數字資源與初中物理教學深度融合的DDP模式

李園 黎旭誠 覃翠華

數字資源是將計算機技術、通信技術及多媒體技術融合而形成的以數字形式發布、存取、利用的信息資源總和^[1]。馬維和在《數字化學習資源的應用研究》一文中指出，數字化學習資源的應用包括數字化備課、數字化教學、構建全新的數字化學習模式、實現開放學習與資源共建。在當前“互聯網+教育”深度融合的形勢下，初中物理數字資源已經超出電子教材與圖片的概念，而是指針對教材章節配套的多種媒體信息，包括課例實錄、微課、課程設計、課件、作業等。教師在教學各環節融合應用數字資源能起到突出重點、突破難點的作用，還能突破課堂上知識講授的時空局限，高效開展課前課后配套作業及評價，實現教學評一體化。筆者分析了數字資源在初中物理教學中的應用現狀，設計基于初中學生認知水平的數字資源應用模式，以“浮力”為例探索數字資源與物理教學深度融合之路 ：教師在現有平臺所含標配資源基礎上，深挖所需開發的課題方向或內容，引導學生自主實驗，找到解決問題的策略，學會應用知識達成目標，同時開發出相應的數字資源，實現區域共享。

一、數字資源應用現狀

筆者針對南寧市某區教師開展了關于初中物理數字資源開發與應用現狀的調研。統計結果顯示：97.67%的課程教學中應用了數字資源，完全不用數字資源的僅占2.33%。絕大部分教師主要在備課（85.71%）和課堂教學（97.62%）環節應用數字資源。數字資源主要用于引導學生自主探究學習和提升學科能力，這兩項均占42.86%，用于課后評價方面較少，只占23.81%。

筆者調查“數字資源種類使用情況”發現，應用最多的是電子文檔類（電子書、文檔、圖片、音視頻、動畫等），占62.50%；應用平臺類（交互式電子白板、八桂教學通平臺等）占28.12%；其他（例如App、模擬實驗等）占比較少，僅占9.38%。這說明在教學中，比較實用的數字資源應用模式是“平臺+素材”。調研數據還顯示，平臺的使用中，交互式電子白板的使用占20.83%，八桂教學通平臺及其他僅占7.29%。目前大部分教師是將手上已有素材嵌入交互式電子白板制作課件用于教學。對數字資源的應用，大多數教師偏向于資源與課堂教學簡單整合。

“平臺+素材”這種應用數字資源的教學模式是融合觀的體現，但不能只是簡單整合。《教育信息化2.0行動計劃》指出，要以培養信息素養為目標，持續推動信息技術與教育深度融合。《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）在教學建議中提出，教師要合理運用信息技術，充分發揮信息技術的優勢，將信息技術有效融入物理教學，創新教學方式，提高教學效率。同時，鼓勵學生將信息技術運用到物理學習中，適應數字時代的要求，提升運用信息技術的能力^[2]。這些都要求平臺和素材深度融合。八桂教學通平臺是有效支持教師以“平臺+素材”模式教學的平臺。

八桂教學通平臺涵蓋了電子課本，還依據課標和教學需求自帶標配資源，有章前言、節前言、演示實驗、想想做做、想想議議、科學science·技術technology·社會society（STS）、小資料、科學世界、動手動腦學物理和課文內嵌資源等。這些都是教材出版社團隊專為輔助課本知識講解而打造的資源。較之于網絡等其他渠道的資源，八桂教學通平臺具有內容準確、畫面高清、語言清晰、工具實用等優勢，教師用其教學能比較全面地傳遞學科知識和規律。

有了八桂教學通這個平臺內嵌的標配資源，教師備課時，可節省將素材嵌入交互式電子白板制作課件的時間，將時間和精力放在研讀課標、開發資源方面。那么，如何結合這個平臺的標配資源來開發助力教學的數字資源，建設更有層次、更有深度的數字資源庫呢？

二、數字資源與教學融合的模式

在關于初中物理數字資源開發與應用現狀的調研中，教師回應“您從外部獲取數字資源的主要原因”（多選）的結果如下：回答“教師精力有限”的占85.71%，回答“信息技術能力不足”的占78.57%，回答“開發數字資源的能力有限”的占66.67%，回答“自主建設周期長”的占45.24%，回答“自主開發投入大”的占42.86%。超過90%的教師認為開發初中物理數字資源很有必要，數字資源的應用對提高教學質量、提升學生核心素養有比較大的作用。近80%的教師雖然沒有開發過數字資源，但是表示很樂意開發。

如何實現教學平臺的優化應用，既不消耗教師太多的精力，又不對教師有太高的技術要求，有效提升教學效果，達成育人目標呢？筆者在課堂教學中進行了有效的創新探索。按照共建共享的理念，筆者基于平臺開發與應用數字資源，使數字資源與教學深度融合，在完成教學目標的同時創作出作品，建設更全面、豐富的數字資源庫，初步構建適應初中學生認知發展水平、促進數字資源與初中物理教學深度融合的模式——DDP模式（如圖1）。

DDP模式指教師在現有平臺所含標配資源基礎上，為達到課標要求，深挖所需開發的課題方向或內容，引導學生自主實驗，經歷提煉課題、找到解決問題的策略、建立物理概念或發現物理規律的過程，學會應用知識，達成目標，同時開發出相應的數字資源，上傳平臺并發布，實現區域共享。DDP包含三個模塊——需求（demand）、開發（develop）和發布（publish）。該模式涵蓋兩個過程，即“問題—解決”和“應用—反思”的過程。重心在于第一個過程：教師從形成問題表征入手，引導學生在探尋解決策略的過程中掌握方法、體驗情感、塑造人格、提高素養，最終掌握知識、規律。探究規律過程的教育價值絕對不低于規律本身。

皮亞杰的認知發展階段理論將人的發展分為連續的四個階段：感知運算階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段。美國學者奧蘇伯爾在其著作《教育心理學》中指出：達到形式運算階段的初中學生僅13.2%，高中學生僅15.6%，大學生僅21%。由此可見，大多數初中學生的物理思維基本還處在具體運算階段和前運算階段。教師可遵循初中學生身心發展規律，應用該模式引導學生身體力行，參與實踐探究，進而提高發現問題能力、提出猜想能力、分析歸納能力、遷移知識能力，促進決策思維、應用思維的發展。

（一）“問題—解決”過程

1.需求分析

平臺自帶的標配資源主要包括課前導學類（如章前言、節前言等）、解釋概念類（如想想議議、課文內嵌資源等）、實驗類（如演示實驗、仿真實驗、想想做做等）、課后習題類（如動手動腦學物理等）。這些資源分布在教材內容的相應位置。筆者根據教學目標進行需求分析，梳理應開發的課題內容，將其分為三類：補充必要資源、改進常規資源、開發創新資源。

2.開發過程

筆者確定課題內容后，進行創作和制作，引導學生思考分析、提煉課題、尋找解決辦法、細化實施方案、收集數據、分析評估、得出結論。如果開發資源失敗或效果不好，則返回進行策略分析，調整方案，重做；如果開發成功，則拍攝編輯成視頻。

較之于其他教學平臺，八桂教學通平臺標配資源質量較高、數量較多，已基本滿足教師的教學需求。無論是補充資源、改進資源還是創新資源，教師都將學生置于思考問題和解決問題的情境中。心理學家魯賓斯坦關于心理和思維的研究表明，思維產生于問題情境，又以解決問題為目的。學生從認識課題到理解課題，再到準備器材、進行演練、實地拍攝、分析研討，最后得出結論。這一過程對學生而言，是一種帶著“情緒”的學習氛圍。這種“情緒”能夠引發學生好奇的、矛盾的、焦急的情感。學生帶著這一渴求知道真相的情感，在動手動腦與客觀情境的相互作用下增長知識，提高表達能力，有利于綜合發展他們的觀察、記憶、注意和思考能力，不斷挖掘潛力。

3.發布共享

筆者將開發的資源應用在教學中，如發現不足，就進行改進和優化，形成更優資源，上傳到平臺并發布。將教師開發的資源與平臺標配資源整合在一起，建立數字資源庫，實現區域數字資源共享。

（二）“應用—反思”過程

第一，應用。筆者開發初中物理數字資源，從“學生本位”思想出發，促進學生深度學習。對學生而言，深度學習依次遞增，“深”在學生的思考、“深”在學生對物理知識理解的敏銳度和思維廣度、“深”在學生的創造^[3]。對以實驗為基礎的物理學科而言，資源開發的重點當然是實驗資源。筆者引導學生自主實驗，甚至是自主創新實驗，訓練學生多種思維能力，促使學生有效建構以實驗為支撐的生動的、立體的知識結構。筆者為學生搭建階梯，實現布盧姆的六層認知目標。常規教學模式下，學生達到“識記、理解、運用”層次通常能夠“用知識解題”；而在DDP模式下，學生不僅能達到前述三個層次目標，而且能達到“分析、評價和創新”層次，他們不光能“解題”還能“解決問題”，實現知識和能力的高階遷移。布盧姆六層認知目標與學生能力層次圖如下（如圖2）。

第二，反思。DDP模式下，筆者先分析平臺已有資源，梳理資源需求，引導學生從真實情境出發，抽象出物理模型，將物理知識與生活聯系起來加以應用，讓他們經歷“抽絲剝繭”的過程。在知識逐步呈現的過程中，學生不斷思考“知識究竟是如何作用于生活的呢”。這其實就是學生對知識應用的反思過程。學生經歷“應用—反思”過程是物理學科最本質的內涵（“從生活走向物理，從物理走向社會”）的最優體現。

三、數字資源與教學融合案例

以開發“浮力”實驗資源為例，介紹數字資源與教學融合的路徑與方法。

（一）需求分析

平臺標配實驗資源有：浮力產生的原因；測量鋁塊浸沒水中所受的浮力；探究浮力是否跟物體浸沒水中深度、物體浸入水中體積、液體密度、物體密度、物體形狀有關。這些資源基本能滿足實驗教學需求，但隨著課改的不斷深化，這些資源仍不足以支撐學生深度學習。為了提高學生科學思維、科學探究能力，讓他們深化對概念的理解，筆者在標配資源的基礎上，補充、改進或開發必要資源。

（二）開發過程

1.補充必要實驗——演示浮力的方向

課標要求師生做實驗證明“浮力的方向總是豎直向上的”，而平臺標配實驗中沒有演示浮力方向的資源。因此，有必要補充、完善這一實驗。

實驗過程：筆者用細線的一端系住泡沫塊，另一端系住吸盤，將吸盤壓入水槽底部，向水槽中倒入適量水，觀察到細線繃直。筆者傾斜水槽，讓學生看到細線總保持將泡沫塊豎直向下拉的狀態。學生應用二力平衡的知識得出結論：泡沫塊所受浮力的方向總是豎直向上。

筆者借助細線將抽象的力的方向表示出來，培養了學生形象思維能力。這個實驗看起來簡單但育人功能一點也不簡單：教師如果能引導學生自主設計并完成實驗，將浮力的方向從紙上平面呈現變成空間展現，對浮力方向理解的視角從力的三要素轉至受力分析，就能培養他們的轉化思維，有效提高思考的寬度和深度。

2.改進常規實驗——測量密度小于水的物體浸沒時所受的浮力

借助平臺標配實驗，學生學會了“稱重法”，即“測量鋁塊浸沒在水中的浮力大小為F_浮=G-F”。課標要求學生“認識一切浸在液體中的物體都要受到浮力的作用”，“一切物體”包括密度大于水的物體（如鋁塊），也包括密度小于水的物體。對于筆者布置的這個任務，有的學生用泡沫塊做實驗，有的學生用氣球做實驗，甚至將吹氣和不吹氣的數據進行對比，思考“吹氣后的氣球重力幾乎沒有變化，是什么原因使它受到的浮力變大了呢”。這為學生學習物體的浮沉條件做好了鋪墊。

經歷實驗后，學生知道“稱重法”并非適用于任何物體。筆者通過問題鏈引導學生解決一系列問題并自主完成實驗，培養了他們的思維能力。測量物體浸沒在水中所受的浮力，表面上是“測量”的問題，實際上是“受力分析及計算”的問題。筆者將標配實驗與改進實驗結合，打破“稱重法”測量浮力的“虛假統治”地位，明確“受力分析”才是浮力計算的核心，讓學生對測量浮力形成嚴密、全面的概念性理解，全面深入思考，系統掌握測量浮力方法。

3.開發創新實驗——探究物體浸沒前所受浮力是否與物體浸入液體的深度有關

借助平臺標配實驗，學生知曉“浮力的大小與物體浸入液體的體積有關，與浸沒的深度無關”。但是，將基于實驗數據作出的F-V圖像與F-h圖像（F指彈簧測力計示數，V指物體浸入液體的體積，h指物體浸入液體的深度）對比，發現曲線相同（如圖3）。由此，不少學生認為物體浸沒前其所受浮力與浸入液體深度有關。

事實上，無論物體是否被浸沒，物體所受浮力都與物體浸在液體（或氣體）中的深度無關。突破這個難點本身就是一個創新實驗。筆者帶領學生自制器材，開展創新實驗。其實，仔細分析橫坐標數據發現，該物體是底面積為10 cm²、高為4 cm的規則柱體，若換成不規則的物體，如球體、梯形體等，F-V圖像和F-h圖像中的曲線必然不同，這個難點亦能迎刃而解。

雖然實驗結論否定了學生一開始的想法，但是創新思維的起點就是從改變思維定式開始。學生先質疑再用自己掌握的知識自制器材、設計實驗，驗證了物體所受浮力與其浸在液體中的深度無關，訓練了辯證思維、創新思維。這樣的訓練促使學生在解決問題中能夠設計出各種新穎而有效的實驗方案。

（三）發布共享

筆者將開發的實驗資源用于教學，經過改進和完善后形成最優資源，將其上傳到平臺相應的教學資源包中，與標配資源一起融入本節課的教學設計和學習任務單中，形成整節課完整的、有層次、有深度的數字資源庫。

四、數字資源與教學融合的思考

技術正在賦能教與學：人們對于技術在教育教學中的應用已經由先前的“技術呈現知識”，如用幻燈片等技術代替板書來呈現知識，過渡到“技術與教育的深度融合”；從最初的學習使用技術過渡到運用技術學習，利用技術變革學習^[4]。

除了開發實驗數字資源，平臺與初中物理教學深度融合途徑還有很多，如基于平臺的教師備課、學生預習、大單元作業設計、跨學科實踐等。

開發跨學科實踐創新實驗在培養學生核心素養方面的價值更高。例如，教師可結合日常生活開展實驗教學，在標配資源“能源”的基礎上，引導學生研究熱水器“零冷水”功能的原理并調查該功能下天然氣的使用情況。又如，在標配資源“壓強”“探究影響壓力的作用效果”基礎上，可以結合工程技術挖掘實驗潛力，用豆腐、牙簽等物品探究“起高樓時樁基礎數量越多，地基越牢固嗎”，“探究不同物體形狀（圓形與多邊形）的承壓能力”進而解釋“為什么橋梁的拱都是圓弧形而不是多邊形”。再如，結合社會熱點，在標配資源“用天平稱量物體質量”和“慣性”基礎上，用生活中的物品探究“如何在太空測量物體的質量”。教師將這些自主開發的資源上傳平臺，促進標配資源迭代升級，有利于構建支撐教學評正向循環的資源庫。

總之，在探索數字資源與初中物理教學深度融合實踐中，教師要利用平臺創設解決問題的情境，成為幫助學生解決問題的能手；要結合平臺開發必要的資源，構建課程數字資源庫，促進學生核心素養發展。

注：本文系廣西教育科學“十四五”規劃 2022 年度專項課題“數字教材的應用服務體系建設研究”（課題編號： 2022ZJY012）的研究成果。

參考文獻

[1] 毛居華，覃文圣，許建華，等.數字資源評估體系及其應用研究[J].中國電化教育，2012（5）：71-77.

[2] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[3] 李園，湯金波.驅動任務，觸發獨立思維深層次加工：以初中物理“物體的浮沉條件及應用”為例[J].廣西物理，2022（3）：175-178.

[4] 董艷，孫巍，徐唱.信息技術融合下的跨學科學習研究[J].電化教育研究，2019（11）：70-77.

（作者李園系廣西壯族自治區南寧市第十八中學教師；黎旭誠系廣西出版傳媒集團第二黨支部紀檢委員；覃翠華系南寧師范大學計算機與信息工程學院教師）

責任編輯：祝元志