智慧课堂在物理实验教学中的应用研究——以初中物理《凸透镜成像规律》实验教学为例

尹传海

(马鞍山市新市初级中学，安徽 马鞍山 243141)

0 引言

初中物理是以实验为基础的学科。物理实验是帮助学生形成物理观念，获得知识和实验技能的重要手段，能培养学生的观察能力、分析问题及解决问题的能力。因此，在中学物理学科教学中，实验具有不可替换的作用。对于初中生来说，直观的实验现象，可以让抽象的物理概念更直观、易懂，更利于学生接受，从而激发其学习物理的兴趣。传统物理实验课堂教学有如主要是教师讲、学生听，教学过程中以讲代做等问题，物理实验教学需要探索新的教学方法。伴随着课堂改革的进程，智慧课堂走进人们的视野，也走入了课题组的视野。课题组旨在通过对“智慧课堂”这种新型课堂教学模式的探究。立足课堂实验教学，弥补传统实验的缺点，优化物理实验课堂教学，提高物理实验课堂教学效果。

1 物理实验的传统教学模式及存在的问题

课题研究之初，课题组就本地区物理实验教学现状进行了大量调查，调查结果显示，在物理实验传统教学模式中，预习、实验操作、复习等教学环节流于形式，纸上谈兵现象严重。现分为三个环节进行具体的分析。

1.在物理实验的传统教学模式下的“实验前”环节，教师一般会根据实验内容准备材料，完成教学设计，学生预习、完成实验、书写实验报告。这种教学模式会导致实验前教师和学生缺少互动，教师对学生的预习效果和可能存在的疑问不能及时把握，使教学过程缺少针对性，教学效果较差。

2.在物理实验的传统教学模式下的“实验中”环节，一般有“实验理论知识讲授”、“教师演示实验”、“学生重复实验”三个部分，是实验课堂教学的主体。在“实验中”环节，可能存在这些问题:①“教师先说，学生跟着做”，互动单一、教学效果差，教学有很大的局限性；②主要是“验证”实验，而不是探究实验、探索知识；③小组成员间的合作意识差，参与度低。这些问题往往会导致实验课堂教学效率不高。

3.在物理实验的传统教学模式下的“实验后”环节，要求学生收集实验证据，经过交流与合作，分析与论证总结出实验结论；教师根据学生实验，进行分析，帮助学生掌握实验结果。“实验后”环节，往往会出现“学生的反馈不足、师生缺乏互动”的情况。

综上所述，传统的物理实验课堂，有利于教师把握教学进度，但会出现“教学相长”不能体现、学生个性发展不足等局限性，难以培养学生的对物理实验结论及过程提出质疑，也不便于培养学生的创新精神，因此，需要教师对传统物理实验课堂教学方法进行一些改变。

2 智慧课堂教学模式的特点及其应用优势

在我们的实验探索中，智慧课堂教学模式呈现出如下特点：

1.智慧课堂在教学理念与目标、技术手段、交互方式、评价与反思等方面形成“学生主体，教师主导”的理念进行个性化教学，引导学生主动构建知识，提高探究意识和创新能力。

2.借助智能终端开展智慧课堂教学活动，不再局限于实验室及课表时间，有助于学生充分利用零碎时间，灵活地进行教与学的各项活动。

3.智慧课堂是一种开放、实时、广泛和多样性的交互模式，是通过虚拟教学平台和智能终端展开交互活动，能够实现对交互活动的灵活调整，满足学生个性化的需求。

4.智慧课堂中的评价与反思是一种更加灵活、多元、开放、全面的智慧化考核与评价方式，可以帮助学生在整个教学过程中对自身的表现和知识掌握情况有了更全面的认识。

智慧课堂是一种将“教与学”、“线上与线下”、“全面发展与个性化发展”有机结合的智慧化的“开放式”教学模式。在智慧课堂理念下开展物理实验课堂教学，可以使教、学变得更加多样、灵活、开放、趣味。实现学习过程由“被动认知”向“主动探求，创造智慧”的转变，对培养学生的质疑、探究、创造精神有着重要意义。

3 智慧课堂设备的应用模式简介

“智慧课堂”是“借助互联网技术和智能终端的支持，构建智慧化虚拟学习平台，满足教育的开放性、互动性、多元性、实时性”等特点的新型的线上线下混合式智慧教学模式。学校所建的智慧课堂由于已与省资源平台实现了互联互通，教师与学生可通过省资源平台账号直接登录，平台中的班级是基于实体班级而建，可实现基于网络环境下的泛在式学习模式，即无需受时间、空间限制，只要有网络和终端的情况下，师生可随时互动交流和自主学习。同时，智慧课堂平台提供了大量学习资源和理科模拟实验工具，有利于揭示物理现象内部的发展变化，化抽象为具体，化无形为有形，有效的弥补了传统教学手段的不足，为学生自主学习提供便捷。

基于智慧课堂设备所具备的资源和功能，通过在课堂实验教学实践研究，初步形成了“AI 创新实验教学法”，具体如图1：

图1.AI 创新实验教学法

“AI 创新实验教学法”是指使用智慧课堂设备辅助实验教学，打破时空限制，延伸实验教学的一种泛在式实验学习方法。下面以《凸透镜成像规律》实验教学为例，简述此法的应用。

4 “AI 创新实验教学法”在实验教学中的应用

4.1 课前初探奠定实操基础，精准掌握学情

过去，教师凭经验去猜测对学生了解的程度，现在，课前，我们可以利用学生端的平板电脑布置几个任务：1.展示你在生活中见过的透镜，并分享到班级群；2.推送短视频《一滴露水引发的火灾》；3.近视眼镜和老花镜有哪些区别？课前收集到图片，既可以帮助学生课前预习，也可帮助学生交流，更能贴近学生的认知。三个任务的完成，教师对出现的案例能及时作出分析，更加准确地了解学生的学情，对教学思路、授课内容及时调整。

《凸透镜成像规律》是本章的重点和难点，第一课时完成实验，初步得出实验结论;第二课时，从光路图的角度对成像原理进行理解加深。第二个课时，首先进行课前小测，利用学生端平板电脑进行选择题的检测，由即时分析得到的数据为依据，分析学生的掌握情况并确定本节课的教学进度和难度。在本节课的最后5 分钟，再次进行课堂小测，同样用几道选择题，根据即时分析得到的数据对学生的上课效果进行评价。由于智慧教室的使用，正答率与作答情况可以当堂检测，辅以备用题库，未能掌握问题、重要知识点都一清二楚，得以在课堂中巩固加深;并且，凡是课堂训练与练习中，学生出现的错答都会及时归纳在学生自己特有的纠错系统中，针对性更高，实现了精准纠错。学生学情的清晰掌握，为改进课堂实验教学设计提供指引。

这样，课前，一是教师利用智慧课堂设备发布全面、具体、恰当的教学目标；二是精心准备实验素材，把动画、视频、课件、练习等各种教学资源进行整合，通过智慧课堂平台发给学生，学生根据教学目标进行自主学习。在学生自主学习和练习中，教师通过移动学习终端的大数据统计功能，可以充分了解学生课前预习情况，及时调整自己的教学设计，使课堂教学更具有针对性，从而为课堂教学提高效率。如在“凸透镜成像规律”的教学过程中，为让学生对透镜有个直观认识，教师在移动学习终端中创建有关透镜图片、微课视频资源，以供学生查阅，布置一些线上作业，让学生通过资源初学后完成练习，帮助学生初步了解所学内容，加深印象，为实验操作教学奠定基础。智慧课堂平台具备大数据获取与统计功能，教师通过平台对学生预习作业完成情况进行统计分析，充分了解学生掌握程度，为课堂上实验教学确定方向。由于平台中班级圈是以实体班级为基础而建成的，师生利用班级圈交流初学情况，师生互动、生生互动，相互质疑释疑，为课中实践打下良好基础

4.2 课中实践提高实验操作能力

教学过程的核心是课堂教学，要提高课堂教学效率，必须激发学生积极参与实验活动，促进学生全面的发展。为让课堂更加高效，本课采用智慧课堂设备与实操相结合的方法完成实验教学。

1.应用设备弥补课堂视觉不全。大多数演示实验都存在后排学生看不清的问题，为弥补其缺陷，老师可利用设备中虚拟实验功能完成教学。

2.使用平台中视频、微课等资源，突破重难点。教学中培养学生发现和认识物理规律、鉴别能力是最根本的，要让学生知道实验的结论不是实验教学的目的。利用移动学习终端辅助物理实验教学则可以突破教材内容的局限，扩展学生的思维空间，深化认识，使学生更加透彻地理解教材内容，为教材中结论性的话找到依据。

学生通过虚拟实验模拟，对整个实验过程已经非常熟悉了，再让学生动手操作，学生非常熟练的组装器材，小组合作、探究、非常顺利的完成实验并得出实验结论。这样，通过虚拟实验模拟后再进行实验，既活跃了课堂气氛，又激发了学生的求知欲。合理利用“投屏”这一功能对展示学生实验过程是一种非常有效、值得赞赏和推广的教学手段，比起传统的实物投影，它不需要学生走上讲台或者搬动实验器材，也不会受摄像头角度的限制，可以更加灵活自如地展示实验现象及过程，大大优化了教学内容的呈现，促进课堂教学的有效互动。在《凸透镜成像规律》的第二课时，也有一个环节很适合利用投屏功能。在凸透镜成像规律的光路分析完毕后，教师提出问题：“虚像可以用眼睛观察，实像能否被眼睛观察到呢？”然后进行演示：将蜡烛位于凸透镜两倍焦距以外，调节光屏到透镜的距离直到光屏上接收到清晰的像，此时确定像的位置即是此时光屏的所在;取下光屏，移动眼睛位置看是否能直接观察到该实像。为了展示人眼看到的现象，教师用手机或平板电脑中的摄像头模拟人类的眼睛，将摄像头位于实像和透镜之间、摄像头距离凸透镜的距离大于像距的地方，对比两者的区别，由此说明实像也能被眼睛看到，只是眼睛要在离透镜的距离大于像距的位置，这时等同于用眼睛观察位于像距上一个实物，如果考虑眼睛的明视距离则还需要在更远的位置观察。又如蜡烛越少越低则像升高还是降低，对比透镜降低所成的像上升还是降低，遮去一半透镜，是否仍能成完整的像。

5 研究结果分析

在以往的实验课堂教学中发现，传统的物理实验教学一般采用黑板和粉笔的板书的形式讲解实验目的、实验原理、实验步骤，学生听的似懂非懂就去动手实验，实验效果一般都不理想。实验效果是通过现场提问和纸笔测试，工作量大，易受仪器设备、实验条件等因素限制，主观性、随意性强。通过研究，课题组形成了不同于传统模式的评价方法，借助“智慧课堂”的大数据分析自适应课程平台非常快速、准确的解决学生和老师精准化的教与学的问题；平台基于教与学过程中的大数据采集和分析，形成过程评价与终结评价模型，精准的诊断学生的知识结构，精准推送学习内容，实现分层教学、因材施教。（如图2、图3）

图2.传统评价方式

图3.智慧课堂评价方式

6 结束语

实践证明，“智慧课堂”作为一种理念、也作为教育教学手段是教育信息化发展的趋势与愿景，同时这一理念的实现、在课堂教学的作用发挥还在不断更新和改进过程中。实践过程中，教师能感觉到它给物理实验教学带来了很多传统课堂不能提供的便利，包括生生、师生的交互功能，课堂的延伸功能，丰富的本地、互联网课程资源，还有实时的反馈功能。在现代教育技术不断提高的今天，我们应该选择合适的教学工具，为物理实验教学提供更大的帮助和支持。在物理实验应用智慧课堂设备进行辅助教学，也是“从生活走向物理，从物理走向社会的”课程标准、物理核心素养理念的体现。积极利用信息化、智能化手段辅助物理实验教学，可增强学生对物理学科的学习兴趣，增强参与意识，提高学生的实验理解能力、观察能力、动手能力。将传统的教学方法与新型教学手段、模式有机结合，适时而用、取长补短，有助于推动物理实验课教学达到更优化的程度。