数字化赋能物理课堂 混合式助力“内能”教学

摘 要：本文探讨了数字化教学与混合教学的结合，通过数字化工具设计并实施了初中物理“内能”单元的教学方案。从学科素养的视角分析了教学设计的初衷以及数字化技术在物理课堂教学中的应用效果。

关键词：数字化；混合教学；数字赋能物理课堂

从教育大国向教育强国的转变是一个系统性的提升和质的飞跃，这一过程必须以改革和创新为驱动力。［1］教育数字化是开辟我国教育发展新路径、建构新优势的关键所在。在基础教育领域推进数字化教学，不仅能够支持个性化和跨时空的学习，还能扩大优质教育资源的覆盖范围，为实现教育现代化和建设教育强国提供坚实的支撑。教育部办公厅印发的《基础教育课程教学改革深化行动方案》明确提出推进“数字化赋能教学质量提升”行动，强调构建数字化背景下的新型教与学模式，助力提高教学效率与质量。数字化赋能物理课堂应以初中物理的义务教育要求和素养培养为目标，关注学生的成长需求，并着眼于他们的未来发展。

1 数字化

教学与混合教学数字化教学和混合教学常被误认为都是利用信息技术提升课堂效率的手段，但实际上，尽管两者存在一定的交集，但却有着不同的内涵。

数字化教学，顾名思义，是指通过信息化手段对传统课堂进行改革，以实现传统教学无法达到的效果。这包括：教学资源的数字化，这不仅能摆脱纸质材料的束缚，还能拓宽学生的视野，使教师能够更有针对性地设计教学活动，丰富课堂教学内容；教学活动的数字化，这可以提高学生的参与度，使教师的反馈和评价更加具有针对性；教学环节的数字化设计，例如，教师可以将新课概念的讲授安排在课前，让学生进行个性化学习，从而在课堂上留出更多时间用于巩固、强化和反馈，实现翻转课堂的效果。

狭义的混合教学指的是教师和教育研究者采用多种方式，使信息化技术渗透到传统学科教学的各个层面；而广义的混合教学则指教师利用现代教育技术，改变教学理念、转换教学方法、提升课堂效率、优化学习成果。

2 数字赋能混合教学法的实践意义

2.1 基于混合教学的课堂教学是物理教学的现实需要

混合教学通过对传统教学不断反思和改进，适时地将现代教育技术应用于学科教学的各个环节，使教学目标更清晰、教学难点更易克服、学生能更有效地吸收课堂知识。它是在追求教育现代化的过程中，教育信息化的基本表现形式。

2.2 混合教学的物理教学实践研究将是学科教学的变革

区域教育信息化与混合教学是相辅相成的。在区域教育信息化的推动下，混合教学正以快速、多维、高效、共享的方式蓬勃发展。无论是自上而下的政策引导，还是自基层到顶层的设计，线上线下混合教学都是教育领域备受关注的话题，也是教育工作者努力实现的目标。

混合教学模式依托信息技术和互联网，借助平台的回放和互动功能，使学生的学习场所从传统的教室扩展到任意适宜学习的环境，从而拓宽了教学的时间和空间。

这种模式借助信息技术，使平台能够直观、有效地提供学生学习评价的数据和视图反馈，改变了传统课堂教学的反馈方式。这有利于教师、学生和家长及时获取信息，推动了教育信息化的实践，促进了学生学习评价反馈的创新，以及以发展为导向的授课制度的改革。

3 采用混合教学法的物理专题课教学设计

3.1 教学任务分析

本文设计的教学内容选自沪教版物理八年级下册第五章第3节“内能”，共1课时。本节内容旨在让学生在理解内能概念的基础上，探究改变物体内能的两种方式。学习本节内容需要具备的知识包括热现象、热传递和做功。本节教学设计将研究物体内能的变化，学生应掌握改变物体内能的两种方式，并能从效果和能量形式的变化上区分这两种方式的异同。

八年级学生已学习了热量、热传递和分子动理论的基础知识，但尚未了解内能这一概念。尽管他们已经学习了分子动理论，但大多数学生的思维仍以形象思维和感性认识为主，缺乏理性思维。

该教学设计通过微课和在线练习反馈，引导学生了解内能的概念。在课堂上，通过交流和分享环节，学生可以巩固对内能的理解。同时，通过学生自主探究实验，分类总结改变物体内能的两种方式，学生可以体验到已学知识和科学方法在解决新问题时的应用。课程最后，学生将运用所学知识解释生活中的热现象，感受物理与生活的紧密联系。

3.2 教学目标

该教学设计的教学目标如下：首先，让学生了解改变物体内能的两种方式——做功和热传递，并通过观察与实验，学习比较、归类、综合的科学方法；其次，让学生认识到做功和热传递在改变物体内能时的异同，通过参与“改变铁丝内能”的实验，体验从生活现象提取物理知识的过程，培养严谨的科学探究态度；最后，让学生理解做功与内能变化的关系，通过小组合作探究和小组间的分享交流，增强其团队合作精神，提升表达和交流能力，同时激发对物理学科的主动学习热情。

3.3 数字赋能物理课堂的教学活动总体设计

该教学设计由六个教学环节构成，活动线、知识线、素养达成贯穿于整个教学流程。数字赋能物理课堂的教学活动总体设计如表1所示。

期望的教学特点：利用数字化工具的灵活性、便捷性和直观性，提高教学效率，激发学生兴趣，实现教学、学习和评价的均衡，达成教学目标。学生通过预习微课和完成习题，在课上直观展示学习成果，疑惑之处获得解答。在课堂中使用“热成像仪”让学生更直观地感受科学的魅力。

3.4 特别过程设计

特别过程设计1：学生需在课前观看“内能”主题的微课并完成在线练习。

教师利用数字化工具，采用翻转课堂模式，提前录制微课，促进学生的个性化学习。微课内容涵盖内能的定义及其影响因素。通过在线数据采集，教师能够直观地识别学生学习中的难点，并在课堂上进行针对性

地教学。课堂上，教师引导学生通过小组讨论，借助同伴互助回顾微课内容，巩固内能知识，共同达成学习目标。与传统课堂相比，这一过程将部分学习活动前移至课前，使得课堂时间更多地用于学生互动。教师通过数字化平台的数据分析，能够精确掌握学生对物理概念的理解情况，从而实现有针对性的教学。

特别过程设计2：情境演示实验——用热成像仪分析手弯折铁丝过程。

本环节旨在通过具体情境引导学生思考如何改变铁丝的内能。学生通过自主探究和实验操作，采用分类方法，总结出改变物体内能的两种主要方式。教师进一步提问：为何手弯折铁丝属于做功而非热传递？以此激发学生深入思考手弯折铁丝过程中可能涉及的热传递现象。通过热成像仪对实验过程进行分析（见图1），学生可以直观地观察到铁丝中间部分的温度显著高于两端手持部分的温度，从而得出结论：尽管铁丝两端部分存在一定程度的热传递，但铁丝内能的改变主要还是通过做功实现的。

数字赋能通过各种途径开发数字化实验教学，注重改进数字化实验的方法，努力挖掘数字化实验潜能，创设一个个符合学生心理特点的生动、有趣、形象并贴近学生生活的数字化实验，从而在数字化实验中积极发展学生的创造性思维，提升学生的科学素养。［2］运用数字技术，教师能够解决学生难以理解但能产生共鸣的问题。通过热成像仪的成像，我们发现弯折后的铁丝中间部分的温度明显高于手持部分和环境温度。与学生用皮肤感受相比，热成像仪提供的视觉冲击更能激发学生对物理的兴趣和对科技的探索欲望。

特别过程设计3：利用自制教具突破教学难点——物体对外做功，内能减小。

教师首先引导学生使用注射器进行方案设计和实验，探索外界对物体做功时内能的变化。然后引导学生自主提出疑问：既然外界对物体做功会导致物体内能增大，那么物体对外界做功时，内能会减小吗？学生可以通过注射器和脸部皮肤直观地感受到相应现象，但感觉并不明显，且现象持续时间较短。因此，教师运用数字化手段自制教具，通过数字温度计让学生直观地观察到温度变化的过程。

自制教具：将电子温度计封装入注射器中，注射器一端装有阀门，另一端装在玻璃胶枪上。通过玻璃胶枪推拉注射器活塞和阀门的开闭，可实现外界对注射器内气体做功和注射器内气体对外做功的效果。电子温度计能够实时显示注射器内气体的温度。

本演示实验没有采用DIS实验系统，原因在于该自制教具是由学生熟悉的注射器和温度计制成的，且学生在之前的实验中已经使用过注射器，因此不会显得突兀。尽管DIS实验系统在数据上更为精确，并且其可以将数据以图像的形式显示出来，但学生可能会因此忽视实验过程，从而淡化对实验操作的重视。

4 “采用‘混合教学法’的数字化赋能物理课堂教学”的效果与启示

4.1 每位学生都有“内能”——基于全面、深入理解核心素养的教学设计

培养学生的核心素养旨在使他们毕业后能适应社会并实现个人成长。本节课从课前微课开始，通过线上统计和评价工具关注每位学生的学习进展。课中，让学生自主设计实验方案并进行分享交流，鼓励他们独立解决问题。课程结束时，让学生解释生活中的相关现象，以验证其能否正确应用所学知识。教学的最终目标不仅是传授知识和技能，而是要让学生学会在真实情境中获取知识、解决问题，并形成正确的价值观。同时，我们更应关注学生是否享受学习过程、善于学习，以及能否在复杂情境中有效运用所学知识解决问题。

4.2 爱上科学永不嫌迟——探究改变内能的方式

在本节课之前，学生已经完成了多个探究实验，积累了丰富的科学探究经验。不同于以往的教学，本节课未采用常规的探究实验方法，而是首先引导学生通过探究学习，理解改变内能的两种方式。之后，鼓励学生自主设计实验，亲身体验科学的魅力。

4.3 站在巨人的肩膀上——数字赋能的课堂高效和准确

混合教学能够拓展学生学习的时间和空间，无论是在课前还是课后。为了吸引学生积极参与在线学习，教师设计合理的驱动任务显得至关重要。只有将所有学习任务串联起来，才能使学生全情投入。此外，通过多种平台和方式展示学生的混合教学成果，以及进行相互评价，也是促进学习的重要手段。［3］

4.4 提高学生的“内能”——尊重学生差异，采用层次性教学设计

教师针对学生学习水平的差异，设计了不同的学习目标，努力让每位学生在原有的基础上有所提升。在设计教学目标时，教师应关注学生探究过程各环节的表现。对于学习能力较强的学生，可以在实验中提出自己的方案，对小组成员进行分工，总结小组的结论并进行分享，改进实验方案等。

而对于学习能力较弱的学生，通过课前的微课学习能够识记相关知识点，在实验中能进行简单的操作，能在小组内承担记录数据等工作，能聆听他人的想法并积极思考等。在培养学生科学态度与责任方面，教师应引导学生以探求奥秘、掌握本领、服务社会为学习目的。对学习能力较弱的学生，教师特别要保护他们的学习积极性，帮助他们树立信心；对学习能力较强的学生，要让他们认识到科学技术是为增进人类福祉的，要遵守科学伦理道德，同时要培养他们的团队意识等。

参考文献

［1］雷朝滋.教育数字化与未来学习［J］.中小学数字化教学，2024（6）：5-7.

［2］孔庆仪.数字化实验在初中物理实验教学中的应用［J］.中学物理，2020，38（18）：40-42.

［3］朱静君.后疫情背景下初中物理混合教学的设计与实施策略［J］.中学物理，2022，40（14）：62-65.