依托數字教材破解初中物理課堂教學難題

摘 要：隨著信息技術的飛速發展和教師應用信息技術能力的不斷提升，使用優質的數字資源破解實驗教學的難題，成為越來越多物理教師的選擇.數字教材利用多媒體技術將傳統紙質教材內容進行數字化處理，知識表達更加生動形象，本文以人教版初中物理數字教材為例，介紹如何利用數字教材破解傳統教學難題，突破實驗教學困境，并開展翻轉教學的探索.

關鍵詞：數字教材;初中物理;實驗教學

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0022-04

作者簡介：孫少輝（1974-），男，河南洛陽人，本科，中小學高級教師，研究方向：信息技術與學科教學融合.

物理是一門實驗學科，實驗是教師開展物理教學的基礎.但是在我國中西部地區，由于經濟發展的制約導致教育投入有限，教師在開展實驗教學時會受到一些客觀因素的制約，筆者曾于2019年1月通過問卷星發布網絡問卷在學科教師中開展調查，結果表明（調查報告網址：https：//www.wjx.cn/report/33016695.aspx）實驗室所配備的實驗器材數量不足、質量低劣（如圖1所示），不但嚴重制約初中物理實驗教學的開展，也在一定程度上挫傷教師開展實驗教學的積極性.伴隨信息技術的飛速發展和教師應用信息技術能力的不斷提升，教師普遍認為利用信息技術能夠有效彌補實驗器材不足，減少實驗器材損耗，增強實驗操作過程及實驗現象的可視性，杜絕可能發生的安全隱患，有效調動學生參與實驗探究的興趣.依托信息技術，使用優質的數字資源破解實驗教學的難題，成為越來越多學科教師的自覺選擇（如圖2所示）.

一線教師呼喚優質完整的數字化教學資源，基于這種現實需求，以人教社數字教材為代表的優質資源吸引廣大教師的持續關注.數字教材利用多媒體技術將傳統紙質內容進行數字化處理，融合文字和音頻、視頻、圖片及動畫等元素（如圖3所示），使知識表達更加生動形象，教師在教學過程中可以輕松調用這些資源輔助課堂講解，也可以引導學生在課前依托數字資源更輕松、更高效地開展自學.數字教材的開發和普及不但能夠促進教師工作方式的變化，甚至能夠推動學生學習方式的變革.本文以人教版初中物理數字教材為例，介紹如何利用數字教材破解初中物理課堂教學中的難題.

1 利用內置多媒體資源，破解傳統教學難題

1.1 放大教材插圖，輔助課堂練習或講解

出現在教材中的插圖也是重要的教學資源.教師可以利用數字教材系統中的縮放工具對教材內容進行放大、拖動，或以輔助課堂練習與知識點講解.例如，在研究刻度尺、溫度計、量筒等測量工具的用法時，教師就可以結合放大的插圖讓同學們識別不同工具的零刻度線和分度值，在認識天平、汽油機等設備的構成時，也可以結合放大的插圖輔助課堂講解（如圖4、圖5所示）.

1.2 播放實驗視頻，兼顧學生健康與體驗

在物理教學中有些實驗會涉及到有毒有害氣體的擴散，影響師生健康;有些實驗周期較長，難以在短時間內呈現實驗的全部過程;還有一些實驗由于器材等因素的限制，成功率較低，在這種情況下，利用數字教材整合的精彩實驗視頻可以彌補演示實驗的不足，具有很強的現實意義.以九年級物理“分子熱運動”一課為例，二氧化氮氣體在空氣中的擴散是一個非常重要的實驗（如圖6所示），但是二氧化氮氣體有毒，在實驗過程中略有泄漏，就會導致前排同學出現頭暈、惡心等癥狀.而硫酸銅溶液在清水中的擴散實驗由于實驗周期過長（如圖7所示），難以在一節課的時間里完整地呈現全部實驗過程.此外，在利用兩根鉛柱演示分子引力實驗（如圖8所示）時，由于很難對鉛柱的接觸面進行精細化處理，導致實驗的成功率比較低，對于力量弱小的女教師而言，這個實驗幾乎難以完成.借助于數字教材中的實驗視頻，能夠輕松破解上述難題.

此外，在人教版初中物理教材中，還有一些實驗性的習題，數字教材在習題講解模塊，除了提供標準答案方便教師講評時使用外，也內置有此類實驗視頻，教師可以視情況選用（如圖9、圖10所示）.

1.3 利用Flash動畫，化抽象為直觀感性

在研究聲音特性時，一些學生由于缺乏必要的樂理知識，容易將聲音的強弱與音調的高低相混淆.利用數字教材中的Flash動畫，可以用鼠標拖動滑塊生成20～20000Hz范圍內特定頻率的聲音（如圖11所示），這些真實的聲音刺激著學生的耳膜，使學生對不同音調的聲音產生感性認識，能夠有效激發學生的探索熱情.

船只通過船閘的過程，活塞式抽水機的工作原理，四沖程汽油機循環往復的工作過程等較為抽象，依靠教材中的插圖和教師的講解難以讓學生明白，借助于數字教材精彩的Flash動畫，能夠將復雜的物理過程變得直觀生動，能夠輕松突破這些教學難點（如圖12、圖13所示）.

2 依托仿真實驗資源，突破實驗教學困境

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020）》指出，信息技術對教育發展具有革命性影響，要鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習，增強運用信息技術分析解決問題能力.引導學生依托仿真實驗平臺探究電學知識，有著很積極的現實意義.NB物理實驗（網址：http：//www.nobook.com.cn/wuli.html）是北京樂步教育科技有限公司研發的優秀仿真實驗平臺，能夠為師生搭建虛擬的物理實驗環境，師生可以自由地選取所需器材進行實驗，既能滿足教師課堂演示的需求，也允許學生進行開放式的自主探究.在數字教材中嵌入許多精彩的NB仿真實驗資源，巧妙使用這些資源，能夠輕松破解各類實驗教學難題.

2.1 依托仿真實驗，深化對演示實驗的理解

真實的演示實驗無疑對學生具有強大的吸引力，對實驗過程以及實驗現象完整、清晰的展示有助于學生對知識的理解和技能的掌握，但有些實驗結果會受到多種因素的影響，難以達成教學目標.仿真實驗則能通過信息技術手段剔除次要的干擾因素，呈現出較為理想的實驗結果，有助于學生深化對知識的理解和掌握.例如在研究固體溫度隨時間變化的規律時，海波熔化時的現象不易為同學們觀測（如圖14所示），加熱時如果稍有不慎（例如水浴時水溫過高，酒精燈火力過大等），就可能會導致海波熔化的過程過于短暫而導致教學的尷尬.在這樣一些特定情況下，教師利用數字教材中所整合的仿真實驗資源可以有效彌補實驗器材不足、實驗過程難以控制、實驗現象不易觀察等難題（如圖15所示），并有效避免實驗過程中危險行為發生，這些都是對傳統實驗教學積極有益的補充.

當然，在物理實驗教學中，如果具備條件的話，一定要通過真實的實驗幫助學生觀察物理現象、掌握物理規律.不過，在真實實驗的基礎上，結合仿真實驗平臺進行深入細致分析，更有助于學生對實驗原理、實驗過程，以及實驗結論的理解.

2.2 利用仿真實驗，優化對分組實驗的預習

許多學校由于受到時間、空間等各種因素的限制，學生難得有機會進入實驗室.對于一些較為復雜的實驗，如果學生課前準備不足，很難在規定的時間內完成實驗任務，從而無法達成實驗教學的目標.以探究電流跟電壓和電阻間的關系實驗為例，如果教師在課前有意識地引導學生通過仿真實驗平臺進行反復的模擬練習（如圖16、圖17所示），對實驗的主要流程和電路的連接爛熟于心，學生走進實驗室后，操作的效率能夠得到大幅度提升.

3 使用精彩的微課資源，開展翻轉教學實踐

翻轉課堂是近年來基礎教育界課改的熱點，其根本要義是在課前推送精彩的視頻，方便學生輕松高效地進行課前自學.在數字教材中聚集一些優質的微課，例如初中電學模塊，研究電流跟電壓、電阻之間的關系既是教學重點也是教學難點，教師可以在課前將相關

的微課推送給學生（如圖18所示），引導學生登陸數字教材，跟著微課進行高質量、高效率的課前預習，為課堂教學奠定扎實的基礎.

總之，經過一段時間的體驗，筆者認為數字教材最大的優勢和特色就在于聚集相對優質而豐富的數字資源，為那些資源儲備不足、信息技術應用能力較弱的教師減輕備課負擔，有助于信息技術與學科的融合.當然，相對于多樣化的實驗教學而言，數字教材暫時還不能解決所有的教學需求，事實上也沒有任何一個平臺能夠破解所有的教學需求.教學有法而無定法，貴在得法，兵無常勢水無常形，運用之妙，存乎一心，優秀的教師能夠結合具體的教學需求，綜合運用各種教學手段，充分發揮包括數字教材在內的各種教學資源和平臺的優勢與特色，打造出精彩的課堂.

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（收稿日期：2021-08-06）