依托三維工具，點亮“智慧課堂”

趙俊 鞏曉雁 鐘永江

● 順應時代發展，緊跟教育信息化步伐

2015年在國際教育信息化大會開幕式上，國家主席習近平發去賀信，強調因應信息技術的發展，推動教育變革和創新，構建網絡化、數字化、個性化、終身化的教育體系。時任國務院副總理的劉延東在大會上致辭，倡議要更加重視教育信息化在突破時空限制、促進教育公平方面的作用和地位，加強信息技術與教育教學深度融合，促進優質數字教育資源開發和共建共享，推動不同文明交流互鑒。

2016年9月，山東省濟南市天橋區教育局與東北師范大學理想信息技術學院簽約，就“智慧教育云平臺”的構建，暨教育信息化戰略進行合作。三年間，東北師范大學理想信息技術研究院的專家團隊針對平臺的建設、平臺龐大資源的使用和教師的成長進行跟蹤指導，提升教師智慧教育理念下的信息技術與學科教學深度融合的能力，促進教與學方式的變革。在2018年“智慧教育種子教師”的跟崗培訓中，筆者有幸成為一名“種子教師”，通過觀摩研討、線上學習、線下實踐、專家面對面指導等，筆者的信息化教學能力有了“質”的飛躍。

● 深入分析教材，實驗遭遇“瓶頸”

物理是一門以實驗為基礎的學科，在物理課堂教學中，實驗必不可少，而實驗有時候會遭遇“瓶頸”。例如，電功率是整個初中電學知識的綜合，且與生產生活實際緊密聯系，在進行“電流做功的快慢”即電功率的教學中，需要設計和家庭電路有關的實驗，或一些雖然具有“破壞性”卻能充分說明問題、能給學生留下深刻印象的實驗，以及一些學生層面的探索性實驗，但這些實驗歷時長，受實驗設備、實驗耗材以及安全隱患等因素的制約，有些不能在課堂上實際操作，這在一定程度上影響了教學內容的呈現和教學效果。

● 暢游“云平臺”，尋找“智慧”方法

在跟崗培訓過程中，“智慧云平臺備課助手”的強大功能為筆者帶來了新思路，其中三維工具和同步實驗的設置，就如同一個個真實的場景。從“小孔成像”到“探究凸透鏡成像的規律”，從“浮力產生的原因”到“阿基米德原理”，從“家庭電路”到“探究通電螺線管磁場的方向”，光學、力學、電學的知識內容幾乎都涵蓋了。這些三維工具和同步實驗形象逼真，貼近生活和生產，能夠很好地幫助學生將知識與實際聯系起來，同時也使筆者找到了在課堂教學中某些實驗不能實施呈現的解決方法。因此，筆者嘗試將三維工具和同步實驗運用到“電流做功的快慢”即電功率的教學中，使教學內容的實施突出重點、突破難點，收到了顯著的成效。下面，以“電流做功的快慢”這一節課為例，介紹三維工具和同步實驗在這節課中所發揮的作用。

案例設計

《電流做功的快慢》教學設計

1.課程標準

從能量轉化的角度認識電源和用電器的作用;結合實例理解電功和電功率;知道用電器的額定功率和實際功率。

2.課時教學目標細目表如下頁表

3.學習目標

①經歷實驗探究，進行分析討論，能說出電功率的定義及物理意義。②通過自主學習，能寫出電功率的定義式及單位。③體驗對比實驗，能區分額定功率和實際功率。④通過觀察實驗，動腦分析討論，激發創造意識。

4.重點和難點

重點：額定電壓、額定功率。

難點：電功率概念的建立。

5.教學準備

信息化資源：智慧云平臺中的三維工具和同步實驗。

演示實驗器材：能量轉化演示器、電壓表兩個、電流表兩個、0～20Ω的滑動變阻器兩個、2.5V小燈泡一個、3.8V小燈泡一個、電源兩組、學生電源一個、導線若干、遙控塔吊玩具一個。

6.評價設計

（1）通過評價活動（一）（二）（三）以及課堂檢測，檢測學習目標①②③的達成。

（2）通過評價活動（二）、（四）以及作業，檢測學習目標④的達成。

7.學習過程

評價活動（一）：思考討論，知識回顧

要求學生思考并回答以下問題：電功的公式是什么？各字母的含義及單位是什么？電流做功的實質是什么？下面幾個用電器將電能分別轉化成了什么能？（教師展示圖片）

設計意圖：本節的教學中要用到電功的公式及其實質的相關知識，復習強調這些內容，為本節的學習打下良好的基礎。

評價活動（二）：實驗激趣，引入新課

教師利用如下頁圖1所示的裝置，閉合開關，啟動電動機，將重物提升;改變電壓，重復剛才的實驗。學生認真觀察實驗，思考并回答問題：實驗過程中，重物獲得了什么能？重物獲得的能量是由什么能轉化來的？哪次實驗重物上升得快？哪次電流做功快？

設計意圖：電流做功雖然看不見，但能夠觀察到電動機通電吊起重物的過程以及重物先后兩次上升快慢的不同。同時，輔以由淺入深、層層遞進的問題設計，把抽象的過程通過形象的實驗，自然過渡到“電流做功的快慢”，從而引入新課。

評價活動（三）：依托電學實驗，深入新課學習

活動任務1：電功率概念的建立。

教師分別將額定電壓為2.5V、3.8V的小燈泡與滑動變阻器串聯，接入如圖2所示的兩個電路，用電壓表和電流表測出燈泡兩端的電壓和通過的電流，并提出問題：哪個電路燈泡更亮？哪個電路電流做功快呢？怎樣比較電流做功的快慢呢？（點撥提示：你是怎樣比較物體運動快慢的？你又是怎樣比較力做功快慢的？怎樣比較電流做功的快慢呢？）學生思考討論，選擇合適的方法，并通過計算支持自己的觀點。

設計意圖：此實驗是在電動機提升重物的基礎上設計的。電流對電動機做功的快慢可以由重物上升的快慢間接反映，哪一次重物上升得快，哪一次電流經過電動機做的功就快。基于此，在該實驗中，針對電流經過電路中的燈泡時，電流做功的快慢由什么來間接反映這個問題學生很自然會聯想到哪個燈泡亮，電流經過它所做的功就快——引出“電功率”概念。在學生對“如何比較電流做功快慢”有些茫然時，按照知識學習的先后順序以及相關關系，設計點撥提示中的內容，利用知識的遷移和類比，讓學生思考、討論、計算，順理成章地建立起“電功率”的概念，突破了本節的難點。

活動任務2：自主學習電功率的相關知識。

要求學生自己學習電功率的物理意義、電功率的定義及電功率公式及推導等知識。

設計意圖：這部分內容是在前期理解性學習的基礎上，將所學知識用文字或公式總結表達出來，學生完全有能力通過自學完成。這樣做一方面讓學生的學習換個方式全員參與，不至于太單調;另一方面，能較好地培養學生的自學能力和對知識的總結概括能力。

活動任務3：實際功率。

要求學生利用電功率的計算式，算出電路中兩個燈泡此時的電功率，并根據實驗現象和數據得出結論：燈泡的亮度取決于其實際功率。

設計意圖：這部分內容的設計有以下幾個作用——一是對剛學的知識進行鞏固訓練，同時對電壓表、電流表的讀數進行復習;二是通過計算將結果與燈泡的實際亮度結合起來，讓學生直觀地感受到燈泡的亮度取決于它此時的電功率，即此時電流在單位時間內經過燈泡所做的功;三是使學生學習建立新的知識概念——實際功率。

活動任務4：額定功率。

教師演示實驗：在接有額定電壓為2.5V小燈泡的電路中，再增加2節干電池，把電壓表的量程換接為0～15V，閉合開關，調節滑動變阻器，使小燈泡的亮度由暗變亮直至燒毀熄滅。

學生通過實驗的體驗，學習額定電壓、額定功率。

設計意圖：此實驗的設計是在學習實際功率的基礎上，通過觀察電壓表、電流表示數的變化，以及燈泡亮度的變化，使學生直觀地感受到燈泡實際功率的變化，明確燈泡的實際功率存在無數個;當燈泡的實際電壓、實際功率過大時，燈泡瞬間燒毀熄滅，這給了學生視覺上的沖擊和震撼，也使得額定電壓和額定功率概念的建立成為必然。

活動任務5：聯系生活，進一步加深對電功率相關知識的認識。

（1）學習了解生活中一些常見用電器的額定電壓、額定功率。

利用三維工具，讓學生觀察額定功率分別為15W和100W、額定電壓都為220V的燈泡分別接入家庭電路中的正常發光情況（如圖3）。

（2）利用三維工具，將額定功率為100W，額定電壓為220V的燈泡接在家庭電路中，讓學生觀察其在用電高峰期、用電低谷期的發光情況（如圖4）。

設計意圖：雖然前面的實驗中，學生觀察到了實驗小燈泡的發光情況，體會到了它的亮度和實際功率的關系，但與實際生活場景相差甚遠。如果只將兩個生活中的燈泡接入一個示教板進行演示，還是缺乏直接的、身臨其境的感覺。利用云平臺備課助手中提供的三維工具，不僅將學生“帶入”“真實生活”的家庭中，體會對比額定功率為15W和100W燈泡正常工作時的亮度，還能顯示出它們在用電高峰期、用電低谷期的亮度情況，加深了學生對實際功率和額定功率的理解。

（3）利用三維工具，模擬家庭電路中同時使用多個額定功率較大的用電器，觀察體驗“真實線路”因電流過大而被燒毀的情況，并要求學生運用電功率的計算式進行定性的分析。

設計意圖：有些“破壞性”實驗具有一定的危險性，存在安全隱患，在課堂上是不能進行實際操作的。因此，在前面充分了解各用電器額定功率的基礎上，很好地利用三維工具，再現家庭電路中同時使用幾個大功率電器而燒毀線路的情境，這樣設計，一方面讓課堂聯系了實際，使學生進一步意識到用電器的選擇和使用對生活中的安全用電有著重大的指導意義，另一方面又由此引出了新的問題——為什么總功率過大，會導致總電流過大呢？將學生又重新“帶回”了課堂，再趁熱打鐵運用剛學的電功率公式分析，講練結合，鞏固新知。同時這也是潛移默化地指導學生，要善于在生活中發現問題、提出問題，運用所學的物理知識來解決實際問題。

在以上兩個環節中，云平臺備課助手中的三維工具充分發揮了它的優勢，使得在課堂上不易操作、不適合操作的實驗以及無法創設的生活場景，能在課堂上展現無遺，使“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學理念落到實處。

評價活動（四）：反饋新知，碰撞思維

教師引導學生回顧引入新課時的實驗，思考并回答問題：整個裝置可以制造出生產中的什么器械？如何實現使重物上升得再快些？從哪些方面可以改變它的功率？你能畫出簡單電路圖嗎？

設計意圖：本環節提出的問題與新課引入的實驗前后對照，增強了教學的完整性，充分挖掘此實驗在本節教學中的效能。幾個問題的設置層層遞進，使學生由普通的實驗裝置聯想到塔吊，即由物理課堂“轉戰”到了生產實踐，由實現快速吊起重物聯想到改變電壓或電流從而改變實際功率，進一步聯想到可由串聯一個滑動變阻器來實現，由提出問題到解決問題，順理成章，水到渠成。

教師課堂小結，要求學生討論并嘗試寫出本節的課時知識結構。

設計意圖：一是讓學生自己說出本節課學習的收獲，以此來檢驗聽課效果，培養鍛煉學生的語言表達能力和對知識的總結概括能力。二是在回憶所學知識的基礎上，讓學生通過思考和討論，將本節的知識內容提煉出來，在頭腦中建立知識樹;同時將自己寫出的知識結構，與教師提供的知識結構進行對比，尋找差距和不同，并進行完善。這也是一種全新的學習方法，有助于幫助學生對所學知識的整體、系統認識。

8.布置作業

（1）登錄智慧云平臺中的“理想學堂”，利用其中的同步實驗——影響電流做功快慢的因素，進行仿真探究，設計出你心目中最為理想的塔吊方案，尤其要解決好可調節升降快慢的問題。

（2）閱讀課本第122頁例題的解題過程，思考本題的求解還可以用什么方法，其中的變形公式是如何得出的。

設計意圖：作業既有知識性內容，又有開放性、創造性內容，目的是鞏固新知，開拓思維，充分發揮學生的想象力和創造力。尤其是智慧云平臺中的同步實驗將探究拓展到了課下。仿真實驗的呈現形式，既解決了學生在家實驗器材不易準備的問題，又使得實驗結果直觀明了，最重要的是提高了學生學習物理的積極性，將家、校中的物理學習有效地結合了起來。學習物理的最終目的就是要學以致用，用知識來解決問題、改進工具，甚至是發明創造出新的事物服務于我們的生活和生產。設計開拓性、創造性、開放性的探究作業，旨在讓學生在輕松完成的基礎上展開討論，碰撞出創造的火花，培養學生的創造能力，增強他們勇于創造的信心。

智慧反思

縱觀本節課的教學過程，行之有效的實驗貫穿課堂教學的始終。首先利用“電動機啟動吊起重物”的實驗引入新課，然后觀察兩個電路中燈泡的亮度，利用已有知識建立電功率的概念，突破本節的難點，接著通過調節滑動變阻器，觀察感受燈泡亮度的變化至燒毀熄滅，建立實際功率、額定功率的概念，突出教學重點，緊跟著利用三維工具操作仿真實驗，帶領學生身臨其境，感受并明確額定功率的指導意義，最后照應引課實驗，并通過作業中的同步實驗，引領學生開啟創造的大門，樹立創造的信心。整個教學過程過渡自然，由淺入深，步步為營，讓學生始終“基于問題學”“基于任務學”“基于探究學”。

智慧云平臺的應用，將教學中的三要素變為了四要素，即教師、學生、教材、教學平臺，拓展了教學內容，優化了教學過程，改變了教學方式，點亮了物理課堂教學。智慧云平臺中的三維工具和同步實驗，優化了實驗過程和實驗效果，給學生留下深刻的印象，激發了學生學習物理的興趣，同時，也為教師對學生的思維培養由理解性向創造性轉變提供了一條新的途徑。

隨著信息技術的發展及其與教學有效融合的探索與實踐，利用信息技術助力物理課堂教學成為提高教學效益的重要手段，它將促使我們進一步挖掘智慧云平臺中的各項功能，使其更好地服務于教育教學，點亮我們的智慧課堂！