核心素养视角下融合信息技术的物理智慧课堂构建与实施

作者简介：李岳峰，天津市武清区杨村第一中学高级教师。兰甜甜，大连教育学院高级教师。

课题项目：本文系辽宁省教育科学“十四五”规划2022年度课题“初中物理‘大单元教学’模式构建策略研究”的阶段性研究成果。课题编号：JG22CB232。

摘要：随着教育信息化的深入推进和优秀教学资源网络的发展，如何更好地应用信息技术，择优融合教学资源，突破教学重难点，促进师生的共同发展，成为一线教师应思考的问题。教师应基于物理核心素养的培养要求，从网络资源的利用与整合、名师优课的学习与反思、仿真实验的优点与局限、物理DIS的高效与准确、教学软件与微课的精准助学等方面展开课堂教学，利用信息技术提升课堂品质，打造智慧课堂，促进师生的共同发展。

关键词：物理教学；信息技术；核心素养；智慧课堂

随着“互联网+”时代的到来，社会发展的方向、教育教学的环境、课堂教学的策略及手段等都发生了明显的变化。对一线教师而言，为了顺应时代的发展，培养时代新人，需要更新教育理念，不断提升个人的信息化水平，合理且灵活地应用信息技术，为学生搭建丰富多彩的学习平台。

一、前置学习任务，利用网络做好预习

良好的学习模式离不开教师课前的精心投入。正所谓“磨刀不误砍柴工”，课前教师引导学生对当堂课内容进行深入认识是一节好课的开端。课前，教师应明确两个问题：一是有多少学生能真正地参与进课堂教学过程中？二是学生是否有疑问？他们产生疑问的原因究竟是什么？笔者曾经对学生进行过问卷调查和随机访问，数据显示，部分学生没有课前预习的习惯，还有部分学生认为，预习的作用微乎其微，大可不必参与。而从学习评价上来看，经常预习的学生能对知识有更深层次的理解，对个人素养的提升更为高效。

为了更好地推动学生投入到预习阶段，教师可将预习作业可视化、任务化，把学生分为多个小组，通过一个具有“台阶效应”的问题，鼓励学生以小组为单位，以互联网为媒介开展探索。教师要充分调动学生课前的积极性，使他们以丰富多样的形式展示预习成果：可以是一个讲解报告，可以是一个微视频，可以是一个动画，也可以是一个短剧等。

例如，在教学“万有引力定律”一课之前，教师让学生自行上网搜集物理学家们对天体环绕太阳运动的不同观点，将人物特点、观点想法以3分钟短剧的形式呈现出来。课上，学生准备了相关人物的头像和道具，通过诙谐幽默的语言将物理学家们的观点一一呈现出来，博得掌声四起，这种形式使课堂氛围轻松，学生兴趣高涨。这样的课前任务既能激发学生的学习热情，又能使他们对本节课知识有初步了解。

二、巧用优质资源，达成课堂教学目标

（一）借助优质资源，激发学习热情

在教学中采用现代教育技术手段，充分利用互联网上丰富的资源，是教学中不可缺少的手段和方法。课堂教学不应只停留在书本上，教师可以下载与教学相关的图片、文字或是视频资料来辅助教学，图文并茂地给学生以直观的、清晰的、震撼的视觉效果，在帮助学生理解书本内容的同时丰富学识、开阔眼界。我们熟悉的天宫课堂，就是由中国航天员担任“太空教师”，以青少年为主要教学对象，采取天地协同互动方式开展的。在天宫课堂上，“太空教师”通过选取与知识相关的精彩授课内容，可以让学生感受很多平时生活中难见的实验现象，这样更有利于学生对知识内容的理解，同时感受我国航天科技的快速发展。

例如，在教学“宇宙航行”一课时，这节课的内容与天宫课堂中的一系列“神奇实验现象”密切相关，教师要在妙趣横生的实验中激发学生的探究欲望，在千变万化的实验现象中促进学生物理观念的形成。整理现象与对应的知识，可以得到很多关联：与牛顿第一定律相关的——“冰墩墩”的匀速直线运动；液体的表面张力——水透镜实验、“液桥”实验；分子总在做无规则热运动——水球中的泡腾片；万有引力定律——宇航员的悬浮等。

央视的科学求证类节目《加油向未来》也同样是优秀素材的典范，节目中主持人风趣的主持风格，有趣的科学实验现象，精准的知识讲解和激烈的抢答环节让人很容易融入其中。节目中包含了大量与物理知识相关的内容，为物理教学提供了大量优质资源，如导体的电阻——超导现象，共振现象——声波震碎玻璃杯，全反射现象——“水上漂”实验，动量定理——汽车的安全气囊和安全带的关系，共点力平衡——平衡大师韩遂宁表演，激光的平行度好——照射气球，静电屏蔽——特斯拉线圈，平抛运动——发球机与下落的箭，摩擦力——吊起汽车，大型真空管中的落体运动——自由落体运动等。这些丰富多彩的视频资源可以为课堂增光添彩，更容易激发学生的学习热情，让课堂真正活起来。

值得注意的是，视频资源最好避免直接从某些不正规网站上下载，因为现在很多视频资源受短视频影响，背景音乐声音很大，视频的右上方LOGO很大且很明显，视频讲解声音小，播放速度极快，这些都不利于学生观看与分析。这样的视频学生最后只是看个热闹，没有体现出其内容的真正的价值。所以，教师需要从正规视频网站下载原视频，如央视网，其视频清晰标准，学生通过搜索题目，可以轻松找到对应的学习资源；教师还需要对下载的视频资源重新进行剪辑与整理，将有价值的视频片段清晰地呈现出来，以起到事半功倍的教学效果。

（二）学习教学技巧，突破教学难点

为了更好地提升教学水平，突破教学中的重难点问题，教师可以在基础教育网络教研平台上通过章节题目搜索到优秀的教学实录、教学设计、课件等备课素材，也可以学习特色学科课程建设的模式与方法，结合学情特点，按需下载。然后，再加工整理，突破教学中的重难点问题，在学习中成长，在反思中提升。

例如，在教学“电容器的电容”这节课时，电容器存储电荷和两端电势差的关系很难直观呈现在学生面前，尤其是电荷量的定量分析，没有实验仪器可以直接得到。在观看天津市基础教育网络教研平台中2022年秋季精品课程时，一位教师的巧妙标记呈现让笔者眼前一亮：面对纷繁复杂的电路板，学生往往一头雾水，无从下手，很难将实物图转化为电路图，但这位教师在制作实验演示视频时，融入闪烁的箭头作为电流方向的提醒，再配合清晰的讲解，很容易让学生厘清脉络、梳理关系，理解电容器存储电荷量与电容之间的定量变化关系，轻松突破本节课教学的难点。这使笔者认识到，依托互联网丰富的教学资源，选取自身所需的教学素材，经过再设计、再制作、再加工，整合出合适的教育教学内容来，能够做到资源利用效率最大化，让信息技术真正意义上为教学服务。

（三）利用社会热点，创设问题情境

物理学是研究物质及其运动规律的科学。物理学通过实验和严谨的逻辑分析，不断地揭示出自然界的客观规律和内在联系，其背后体现出的科学精神影响着人们生活的方方面面，物理的发展推动了科技的进步和时代的发展。可见，物理就在学生身边，处处能见到、用到。那么，物理课堂教学就应该将知识情境化，让它们在学生面前现出“原形”，而不是只停留在教师的描述中，或者呆板的文字上。化抽象为具体，化静态为动态，这样更有利于学生物理观念的形成。

例如，在教学“机械能守恒”一课时，教师可以先播放2022年冬奥会中苏翊鸣单板大跳台的比赛画面，让学生感受冬季体育项目带来的视觉冲击，随后，选取苏翊鸣的运动过程进行提问：（1）若已知苏翊鸣在滑轨最低点的速度，你能求出他对轨道的压力吗？（2）若已知苏翊鸣所能达到的最大高度，你能求出他在空中的表演时间吗？（3）苏翊鸣在空中运动时他的动能和重力势能之间是如何变化的？（4）苏翊鸣在空中运动时他的机械能守恒吗？

以上四个问题以苏翊鸣的比赛过程为主线展开，引导学生由浅入深地对运动过程进行分析，应用牛顿第二定律、运动的合成与分解、功能定理、重力势能等相关知识进行求解和验证。由现实生活到理想情境，在理想条件下分析得到机械能守恒定律的条件，顺应了学生的思维发展，更有利于学生理解概念和得出规律。

教师巧用学生所熟悉的社会热点作为引入，以情境为主线将问题具体化、形象化，让学生在感性认识的基础上进行理性思考，既培养了学生的建模意识，又有利于物理观念的形成。

三、巧用各类软件，提高课堂教学质量

（一）应用仿真实验，打破条件束缚

随着教育信息化的发展，有关实验教学的软件层出不穷，仿真实验的出现弥补了传统实验教学的不足。它突破了空间、时间、微观、外界条件的限制，实验现象可以化小为大、化远为近，操控中可静可动、可慢可快，时间的任意暂停与无限反复等功能更有利于学生对实验过程的把握和对实验现象的分析，有效地促进了实验教学的可视化。

常用的Nobook物理仿真实验，包含了教材中所有必做实验和衍生实验，点开探究的实验部分，在清晰的文字提示下，按部就班开始实验，过程操作简单，学生容易上手，可以满足各类教学需求。在遇到困难时，学生还可以观看实验操作指导，梳理实验流程与数据分析。其中，还有很多与知识相对应的衍生实验，可以大大满足物理教学中的多方面需求，提升学生自主探究的乐趣。

物理实验中有些误差是很难避免的，这会对实验结果带来错误的引导，不利于学生对现象的分析和对规律的探究。这时，以实验为基础的理想化外推就变得十分重要，就像伽利略斜面实验，它的卓越之处并不是实验本身，而是实验中所使用的独特方法，是在实验的基础上进行理想化推理，故此也称作“理想化实验”。

例如，在教学“气体的等温变化”一课时，学生需要观察一定质量气体的体积、压强和温度，了解三方之间的定量关系，明晰需要解决的问题：如果保持温度不变，改变体积，气体压强如何变化呢？又变化多少呢？采用传统实验仪器进行演示时，很难保持气体容器的密封性和稳定性，总是出现漏气的现象，导致实验结果不准确，给实验探究带来很大的麻烦。为了打造一个理想化的探究环境，教师可以引导学生采用仿真技术进行实验探究。教师可让学生以小组为单位，用一台计算机或是IPAD，应用Nobook物理仿真实验软件，按照实验流程依次开展实验探究，实验结束后，学生通过点击“图像”，对数据呈现出的关系进行分析。这样，既有清晰的实验现象产生，又有准确的定量数据做分析。学生在探究中体会实验带来的奇妙物理规律，在合作交流中明确分工，感受学习带来的快乐。

仿真实验不能完全替代传统的实验，必要的文字讲解与分组的实验探究都是促进学生核心素养发展必不可少的环节。用仿真与真实实验相结合的方式进行探究学习，可以让学生经历头脑风暴的过程，在仿真实验中试错，在真实实验中探究，提升学生的实验设计和反思能力。教无定法，得当最好。教师要结合各个实验的特点，选用最适合的方式将实验现象呈现出来，让仿真实验助力实验教学。

（二）借助DIS系统，改善实验探究

实验探究是物理教学中必不可少的环节。学生通过目标化的实验目的、知识化的实验原理、具体化的实验流程、数据化的实验数据去发掘实验现象背后的规律特点，经历猜想、设计、操作、分析、总结的科学探究过程，能够培养证据意识和严谨的探究态度，促进物理观念的形成。

传统物理实验受设备、方案及人为因素的影响，在实验预设阶段需要做好周全的准备，尽可能地避免由于实验条件和人为操作所带来的实验误差，尤其是在实验数据的获取和分析上。DIS（Digital Information System）数字化信息系统实验，可以较好地解决这个问题。智能化信息的提取、多方位传感器的布设、简单的实验操作、直观的数据呈现和信息化的数据分析，有效改善了学生的实验体验，提升了数据的精度，更有利于实验规律的发现。

例如，在教学“楞次定律”时，对于理论分析感应电流磁场与原磁场及磁通量的变化之间的关系，教师往往局限于用力的效果来进行解释，始终停留在理论分析的层面。应用DIS实验系统可以很好地解决这个问题：学生通过自制实验教具，将两个螺线管用导线连接起来，在两个螺线管的下方插入两个磁场传感器做数据信息的采集；在一侧螺线管中做插拔磁铁实验，它下方的磁场采集器可以收集到螺线管内部磁场的变化来表示磁通量的变化；两个螺线管中产生方向相同的感应电流，只需观察另一个螺线管中磁场的变化就可以分析出感应电流产生的磁场方向与强弱变化；通过两个磁场的对比，很容易直观得出感应电流磁场与原磁场、磁通量变化之间的关系，从感性认识上升到理性认识。可见，DIS系统有利于学生对复杂规律的探究和证据意识的培养。

（三）应用教学软件，精准实施教学

近些年来，适用于课堂教学的各种软件层出不穷，有效地增强了课堂教学的互动性、便利性和精准性。希沃软件就是一款比较快捷、方便的教学软件，它包含了各类学科工具、有趣的课堂竞技和丰富的教学资源。在希沃软件的课件库中有大量优秀的课件，如果教师觉得哪个课件比较好，或是其中的哪个环节更适合某节课的教学，就可以直接点击下载按键，存储到云课件中随时使用，这大大方便了教师的备课。

希沃软件中的统计功能更为实用，教师在备课时可以通过希沃习题库完成对随堂练习的组卷，生成二维码后让学生课下扫码完成作业。学生答题提交后在后台直接生成统计数据，这样不仅可以给学生提供答题时间和得分率数据，还可以统计每个题目的每个选项究竟是哪些学生出错。教师可以针对典型错误及时地进行讲解和辅导，还可以针对单个学生的具体情况单独辅导，实现精准教学，提高教学效率。除此之外，希沃软件还有很多优质的功能，如知识胶囊、课堂互动等，这些功能也可以给课堂教学带来便利。

总之，“互联网+”时代下的信息技术正在快速发展，物理教学应该与时俱进，符合时代的发展要求。教师要巧用信息技术提升课堂品质，实施智慧教学，促进学生物理核心素养的培养。

参考文献：

［1］ 王红旗.如何将信息技术与高中物理课堂教学有效融合［J］.中小学电教，2021（9）.

［2］焦世忠.信息技术与物理课堂教学的融合与应用［J］.中学教学参考，2017（11）.

（责任编辑：杨强）