利用数字教材构建初中物理新授课堂教学模式探索

摘 要：新时代背景下数字教材对创建物理课堂教学新生态具有重要意义.教学应用模式研究是推动课堂教学与信息技术走向深度创新融合的重要途径.笔者通过查阅资料和实况调查发现将数字化资源应用到物理课堂教学中是当前提升课堂效率的一种行之有效的方法，在该理念指导下，笔者利用数字教材构建初中物理新授课堂“创设情境—优化方案—自主构建—数字理解—变式应用”的基本教学模式开展教学活动，本文通过一节教学案例对教学模式中各个环节进行详细解读与说明，以供同行们参考指导.

关键词：数字教材;构建;新授课堂;教学模式

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）22-0037-05

基金项目：广东省教育中心课题“基于数字教材的初中物理教学创新与应用模式研究”（项目编号：19JX06082）.

作者简介：李永春（1969-），男，江西宁都人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学.

1 研究综述

传统物理课堂教学，受到条件限制，存在因学情诊断困难，导致教学目标制定难以真正从学生“学”的角度出发;存在学生课堂学习兴趣低下，思维训练不足、知识难以结构化等问题;存在学习方法、学习能力难以迁移的问题.在整个学习过程中，学生学习自主性难以体现，个性化学习不足.

《教育信息化2.0行动计划》指出：实施数字资源服务普及行动，要完善数字教育资源公共服务体系，优化“平台+教育”服务模式，实施教育大资源共享计划.教育大资源是中小学教育教学的刚需，数字资源建设是中小学信息化建设的重点.数字教材是信息时代教育的基础性资源，而教学应用模式研究是推动课堂教学与信息技术走向深度创新融合的途径.在教育信息化2.0时代，利用数字教材构建初中物理新授课堂教学新模式极具现实性与紧迫性.

数字教材是面向中小学师生，依据国家课程标准，以传统纸质教材为蓝本，针对信息化环境中教与学的新需求，利用互联网、数字媒体、大数据等技术，融教材、数字资源、学科工具、应用数据于一体的立体化教材.数字教材具有云笔记共享、互动等功能，还具有圈画、批注、高亮、插入文本等多种笔记功能，同时，数字教材还能整合运用其他信息化教学手段，例如希沃白板、希沃授课助手等，为学生打破时空限制.数字教材的运用将改变物理教学形式，全面改变物理课堂的深层结构、师生关系以及教师物理教学方式、学生学习方式等.

鉴于新时代背景下数字教材对创建物理课堂教学新生态的重要意义，笔者通过对广东省教育技术中心专项课题“基于数字教材的初中物理教学创新与应用模式研究”的实践研究，对利用数字教材构建初中物理新授课堂教学模式开展初步的探索，探索利用数字教材构建初中物理新授课堂教学的基本模式：“创设情境—优化方案—自主构建—数字理解—变式应用”.研究表明数字教材的运用能有效地解决传统物理教学存在的困境，教师将数字化教学应用到物理课堂教学中是当前提升课堂效率的一种行之有效的方法.教师、学生和教材作为课堂教学的三大要素，在数字化教学的全新理念影响下，他们相互联系相互作用，产生积极有益的效果.

2 模式解读

利用数字教材构建初中物理新授课堂教学的基本模式为：“创设情境—优化方案—自主构建—数字理解—变式应用”，分为五个基本环节.下面笔者分别对每一个环节进行解读说明.

“创设情境”是基于数字化教学平台，教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的以形象为主体的生动具体的场景（包括播放视频、故事、问题或实验等），以引起学生的态度体验，从而达到帮助学生理解教材的目的，并使学生的心理机能得到发展的教学步骤.

利用数字化教学模式创设情境，可激发师生在教学中的双向互动，丰富教师教学手段，增加教学过程的实用性和艺术性，进而从根本上增强课堂的生动性.

“优化方案”是为解决问题，让学生充分思考，设计解决问题的方案，再经过小组讨论交流，对各方案进行调整优化，确立最终解决问题的最佳方案.学生利用点触控屏幕和手指（电容笔）完成方案的书写与修改，再通过小组屏幕推送功能实现交流情况可视化，让每个学生都有机会分享设计思想成果，实现互助学习.

“自主构建”是表示教师努力培养学生运用数字技术主动学习，从而建构知识体系.教师要设计促进学生主动探索和交流的活动过程，设计开放互动的教学环节，对生成資源加以开发利用，为学生提供探索和交流的时空平台.学生互动互学，以小组为单位，进行成果汇报，在课堂上选派组员进行展示.学生自主构建时教师要注重问题引领，以此为学生营造良好的自主学习环境和氛围，为强化学生学习水平提供保障.

“数字理解”即通过数字化平台（如希沃投屏），教师针对教学的重点和难点设置有吸引力的问题，引导学生比较异同、深度思考、“知其然知其所以然”.也可组织小组对问题开展交流，进而修改完善自己的学习结果，提高学生的自主理解能力.教师要注意设立问题的灵活性与生动性，并加强互动与激励，通过运用数字化技术达成对重要知识的理解.

“变式应用”是在学生熟练运用知识后，进一步对知识进行变式运用.反馈练习可在无线网络环境下同步推送至屏幕.学生可以选择适合自己的题型进行课堂反馈，学生直接在线上递交作业.教师及时批改然后根据统计结果及时获悉学生答题情况，从而确定进行何种变式应用，进而帮助学生巩固知识、助其灵活应用.同时学生实时得到来自教师的即时反馈，具体直观地了解自身的课堂学习情况，准确查漏，针对自己的薄弱环节，在课后有针对性地巩固.

下面以一节笔者的公开课案例“电流与电压和电阻的关系”为例，对依托数字教材资源平台，对构建高效互动的初中物理新授课堂教学创新与应用模式探索，供同仁们参考.

3 课堂实录

教学环节一 创设情境

教师在上课前，在磁性黑板上连接好如图1所示三个电路（开关断开）.

师：三个相同的灯泡，分别接入如图1所示电路中，闭合开关，调节变阻器，根据你观察到的灯泡发光情况，你能否提出一个物理问题？

生：灯泡亮度不同，电路中的电流大小是否不同？

师：影响电路中电流大小的因素是什么？请大家猜一猜.

生：电流大小可能与电压和电阻有关.

师：你猜想的依据是什么？

生：因为电压是形成电流的原因，电阻是导体对电流的阻碍作用.

教师在黑板上画出它们的关系图：I↑U↑R↓①②

师：非常棒，今天我们就来探究它们之间的关系.（板书课题）

说明：本课堂情境引入本来可以采用《电路模拟仿真软件绿色版（中学物理电路设计仿真实验工具）v5.5》，简明快捷.但考虑到要给学生真实感受，故采用实际电路情境，通过三个实物电路对比，让学生真实观察到灯泡亮度明显不同，进而思考电流大小可能与电压电阻等因素有关，自然引入课题.创设情境要因课而异，有的可充分利用数字化教学平台的视频等引入，但若需要学生真实感受则可尽量使用实验引入，不必拘泥.本环节创设的情境来源，可大多来自教材已有的情境，少数可对教材情境进行置换以符合教学实际，这样教师不需要舍弃教材另起炉灶，将重心放在加大对教材的研究力度、规范课堂教学形式上.本环节关键是通过创设生动情境吸引学生，迅速切入课题.

教学环节二 优化方案

师：如果要研究电流（I）与电压（U）和电阻（R）之间的关系，需要用到什么器材？

出示实验器材（如图2所示），请学生到屏幕上用手指选择需要的打“√”，并说明选择的理由.

师：这里涉及三个物理量：电流、电压和电阻，你想用什么研究方法？

生：控制变量法.

师：具体应该怎样做？

生：可分解为两个问题：研究I-U关系时，保持R一定;研究I-R关系时，保持U一定.

师：你能否独立设计出本实验的探究电路？

请同学们独立设计一个实验电路，并小组讨论交流，完善实验方案.请把交流结果完成在教材P75、P76虚框中.

教师用手机拍摄典型电路图（如图3所示），希沃投屏.

师：请大家思考一下，哪个电路图能完成实验要求？

生：都能完成.

师：你们设计的是否一样？你支持哪种方法？为什么？

生：我支持方法二.因为我们可借助滑动变阻器来保护电路，并且可以连续改变电阻R两端电压.

请举手的学生上来示范连接实物电路图，同学们观察是否规范.

教师用PPT友情提醒（如图4所示）.

说明：本环节实验器材选择和实验电路预演连接可通过数字平台让学生上台进行，软件可用《电路模拟仿真软件绿色版（中学物理电路设计仿真实验工具）v5.5》，设计选“连对”时电脑给出鼓励.学校有条件的话，可学生人手一台iPad（iPad2代以上），在iPad上选择连接训练，接受指令后，学生把选择的答案通过无线投屏向大屏幕布投影反馈.设计方案教师可用手机拍照再用希沃投屏，供学生们讨论优化设计.本环节定位于通过数字化平台培养学生探究思维，经历猜想、假设、设计、交流、展示、评估等过程，直至得到最佳方案，为下一环节自主构建顺利开展做好铺垫.

教学环节三 自主构建

师：我们能否利用课桌上的器材完成上面两个探究实验？下面请各小组分别完成实验1和实验2，并将实验数据及时收集整理在教材P75和P76表格中.

教师出示两个实验电路图（如图5所示），提示实验1可选取R=10Ω或R=5Ω;实验2可保持U=2V一定，R依次接入为5Ω、10Ω和15Ω.

学生小组开始实验，教师巡视指导.

实验完毕，教师请小组汇报并分析实验1的数据.

实验1：控制电阻一定，研究电流与电压的关系（如图6所示）.

学生投影展示实验数据.

师：你能得出什么结论？

生：我的实验结论是：电压增大几倍，电流也增大几倍.说明通过导体的电流与导体两端电压成正比.

师：首先要满足什么条件？

生：当导体的电阻一定时.

师：对！请用R=5Ω实验的小组也反馈下，你们的结论是否一樣？

生：一样.

师：好！刚才得出结论，根据的是数学中的倍数关系.可不可以利用作图分析它们之间的关系？现在请利用课本P75坐标图，采取描点连线方式绘出电流电压的关系图像.

学生画图，教师请画好的学生投屏坐标图像（如图7所示）.

师：图像表明什么？

生：图像进一步表明：当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成正比.

师：正确！我们要学会运用描点法作图处理物理量之间的关系.

请实验小组汇报并分析实验2的数据.

实验2：控制电压一定，研究电流与电阻的关系（如图8所示）.

学生投影实验数据2.

师：你能否归纳出实验结论？

生：我的实验结论是：当导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比.

师：为什么是成反比？

生：电压一定时，电阻增大几倍，电流就减小几倍.

师：很好！有兴趣的同学课外也可以去画出U一定，I与R的图像，进一步验证.

请实验小组完成下面的“想想议议”：

（1）利用“探究电流与电压的关系”的实验数据计算出U/I，并与电阻R比较，看看电阻R与U/I有什么关系？

（2）利用“探究电流与电阻的关系”的实验数据计算出IR，并与电压U比较，看看电压U与IR有什么关系？

（3）你能否把两个实验结论，用一个式子表示出来？能否用一句话表示出来？

学生思考并小组交流.

师：请想好的小组向大家汇报一下你组的观点.

生1：第一个问题中电阻R与U/I的值相等.

生2：第二个问题中电压U与IR的值相等.

生3：它们的关系可用一个式子表示：I=U/R.

生4：用一句话表示为：导体中电流与导体两端电压成正比，与导体电阻成反比.

师：非常棒！这就是我们下一节将要学习的欧姆定律.

说明：本环节学生实验探究与利用数字平台汇报分析实验数据要结合起來.真实的实验探究离不开学生的动手操作，但典型的实验数据或绘制的实验图像分享可通过希沃投屏，一方面增加实验结论普遍性的认可，另一方面让学生体验实验成就感.教师投屏要注意选取一手真实典型数据，方便学生找出规律，另一方面也容易生成课堂资源，让课堂生动出彩.自主构建环节，教师要舍得放手，尽量让学生自己去体会知识建构过程，教师只是“导演”，学生才是“主角”.

教学环节四 数字理解

师：下面请同学们反思与回顾：

（1）两次实验时，变阻器的作用是否相同？

（2）你在这个实验过程中遇到什么问题？

（3）你有什么新的发现？

生1：第一次实验，变阻器主要是通过改变电阻两端电压进而改变电阻中电流.

生2：第二次实验，变阻器主要作用是控制电阻R两端电压一定.

教师对学生回答的第（2）个问题，要分享其它小组分析产生的原因及解决的方法，教师对学生回答的第（3）个问题，哪怕是细微发现也要充分表扬，对学生创新精神的培养要落实在平时.

师：在刚才实验中，我拍了几张图片，大家看看这里出现什么问题？

教师把典型问题图片进行投屏（如图9、图10所示），引导学生思考找出问题.

（1）研究电流I与电压U的关系

（2）研究电流I与电阻R的关系

生1：第一幅图电表的正负接线柱接反了;

生2：第二幅图电表偏转太小，所选量程太大;

生3：第三和第四幅图没有控制电阻两端电压一定.

师：观察很仔细.

说明：本环节的问题可通过PPT投屏或希沃投屏进行.本环节设置的问题旨在促进学生对重难点的理解与学生能力的提升.通过比较滑动变阻器的作用引导学生深度思考，通过思考问题与新发现，引导学生反思归纳，培养学生创新意识，这是培养学生核心素养的重要过程.对典型实验错误通过拍摄投屏让学生仔细观察思考，一方面是创新实验探究、课堂小结的需要，另一方面对学生实验综合能力也存在回顾后的提升.数字理解环节定位于“攻坚啃难”，是提高教学效果的关键，教师在设计本环节时要充分利用数字化平台，创设直观生动的情景以架设理解的桥梁.

教学环节五 变式应用

（1）一导体接到电路中 ，如果将它两端电压增大到原来的三倍，下列说法中正确的是

A.它的电阻是原来的三倍

B.它的电流保持不变

C.它的电流是原来的三分之一

D.它的电流是原来的三倍

（2）已知R1=3R2，分别把R1、R2接到6V的电源上，通过它们的电流比I1∶I2等于

A.1∶3  B.3∶1  C.2∶1  D.4∶1

（3）某同学按如图11所示的电路研究通过导体的电流与导体电阻的关系.电源电压保持不变，他不断改变电阻箱R1（符号用表示）的阻值，测得相应的电流见表1.分析表中数据可知：电流跟电阻（选填“成反比”或“不成反比”），这与其他同学的结论不一样，其原因是.

说明：本环节根据教学目的需要进行设置，要兼顾全体学生，从能力立意，通过数字化平台反馈学生的答题信息，教师及时将批改情况反馈给学生并作出指导，对典型错误进行变式训练，直到验收达标.变式运用，是对知识运用的举一反三，一般通过变更情境、变更条件、变更结论、对知识进行拓展等形式实现.要提高课堂变式训练的有效性，需要注意：（1）增强变式训练设计的针对性与目标性、典型性与发散性，利用有导向性的设计进行变式，巩固强化教学内容;（2）增强变式训练设计的梯度性与层次性，利用有层次的设计进行变式，兼顾学生整体;（3）提高变式训练设计的多元化与趣味化，利用多元化的设计进行变式，提升学生的学习热情.

4 结束语

数字教材和微视频在课堂教学中的应用还可以扩展使用空间：如扩展到课前准确把握学情、诊断学情，准确定位课堂教学方向;扩展到课外引导学生随时随地进行多次在线学习，及时补缺，利用互动平台与同伴进行交流探讨，协作学习，做好辅导.与此同时，教师可以利用“数字教材”的实时统计功能对学生学习基础、学习过程中的阶段性成果进行实时评量，及时调整目标，合理推进教学进程，按需补救，提高课堂教学效果等.

教师利用数字教材构建初中物理新课堂是时代发展的必然要求.本课题“利用数字教材构建初中物理新授课堂教学基本模式”：“创设情境—优化方案—自主构建—数字理解—变式应用”已取得一定效果，但还需深入研究和完善.首先是全体教师要转变教学观念，熟悉数字媒体的使用，其次要大胆实践，充分利用数字教材改变物理课堂的深层结构、师生关系以及物理教学方式、学生学习方式等，进而提高教学效率.

参考文献：

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[5]李尚初.数字技术在初中物理实验教学中应用的课例研究[J].理科考试研究， 2019， 26（04）： 50-53.

（收稿日期：2021-07-19）