核心素养导向下信息技术与初中物理教学深度融合的策略研究

陈峰

随着教育部《关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》的发布，越来越多的一线教师开始重视信息技术在教育教学中的应用。在新时代大数据、人工智能、5G技术不断发展的背景下，尤其是在疫情防控常态化的形势下，教育教学需要线上线下相结合，使得信息技术与学科教学的融合变得更加有意义。

江苏省南京市秦淮区教师发展中心自2018年开始就深入开展“信息技术与教育教学深度融合”的研究，成立了“信息技术与学科教学深度融合中心组”，以初中物理为示范学科，聚焦多种信息技术在初中物理教学中的应用，形成了案例、微课、示范课等多种形式的实践应用成果。本文梳理了之前的研究成果，从丰富内容体验、改变评价方式、变革教学模式三个方面，介绍几何画板、虚拟仿真实验室、“金陵微校”在线学习平台等多种信息技术与初中物理教学的深度融合案例。

一、丰富内容体验，让内容直观形象

物理学科以观察、实验为基础，重视对情景的构建，许多物理问题都是理想化了的模型，如果学生缺少足够的体验，将不能有效地构建模型从而影响学习效果。借助虚拟仿真实验室、几何画板等，不仅可以将实验场景再现，让学生仔细观察实验中的重要现象及步骤，还能够模拟一些真实实验无法实现的场景，帮助学生进行三维空间想象。学生在虚拟仿真实验平台上进行操作，将抽象、静态的物理模型直观化、动态化，让难以准备的实物数字化，丰富学生对物理情境的感性认识，深化其对科学规律的理解。

案例1：用几何画板模拟油量表的模型

油量表模型包括了杠杆、滑动变阻器、电表等多个物理要素。初学变阻器的学生面对这一复杂问题时，难以辨析各要素之间的联系，加上该模型是一个动态过程，学生需由静态到动态分析，认知梯度较高。借助几何画板设计动态的油量表模型，可以观察油面变化时，杠杆转动，滑动变阻器接入电路中的阻值改变，将电压、电流、电阻的变化关系加入其中，借助几何画板自带的计算功能，可以动态地显示出各物理量之间的变化（如图1），直观地观看到电流的变化情况，增强学生的感性认知。

案例2：用虚拟仿真实验室探究光的反射

虚拟仿真实验室可以模拟真实实验情境，学生利用仿真实验室平台，观察实验现象，经历实验探究过程。“光的反射”这一节的教学重点是探究光的反射定律，“反射光线与入射光线和法线在同一平面”这一结论的得出，学生很难总结并理解记忆，尤其是表述三线的顺序问题。在真实的实验探究中，学生观察不到反射光到底在哪个平面中，因为现实的实验中是看不到法线的。虽然法线并不是实际存在的，但其对描述反射光所在的平面是至关重要的。利用虚拟仿真实验室，当显示光路的纸板没有垂直立在平面镜上，入射光沿着纸板斜射到平面镜上，此时会显示过入射点垂直于反射面的法线，同时学生直观地观察到反射光的位置（如图2），帮助学生进行三维空间想象。

二、改变评价方式，让评价有趣及时

在平时的课堂教学中，教师会设置许多问题来组织教学，也会设置一些课堂练习巩固新知，然而由于班级人数较多，教师很难兼顾到每一位学生，每次提问只能由个别学生回答，并不能让所有学生都表达自己的观点，学生的参与度不高，这就降低了课堂评价的效果。在传统的练习评价中，学生要等到教师批改完再发下去之后，才能获得反馈信息，这就错过了练习发挥作用的最佳时期。在小组合作当中，由于时间的限制，仅仅能展示一到两个小组的作品，其他小组讨论交流的闪光点就很难被发现。借助“金陵微校”在线学习平台可以改变评价方式有效地解决以上问题。抢答、观点云、趣味练习等课堂互动形式可以提高学生积极性；分组练习、全班练习等评价形式可以及时收集学生课堂反馈，提高学生课堂参与度；课后，教师可以运用“金陵微校”在线学习平台中的作业、学习墙等功能，将学生上课时错误率较高的题目发送给学生再次练习，帮助学生及时巩固知识。教师可以及时了解学生课后遇到的问题，并通过大数据分析了解每一个学生本阶段学习情况。

案例：测量液体的密度

测量液体的密度是密度知识的综合应用，教师借助“金陵微校”在线学习平台，可以拓展这节课的教学途径、优化教学策略，反馈及时可控，也可以引导学生主动思考。

活动一：学生来“找茬”。播放学生用量筒和天平测量液体密度的实验操作视频，全班学生在仔细观察的过程中，找出视频中不规范的操作，通过“金陵微校”在线学习平台中观点云工具发表观点，学生们的观点就会在屏幕上滚动出现。通过这一工具，不仅教师能实时了解到学生的观点，学生之间也可以看到同伴的观点，还可以为同伴的观点“打call”。结束收集后，学生们的观点将被归纳整理，形成词云图，实现对实验操作的精加工。

活动二：巧测液体密度。教师提供器材，如精准秤、圆柱形容器、水、刻度尺、膠头滴管等，学生设计实验，画出实验步骤简图。教师运用“金陵微校”在线学习平台中的互动功能，通过主观题形式发送小组合作任务。通过“金陵微校”在线学习平台，教师不仅可以了解到每一位学生的设计思路，还能让学生之间互相了解，帮助教师及时了解课堂中学生的闪光点和存在的问题，调动学生积极性，提高课堂效率。学生的测量方案有如下两种：方案一，相同体积（高度）比质量（如图3），密度表达式为；方案二，相同质量比体积（高度）（如图4），密度表达式为。

活动三：设计制作密度计。对活动二中学生生成的两种方案进行深加工、精加工和多维加工。方案一中，当测量不同液体时，只要将液体倒至标记处，测出液体的质量，即可求得该液体的密度。如果我们事先将精准秤的示数对应的密度值算好，并制成表格（如表1），该精准秤就成为一个密度计，测量液体密度时，只要将液体倒至标记处，测出液体的质量，通过查表即可得到液体的密度值。为方便学生理解和使用该密度计，教师通过“金陵微校”在线学习平台中全班练习工具发布如下练习：1.液体的密度为2g/cm3，对应的液体质量是    ？2.观察精准秤背面的相关信息，该密度计所能测量的液体最大密度是    ？3.理论上，可以鉴别的液体密度最小差异是    ？

方案二中，在圆柱形容器上标出相同质量的不同液体对应的深度，每次倒入容器中的液体质量相同，从标度上就可以读出液体的密度。实验中控制每次倒入容器中的液体质量为70g，测得倒入70g水的深度为7.2cm。教师通过“金陵微校”在线学习平台中全班练习工具发布如下练习：计算出液体密度与表2中的密度值相等时，密度计中液体的深度h，并根据计算出的数据，在容器上标出对应的刻度线。学生思考：制作好的密度计的刻度线分布是否均匀？所制作的密度计刻度线有什么特点？如何使密度计上两条刻度线之间的距离大一些，以使测量结果更精确？

三、变革教学模式，让学习能动自主

“双减”政策的落实，旨在让学生有更多的时间可以自主学习，主动学习。知识的建构，并非只能在课堂上，也可以在课前或者课后。翻转课堂、项目式学习等新教学模式的应用，需要提供更多的资源，比如微课视频资源。在常规的物理教学过程中，虽然学生也进行一些规定的观察与实验，但由于工具、资源和时空等限制，学生的探究实验非常有限。在课前或者课后提供相关的微课视频供学生自主学习，可以增强学生学习体验，有效地促进学生开展物理深度学习。

案例：制作简易投影灯

凸透镜成像规律的应用一直是初中学生学习上的难点，书本上提到的投影仪或者幻灯机学生几乎没有见过，缺少客观的体验，很难对该物理知识有深层次的认识。其实凸透镜在生活中的应用很常见，夜晚路边商店门口地面上旋转的logo，就是凸透镜成像规律的应用，即图5所示的投影灯。利用两个矿泉水瓶（直径不同）、手电筒、焦距10cm的凸透鏡、手机贴膜（作为幻灯片）等工具便可制作一个简易投影灯（如图6）。

教师可以拍摄制作过程并制作成微课视频，指导学生实践学习，学生在制作的过程中，可以在多次观看微课视频的基础上，进行独立思考和制作。学生通过自己制作的投影灯探究实验效果，激发出学习的热情。同时教师要设计有层次有针对性的问题，如屏幕上的投影画面是何种性质的成像？投影片到凸透镜的距离应满足怎样的条件？投影的画面是左右颠倒的，应如何摆放投影片？画面不清晰，你打算如何调整？要使画面变得更大，如何操作？

四、结语

应用信息技术丰富学生的体验，改变评价方式，变革教学模式，激发学生学习兴趣，提升其学习效果和核心素养，同时帮助学生适应数字时代的要求，让教学变得简单，让学生热爱学习。作为一线教师应立足应用，靶向教学，激发提升自身信息技术应用能力的内部驱动力，推动信息化教育教学创新，全面提升学生核心素养。