信息技術支持下的中學物理差異教學研究*

徐 果

(蘇州工業園區青劍湖學校 江蘇 蘇州 215122)

美國哈佛大學教育研究生院著名心理學家、教育家霍華德·加德納說過，“每個孩子都是一個潛在的天才兒童，只是經常表現為不同的形式”.現代社會是一個需要各種人才的時代，全體學生都是可造之才，從這個基本思想出發，物理教學中差異的存在就是客觀、必然的了.在物理集體教學中應立足于學生智能層面的差異,實施差異教學,通過有效的教學手段和學習評價，最終促使學生能高效學習，具備良好的物理核心素養.

1 緣起——國內外關于差異教學的研究現狀

差異教學最早是以“因材施教”“個性教育”“分層教育”等研究方式出現的[1].通過文獻梳理，筆者了解到國外對差異教學研究最具代表性的國家是美國，在這個國家，個性化教育是每一階段教育目標的重要組成部分且貫穿于各個教育領域之中.許多學者對此也做出了很大貢獻，其中弗吉尼亞大學教授湯姆林森被譽為“迄今為止對差異教學研究最全面的人”，她在自己的《多元能力課堂中的差異教學》一書中首次提出了在“常規課堂”中面向“全體學生”的“差異教學”,以及 “如何最大限度地在班級教學中使每個學生得到最大程度的提高”，將差異教學的核心思想明確為“學生的個別差異是教學的組成要素,是教學資源，而非負擔”[1].

近些年，國內關于差異教學的研究也開始變得深入、系統、科學起來，其中的代表人物是華國棟、程向陽等人，華國棟在他的著作《差異教學論》中率先給出了差異教學的定義，即在班集體教學中立足于學生的個性差異，力促學生在原有的基礎上得到充分的發展[2].隨著差異教學理念的推廣，我國部分學校也逐漸開展了實踐研究，如杭州市天長小學、上海晉元中學都在差異教學的相關教學實踐中取得了不錯的成績.

對比國外差異教學的研究，目前我國的差異教學研究仍存在許多問題，如忽視學生個性差異的存在、承認差異但不知如何對待差異、把差異看成教學負擔甚至力圖消除差異……這些都是與“尊重差異、追求優質”的現代差異教學理念相悖的.為解決這些問題，新時代的教育者需要努力探究出更具有針對性、科學性和可行性的差異教學模式，而作為新時代標志并對教育變革起到巨大推動作用的多媒體技術和信息技術，也將為差異教學的有效實施提供強大的技術支持.下文中筆者將基于現代信息技術，針對物理學科的差異教學進行論述.

2 實踐——信息技術支持下的物理差異教學策略的構建

華國棟教授在《差異教學論》中提到，計算機技術在制定學習目標、創設課堂情境、提供學習資源和資料、激發學生學習主動性等方面發揮著不可替代的作用[2].由此可見,計算機技術是教學中很重要的資源，在常規班集體教學中，立足于學生的個性差異，利用信息技術對教學的各個環節進行差異化的設計和實施，一定可以大大提高物理課堂的有效性.

2.1 利用信息技術模擬物理情境 促進學生最大程度發展

差異教學強調“還學于生”，關注學生在課堂中的主體地位，成為學習主體之后，學生會更深刻、更積極主動地建構知識，從而使自身得到最大程度的發展.建構主義認為，學習總是與一定的社會文化背景即“情境”相聯系的，通過相關情境體驗，學生可以更有效地學習.如圖1戴爾的“經驗之塔”所示，視頻、圖片等直接的體驗都可以提升知識的轉化率，如今網絡中豐富的圖片和視頻資源對此就可以起到很大的支持作用[3]，比如磁懸浮列車、電動機等不適合直接搬到課堂上的實物就可以借助圖片讓學生直觀地看到；再比如在學習靜電現象涉及到雷電等放電現象時，學生雖知道它的危害但幾乎沒有人親身體驗過，在這里借助視頻就可以很容易讓學生產生共鳴，從而了解雷電放電的劇烈性.

圖1 戴爾的“經驗之塔”

此外，由于時空的限制，物理教學也會面臨一定的局限性.例如，八年級“宇宙探秘”這一節的教學，由于星空、宇宙大爆炸及地球自轉、公轉這些都是宏觀且抽象的，在課堂上很難做到直接創設情境，因此以往學生主動探究的積極性并不高，大多數學生反映存在學過很快就會忘記的現象，學習效率非常低下.但如果教師在教學中借助于計算機技術，如一些星空模擬軟件讓學生仿佛身臨其中，學生的學習效果將會大大改善.

其中 SkyView Free就是一款非常好的天文觀測教育應用APP，它使用手機的屏幕和傳感器為您提供增強現實視圖，學生可以將智能手機和平板電腦變成AR取景器，你只需打開它，無論晝夜，它都將指引你鎖定星星位置并加以辨別.將你的設備對準天空，它就能辨別出你所處位置上空的星座、星球和衛星，包括國際空間站ISS和哈勃，接著只需直接點擊星體或者星座，就可以進一步看到它的表面形狀及相關的知識.除此之外，SkyView還包括一個“時間旅行”功能，可讓您根據對每個物體運動的了解，查看過去或將來會出現的天空[4].如圖2和圖3就是通過SkyView看到的月球表面以及月地距離等知識，借助它，學生們可以隨時隨地置身于一個非常逼真的太空環境中去觀測星空、去學習宇宙知識.

圖2 通過SkyView看到的月球表面

圖3 通過SkyView觀察的月地距離

由此可見，在物理教學中合理利用信息技術手段可以變靜為動、變抽象為具體，同時更加直觀可視化，通過信息技術創設物理情境，更是讓學生親歷學習的過程、激發學生學習的積極性，促進學生學習能力的發展.

2.2 利用信息技術促進學生自主學習 突破傳統教學的統一性

隨著課程改革及個性化教育的發展，傳統統一標準的教學模式受到越來越多人的反對，為了使學生的個性得到發展、學習積極性得到提高，課堂就需要給學生更多自主學習的權利，尤其是對于物理教學.物理是一門注重探究過程及思維培養的學科，但由于課堂時間以及實驗器材的局限，往往造成學習速度較快的學生“吃不飽”、速度慢的學生“吃不消”的現象.基于此，筆者在初中物理課堂上引入了PHET仿真軟件，該軟件是一款模擬實驗軟件，借助它，不僅可以提升學生的自主學習能力，還能激發學生的好奇心和求知欲[5].

PHET(The Physics Education Technology)是美國科羅拉多大學的物理教育科技計劃的簡稱，由諾貝爾獎獲得者卡爾·威曼于2002年創立，是一套以“互動、探索、學習”為宗旨的互動教學系統，教學內容不限于物理，也包含了很多地球科學、化學、數學等主題，其目的是通過圖形視覺、互動操作的方式以及線上數位工具的便利，讓學生可以從實作體驗里，更具體、有效并且有趣地學習各種科學知識[5].PHET 為科學和數學教學創建免費的、開源的交互式仿真演示，任何人都可以從PHET的網站免費下載或使用模擬軟件，在美國有數千所中學及大學已開始使用PHET作為教學手段，目前它已被翻譯成包括中文在內的上百種語言，被播放使用了數億次[6].

其中物理板塊作為PHET最主要的組成部分，威曼創立它的初衷就是提供一個以互動和探索為導向的自由物理現象模擬教學，PHET鼓勵學生在探索中學習，激勵學生在直觀的、游戲化的環境中進行探索和發現.以初中物理中的光學部分為例，此部分在普通課堂上多以教師演示實驗為主，然后用同一個標準來要求所有學生，在典型的實驗課堂上，學生也多是在知道實驗步驟之后盡快地找到實驗結果，幾乎沒有科學探究的過程.而在有了仿真軟件之后，學生就可以完全掌握學習進程的主動權，可以方便快捷地去探索反射規律、折射規律、甚至挖掘到光的全反射現象.在PHET光學實驗室中，學生可以用熟悉的激光燈來建立與現實世界的關聯，然后學生可以在其中像現實中的操作一樣來移動激光筆方向，從而改變入射角大小如圖4和圖5所示，記錄相應的反射角和折射角大小，通過分析得出光的反射定律和折射定律.

圖4 入射角為41.6°時光的反射和折射

圖5 入射角為58.3°時光的反射和折射

在整個課堂探究過程中，速度慢的學生不必著急，可以選擇適合自己的速度和難度，這樣就避免了后進生在學習上的受挫感，而且由于PHET軟件不受時間和場地的限制，后進生就有充足的時間來進行學習，從而達到最終完成學習任務的目的；智力相對較好、速度快的學生在完成基本的知識探究之后，還可以根據自己的疑惑來進一步進行自主探究，如通過改變波長可以進一步探究光的顏色對光的反射及折射的影響，在操作界面的“Material”選項中，學生也可以任意改變材料來增大實驗難度從而探究出許多目前書本上學不到的知識，如從圖5、圖6中可以發現不同的材料對光的折射的影響，從圖7中發現光的全反射現象等.相比于僅僅讓學生做題而言，這樣的學習方式反而能讓學生更好地理解物理概念及物理規律.由此可見，PHET倡導自主探究，力求讓學生置身于相關情境中進行體驗式學習，激發學生的好奇心,使學生對物理學習充滿興趣，這與建構主義理論強調以學生為中心，倡導通過協作學習、激發學生的主觀能動性來完成知識建構的理論相符.

圖6 改變入射材料為水

圖7 光的全反射現象

2.3 利用信息技術背景下的大數據分析 提高差異教學的有效性

在教育中關注學生差異，注重培養其優勢智能固然可以使學生得到更好的發展，但是面向班級全體學生，如何分辨他們之間的差異，又如何快速識別他們的優勢智能呢？

隨著近幾年來人工智能的發展，這一困擾一線教師多年的問題將會在不久的將來被迎刃而解：眾所周知，大數據時代的到來使“虛擬經濟”飛速發展，尤其是各大電商，個個都賺的金盆滿缽，細究其中的原因，我們會發現原來都是“注重個體差異”的功勞.以淘寶為例，它通過千萬用戶的瀏覽及購買記錄等進行大數據分析，從而精準鎖定各用戶之間的差異，再根據這些差異進行產品推廣，最終提升用戶體驗及購買率.同樣的，人工智能在教學中也可以反饋班級整體數據、識別班級中不同層次學生的活躍指數，當然更可以針對每一個學生的學習行為及作業情況進行分析，如學生哪些知識點掌握薄弱、哪一學科發展較好、哪些能力較強……教師通過這些數據，就可以在保障教學規模的情況下快速識別出學生差異及其優勢智能，在識別學生之間的差異之后，再次利用大數據會更有利于促進個性化學習和差異化教學.例如教師可以根據已掌握的學生智能差異情況采取一些個性化的方式(例如人工智能可以根據學生差異分層布置作業),學生也可以通過自己的大數據(例如人工智能可以根據個人學習及作業對錯情況推送相關題型及知識)有選擇地進行個性化學習，這樣就可以更加高效地獲取知識.由此可見，在大數據下，整個學生的學習行為都可以被跟蹤記錄，并進行量化分析，這將有利于從本質上認識學習的發展規律，提高差異化教學的科學有效性.

3 感悟——多元評價 讓每個學生都享受學習帶來的收獲

“多一把尺子，就多一批好學生”，在一線教學中，教師應該以發展的眼光評價學生，要善于發現學生的優勢智能，同時也要合理借助信息技術的支持，關注學生的智能個性化，找到激發、利用學生優勢智能的差異教學方法.為保證以信息技術為支撐的中學物理差異教學得到有效實施，建立一個多元化的評價體系也成為一個關鍵問題，因為評價對學生的整個學習行為有調整和控制的作用，它是對學生的整個學習進展和行為變化的評價，其目的是為了讓所有學生在原有基礎上得到發展，而決不是為了確定學生在集體中的排名位置.因此，建立一個促進學生全面發展的多元化的評價體系不僅要注意評價標準的多元化，還要關注評價主體多元化、評價內容多元化以及評價方法多元化，這樣多元化的評價方式可以幫助學生消除心理障礙,提高學習興趣,更多的是可以促進學生的自我發展，讓每個學生都享受學習帶來的收獲.

綜上所述，基于現代信息技術的支持，在物理教學中全面了解學生物理學習各方面的差異，實施有效的差異教學，不僅僅是提高了學生的思維品質,培養了學生的物理核心素養，更是促進了學生得到最大程度的發展，展示了每個學生絢麗多彩的創造個性.