运动的快慢《运动的描述》教学设计 9页

数字化教材与物理实验相结合的探究式教学实践与思考——以《光的折射》为例天津市第五中学符柏涛基于“数字化时代"的大趋势下，越来越多的教师，从开始认知信息技术可以与教学课堂融合，到逐步结合自身教育实践，改革传统教育方法，把信息技术逐步渗透于课堂教学中，最终实现整合信息技术与学科教学。而在物理教学中，物理实验是教学的基础，也是教学的内容、方法和手段。学生通过教师的演示实验提出问题，再通过学生的分组实验验证猜想与假设，从实验中探索、获得新知。结合2017年9月22日，在山西省太原市举办的“第二届全国中小学数字化教学研讨会”中，在新课程标准的理念下，为探讨“数字化教材在教学中应用”的新模式，以笔者的一堂初中物理观摩课《光的折射》为例。浅谈笔者对本节课“数字化教材与物理实验”相结合的有益探索，与读者分享教学实践中的收获与反思。一、《光的折射》教材分析与八年级学情分析《光的折射》是2012人教版教材八年级物理上册第四章第4节的教学内容。它与光的直线传播、光的反射构成了初中物理“光学”中的三大基础知识，也是初中物理“光学”的核心部分。光的折射现象是自然界常见的现象，在生活、生产中有广泛的应用，学生对光的折射现象并不陌生，但对光的折射规律既缺乏理性认识更缺乏科学探究。本节教材从演示“光的折射”实验入手，使学生通过观察光从空气斜深入水中光束的传播路径，建立光的折射概念。在此基础上进一步通过实验探究，归纳出光的折射的初步规律。并通过“叉鱼”、“池水变浅”、“筷子折了”、“看不见的硬币”和“海市蜃楼”等实验或\n现象的分析，使学生进一步理解光的折射，同时体现从“生活走向物理，从物理走向社会”的理念。八年级学生，在《光的反射》这一节中已经建立反射角、入射角、法线的概念，同时又有了“探究光的反射规律”的经验，再来对“光的折射”现象做定性的探究就相对容易理解了。但他们学习物理的时间并不长，动手实验具有一定的模仿性，在这一阶段需要教师先做必要的实验演示。且实验中，教师需要引导学生处理好光路的可视化问题，那么“探究光的折射规律”就不困难了。二、课程设计理念基于如上的教材分析和课程标准，笔者将《光的折射》这节课，设计为三个学生应知、应会的学习目标：1.学生了解光的折射现象；2.学生自主探究光的折射特点，知道光在发生折射时，光路是可逆的；3.学生能够利用所学知识解释生活中的折射现象。而在教师授课环节中，笔者设计从“获得概念”、“探究光的折射特点”和“发现生活中的折射现象”三个部分进行授课。突出教学重点为：遵循中学物理实验探究方法（1.提出问题2.猜想或假设3.设计实验4.进行实验5.分析论证6.得出结论7.评估交流），通过学生个体实验，教师从旁引导，学生获得“光的折射的概念”和探究“光的折射特点”。二、“传统实验教学”与“数字化教材教学”（一）“传统实验教学”的优势与不足“传统实验教学”在形式上分为教师演示实验与学生分组实验两种。在教师演示实验中，可以直观地给学生头脑中制造视觉、听觉、触觉等感官认识，事实胜于雄辩，所以学生会印象深刻。但教师演示实验也存在一些不足之处：1.由于实验器材的限制，\n需要周围环境或外在天气的允许（如“摩擦起电”实验）；2.演示实验时，坐在后面以及两侧边缘的学生，或是学生观察的视线范围受限等原因，一般会对实验现象的观察不是非常清晰（如“平面镜成像”实验）；3.有些实验现象则出现的时间过短，或是现象不太明显，或是器材的性能不佳等（如“密闭透明容器内压燃酒精棉”实验）；4.有些实验危险因素较高，且教室内场地有限，不方便演示（如“加热试管中水，水蒸气对塞子做功”实验）；5.所需实验器具老化、损耗较为严重，再次购买费用较高，导致不能实验。所以，教师的演示实验，总是或多或少的存在这样或那样的羁绊。分组实验中，可以调动学生全方位参与到学习的全过程中来，成为学习的主体。同时培养学生的观察、对比、分析、归纳、动手等能力，为学生自主学习，尝试失败、克服困难和体验成功提供了锻炼的机会。学生通过自我动手操作，从实验中观察和认知相应的知识点，也可以自主探究实验规律，记录实验数据，还但分组实验同样存在其不足之处，如学生的实验操作与探究能力因人而异，一些实验中数据的难以及时量化或直观化，会花费很长的时间，也得不到教学预设的效果，事倍而功半；一些分组实验的前期准备工作纷繁复杂，增加了教师备课的压力；一些危险性较高的实验也不变于学生的操作。（二）“数字化教材”与“虚拟实验”数字化教材，有别于传统教材，是利用多媒体技术将传统纸质内容、大量教学资源，经过数字技术处理，通过网络和教学平台、在智能学习终端上呈现，是转化为适用于各类电子终端的互动性教材。基于数字化教材中可以链接教学资源功能，笔者构想将虚拟实验室链接在数字化教材中作为尝试。虚拟实验室，是\n利用计算机技术来实现各种虚拟实验环境,实验者以交互的方式进行实验操作,可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目,最大限度地模拟真实实验的场景,并提供与实际实验的操作方法相类似的实践体验。（三）“数字化教材”在教学中的应用案例1.数字化教材链接虚拟实验教学实践中，学生使用IPAD，登陆人教版数字化教材，点击图标（如图1所示），进行虚拟实验。人教版数字化教材平台，会随机派发实验器材，激光笔、半圆形玻璃和水，实验内容分别是“光在水中的折射”和“光在玻璃中的折射”。学生根据所得器材进行实验，而后小组内将实验结果相互借鉴与讨论，体现探究实验中的“评估与交流”环节。教学过程中有以下环节使用了数虚拟实验：学生获得“光的折射”概念实验；学生找到垂直入射的特殊光线实验；学生探究“光的折射特点”实验；思考作业（如图2所示）：学生探究三棱镜中入射光的二次折射实验。图1数字化教材链接数字化实验图标\n图2学生探究思考作业相对于“传统实验教学”中，需要学生先观察演示“光的折射”实验，再由教师在黑板上画出光路图，依次标出“法线”、“入射光线”与“折射光线”，以及“入射角”与“折射角”的粗略比较大小等，这些都需要学生在脱离实验本身后，再由教师画图、讲解，引导学生思路，需要学生具备一定的抽象理解能力，甚至会出现思维障碍。由此而来，教师成为课堂主导。而数字化教材中，将虚拟实验链接至对应的教材章节，首先，方便了教师的授课与学生的使用，快速切入教学课堂。其次，将光路图中的物理量一一标出与量化（如图3所示），使学生在探究实验时，更直观、更易懂，自然、轻松地归纳出“光的折射”概念、特殊光线和“光的折射特点”，课堂的主导权再次回归学生，积极性也会迅速提升。更有利于培养学生的分析归纳能力，也让学生感受到自己动手、动脑实验在物理学习中的重要性，让学生体验到物理探究的乐趣，从而激发学生更强的求知欲望。\n同时，减轻了教师在课前，准备学生每人实验器材的繁琐任务。这些虚拟实验，还可以重复地使用，绿色环保，且避免了实验器材因学生操作不当而导致的损耗。图3学生现场操作数字化教材配合虚拟实验室，组成一支辅助教学的强大的后备军。相比于传统实验教学，学习过程中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养学生的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。虚拟实验的情景，深入到学生的脑海之中，实现了物理教学的情感转移。这样一来，学生将易于把对物理学和物理教师的情感转化为学习的兴趣与动力。学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。数字化教材配合虚拟实验室，也是未来物理实验室建设的主要发展方向，\n是虚拟现实技术应用研究的重要载体。让学生学的开心，教师教的舒心，让我们轻轻松松的在玩中学到知识，课内到课外，随时随地想学就学。不用担心实验成本和教材耗损，也不用害怕实验中存在的危险，把实际现象抽象为物理问题，让学生觉得学习内容变易、变活、变美、更有趣。2.数字化教材链接实验视频资源教学实践中，学生使用IPAD，观看实验微视频（如图4、5所示），听讲授、谈体会。人教版数字化教材的实验微视频，选题合理聚焦、教学设计精致，内容简洁、形式新颖、制作精良，为教师授课提供了广阔的资源平台。教师也可以将自己提前录制好的实验微视频上传至教材平台中，供学生课上观看，也可以根据课堂情况，让学生回到家中继续观看或学习。学生根据自身情况，甚至可以自制教具在家中模仿教师实验微视频，拓展学生多方面的能力。图4数字化教材中链接的实验微视频（看不见的硬币）\n图5学生观看实验微视频现场结合教学实践，人教版数字化教材的各项功能，与传统教学相比，它更具互动化、个性化、移动化、数据化等特点。从互动来看，不是说传统教学没有互动，但数字化教材教学的互动，不仅扩大了传统教学中人人互动的空间和范围，还实现了人机交互、互动传屏。在教师组织引导下，使学生经历观察、思考、提出问题、动手动脑的过程，进行探究式学习。以学生为本，突出探究，突出让学生学会学习、自己主动学习。\n个性化教学，是尊重学生个性，针对每个学生的特长、兴趣和需求所开展的教学，虽然并非新概念，但真正能实现个性化教学、做到因材施教还是在当今数字化时代。数字化教材中，可以将传统教学中的教师演示实验，调整为学生分组探究实验，让学生充分自主的探究，在课堂上让学生经历：作出猜想、提出问题、设计实验方案的过程，动脑动手做实验的过程，再经过分析论证，把自己的动手实践上升为理论知识，然后经过集体交流讨论，感悟出新知识，形成新能力，这样便减少了老师流于形式的说教。数字化教材，还拓展了教与学的时间和空间维度，使教学不再局限于校园和课堂，变得可移动甚至无边界，实现了时时处处皆可教学。这些都是建立在现代信息技术等新技术所支撑的教学和学习的内容、过程、行为、结果数据化的基础上。数据化，可将数字信息转化成标准的、开放的、通用的大规模数据对象，从而推动数字化教学从最初的注重内容信息呈现，走向智能分析推送，进入智慧教育时代。数字化教材，通过依托日益普及的移动终端和网络环境，为信息时代的实验教学提供了一种全新的教学模式，既能再现真实实验的全过程，又能克服传统实验的各种制约和弊端，可以有效地解决实验教学中存在的诸多问题，达到优化教育资源、有效提高教学质量的目的。