 LED人体感应灯的工作原理

实验2：怎样使小灯泡持续发光.引导学生思考，为什么LED人体感应灯、魔术灯泡在看不见电源的情况下能够发光.学生通过亲身体验寻找魔术灯泡(图3)和一般灯泡的区别在于将电源和开关内置，当触摸魔术灯泡开关时电路接通，灯泡持续发光.

图3 魔术灯泡

3.3.2 环节2：体验进阶

利用电源电压在3 V以内的触电体验仪(图4)，让学生和电流第一次“亲密”接触，感触“电”.4位学生或者全班学生手拉手体验，当教师按下白色开关时，学生会有触电的感受.第一次亲身经历会极大地调动学生探究的积极性，教师引导学生学习电流的相关知识，让学生初步归纳电路的组成：电源、开关、导线和用电器.

图4 触电体验仪

3.3.3 环节3：微课助学

通过任务驱动实验，学生知道持续产生电流的条件是需要电源和闭合的电路.但是对于电流的形成原因不解，因此微课展示电荷的群体移动，形象地再现了电流形成的原因以及电流的方向，感性认知过渡到抽象思维，学生加深了对知识的理解和记忆.

3.3.4 环节4：虚拟实验室再现电流的方向

教材中实验利用二极管来判断电路中电流的方向，由于二极管具有单向导通的特性，因此当二极管发光时可以判断电源正极(二极管长引脚是正接线柱，另外的引脚为负接线柱)，从而确定电流的方向.利用NB虚拟实验室(图5)，不仅可以再现课本中的传统实验，还可以再现电流的方向，学生直观地看到电源外部电流的流向.

图5 物理虚拟实验室

3.3.5 环节5：反馈定标

1)利用展示图片引导学生思考生活中电路的基本组成，让学生区分各种电源、用电器以及开关，进而给出电路的定义，让学生知道电路的基本组成.

2)展示家庭装修时墙体内导线、电饭锅底座中布线图，让学生体会没有合理地布线，如果电路出现故障很难找到问题.为快速找到症结，必须用特殊的元件符号表示电路连接图——电路图.

3.3.6 环节6：合作突破

为了提高学生的思维品质和动手实践能力，更好地理解电路的构成,特设计动手搭建创意电路环节.学生以小组合作讨论的方式，设计方案，点亮台灯.

实验器材：5号电池2节、导线若干(包括可粘贴导线)、曲别针、小灯泡以及创意图纸1张.

实验方案：学生小组合作搭建简单电路，闭合开关后小灯泡发光.通过再现电路的构成，学生更加深刻地认识电路中每个组成部分的作用，从能量转化的角度分析组成元件的用途.

3.3.7 环节7：评价反思

物理源于生活，学生学习物理知识后可以解释生活中的现象.在日常生活中经常会出现电路故障问题，轻则用电器无法工作，重则造成火.通过播放视频再现火灾的威力，学生养成安全用电的习惯，获得处置突发事件的能力.

为了让学生理解电路短路问题，自制了定时起爆器(图6).通过真实场景模拟，学生试着剪断1根线，体验排除引线的过程，结合试题分析短路问题.

图6 定时起爆器

试题分析：图7为某定时炸弹的引爆电路工作原理图，当起爆器中有电流通过时炸弹被引爆.请结合所学知识帮助专家进行排爆分析：

图7 定时炸弹的引爆电路工作原理图

1)定时器(时钟)应该安装在b导线上.在定时阶段，该导线是________(填“通”或“断”)路，因此起爆器被短路，所以在定时阶段起爆器不会爆炸引爆炸弹.

2)定时结束时，定时器(时钟)会把b导线________(填“接通”或“切断”)，此时电流________(填“能”或“不能”通过起爆器，所以在定时结束的瞬间起爆器立即爆炸.

3)综上可知，定时器(时钟)在定时阶段相当于__________(填“闭合”或“断开”)的开关.为使该定时爆炸装置停止工作，应当立即剪断导线__________(选填“a”或“b”).

3.3.8 环节8：检测巩固

通过智慧平板、导学案和课件发布课堂检测题，反馈目标达成情况.学生作答后系统给出诊断报告，教师结合诊断报告对本节课进行小结，指导学生形成知识网络.

4 物理高端备课的启示

1)课堂教学中引入先学后教理念，从课前、课中、课后3部分进行设计，突出了铺垫、学习、提升的认知规律.

2)讲授过程中，按照“任务驱动——反馈定标——合作突破——评价反思”的思路，系统讲解了电流产生的原因、电路的组成以及电路图的画法，依托物理虚拟实验室和教育云教学助手，在小组合作学习、师生互动的基础上，将游戏教学引入课堂，极大地调动了学生参与课堂教学的主动性.将物理知识和生活实际紧密结合，学以致用，既提升了物理学科素养，又培养了学生热爱生活、热爱物理.

3)基于自主、合作、探究的教学理念，充分利用触摸一体机、平板电脑、无线网络、教育云平台和学科实验教具，构建了全方位的现代课堂教学模型，为学生提供了丰富的数字化学习资源，达到高效学习的目的.

4)课堂上通过小组合作学习、展示汇报、及时诊断等形式，最大限度地为学生创造了平等参与学习的机会，将有限的课堂变成人人参与、个个思考的无限空间.

5)注重培育学生的探究精神和科学思维品质.引入探究实验，符合九年级学生的认知规律，有助于提升学生的自主学习能力，培养学生的团队合作精神.学生参与度高，课堂气氛活跃，突出教学重点，突破教学难点.

5 结束语

基于“互联网+教育”的中学物理高端备课，运用多种现代教育技术手段，关注知识的生成过程，促进学生知识自主建构.课堂中注重学生科学素养的提高，组织学生小组合作，通过物理小魔术、设计实验、解释生活中的物理现象等教学内容，增强了课堂趣味性，并使这种兴趣转化为持久的情感、态度，学生从中感受学习物理的乐趣.让物理走向生活，有助于提高学生的知识应用能力，加深对本节课内容的理解.