基于AR教學資源的初中物理教學設計與應用初探
——以“電功率”一課為例

翟桂網

(江蘇省泰州市姜堰區實驗初級中學,江蘇 泰州 225500)

教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》明確建設教育強國,推進教育信息化發展,實現教育教學與信息技術的深度融合.AR技術利用計算機,將顯示畫面與虛擬畫面疊加,能夠實時將虛擬信息、真實場景顯示在屏幕上,具有實時交互、突破時空、豐富認知的教學特性,有效改善傳統教學.因此,初中物理教學中,應當與時俱進,合理運用AR教學資源,優化教學場景,調動學生學習興趣,從而提高教學質量.

1 AR教學資源在初中物理中的作用

AR教學資源是指利用AR技術制作游戲、電子書、課件等,將實驗、知識、圖片立體化,增加課堂趣味性與互動性,培養學生核心素養與動手能力,將AR教學軟件安裝于智能設備中,即可用于初中物理課堂教學[1].

1.1 打造虛擬實驗室

AR教學資源能夠開發虛擬實驗室,實驗情境逼真,學習空間可共享,屬于新型教學模式,有助于學生在安全環境下操作實驗.在虛擬實驗室中,儀器、設備、環境虛擬,學生可隨意搭配組裝,相比真實實驗更為靈活,減少緊張心理,大膽操作[2].

1.2 模擬學習情境

初中物理傳統教學中,存在去情境化,教具選擇單純.AR教學資源可彌補該缺陷,創設教學情境,滿足體驗性學習要求,具有較強容錯性與可操作性,為學生提供良好教學平臺.

1.3 打破教育局限

物理教學使用AR教學資源,不是取代傳統教學,而是保持原有教學優勢,與AR特點相結合,提高教學質量.通過“虛擬+現實”的方式,為教師提供輔助教具,提供具象化情景與模型,增強學生感知,加深學生對知識的理解.

2 基于AR教學資源的初中物理教學設計

2.1 課程分析

根據課程標準要求,“電功率”教學中需結合AR優勢,利用AR將電學材料、儀器形象化、立體化,明確實物圖、電路圖、實驗原理關系,提高學生物理操作水平[3].具體目標如下：(1)信息素養.學生在物理學習中,需要處理諸多物理信息,如科研成果、物理學原理、試驗資料等,需掌握搜集、處理信息方法,正確使用物理資料與工具.(2)科學素養.物理作為重要自然科學,有助于學生理解基礎科學知識,培養科學思維能力,如實驗驗證、提問、推理、觀察等.(3)創新素養.物理探究、實驗要求學生擁有創新能力與創新意識,可提出新穎問題,制定解決方案等.(4)合作素養.初中物理要求學生采取小組合作方式,共同探究問題、互促互進,培養團隊精神,順利完成實驗探究內容.(5)實踐素養.學生需要實驗操作,培養其動手能力與操作能力,學會使用測量工具與實驗器材.

2.2 教學原則

2.2.1交互性

AR交互環境突破時空束縛,為解決問題式學習、寫作式學習提供便利.教師利用移動設備,實施AR資源輔助教學,在生生、師生互動中,添加人機互動,助力學生理解“電功率”知識.

2.2.2主體性

“電功率”基于AR教學資源設計,需以教師為主導,學生為中心,體現學生主體性,把握學生、教材、教師變化歸因,明確AR教學資源、教材輔導、教師引導均是外因.學生學習主動性是內因,需借助外因調動學生內驅力.

2.2.3差異性

“電功率”教學中,考慮學生興趣、能力差異,以往班級授課學生人數較多,無法因材施教.可利用AR教學,對學生間差異進行適配,打造有趣、輕松課堂氛圍.

2.3 教學流程

基于AR教學資源開展“電功率”教學,需發揮AR的輔助性、支架式教學作用,步驟如下：第一,概念框架,結合“電功率”主題,使用AR教學資源構建符合學生認知的概念框架,奠定學習基礎;第二,情境創設,利用AR技術引領學生融入教學情境,調動學生興趣;第三,自主探究,采取小組合作方式,下發“電功率”任務,引導學生自主探究,開展啟發引導,介紹或演示概念;第四,協助學習,由教師分布任務,由各小組根據AR教學資源開展討論,將任務結果展示在課堂上,促進生生交流.第五,評價效果,采取他評與自評結合方式,由教師最終點評,提高教學效果與質量.

3 基于AR教學資源的初中物理教學實踐

3.1 加強概念感知

傳統課堂中,學生不理解“我要學什么”“我為什么學”.基于AR教學資源,開展“電功率”教學時,引領學生查看教材目錄,類比學過的“內能與熱機”“機械功與機械能”,激發學生能量認知概念,體驗舊知識過渡至新知識的成長過程.為此,教師可提問學生：“翻開教材目錄,你們能告訴我這一冊教材學習的主要內容是什么嗎?請畫出關鍵詞.”學生通過觀察,認為關鍵詞是“能”,進而引進新知：“我們學習了內能、機械能,之后我們將學習電能,根據觀察的課時名稱,你能總結出我們將從哪個方面進行能量研究嗎?”“功率!”“同學們說得對,做多少功將消耗多少能量,功率可代表能量做功的快慢,即能量消耗快慢”,出示板書.

3.2 創設生活情境

在“電功率”教學中,為了構建學生的能量觀念,開展區域性知識整合,創設生活情境,保證知識具備邏輯性.教師可提問學生：“我這里有PZ220-15和PZ220-100這兩個燈泡,觀察上面的數字,你能獲得哪些信息呢?”學生小組討論：“我認為是100瓦和15瓦的燈泡,220是電路電壓.”繼而提出猜想：“同學們說得很有道理,那么王大爺想要選擇一個更亮的燈泡,你們猜猜將在電路中接入這兩個燈泡,哪個更亮呢?”以此開展實驗,觀察燈泡亮度、電能表鋁盤轉動速度,明確電能表鋁盤速度表明電器電能消耗速度,引導學生定義“機械功率”與“速度”概念.通過類比法,獲得“電功率”概念,總結單位時間內消耗的電能(或做的功)即為電功率.通過創設生活情境,發現物理問題,進而運用物理知識解決生活問題,有效滲透能量轉換思想,加強學生對電功率的理解.

3.3 開展實驗探究

教師根據學生對“電功率”的認知,可開展“測量小燈泡電功率”的實驗,利用AR教學資源,模擬實驗,總結實驗規律,引導學生分組討論、自主探究,發揮學生主觀性.教師引入教學：“我們已經知道了電功率,那么怎樣對其進行測量呢?”設計實驗：

(1)電路怎樣連接才能讓燈泡發光?

(2)為了測量小燈泡電流與電壓,怎樣設計電路圖?

(3)為保證小燈泡兩端額定電壓,需要多大電源電壓?

(4)怎樣對小燈泡兩端電壓實時調整?

(5)怎樣判斷額定電壓下小燈泡是否發光?

學生帶著問題開展試驗,引入AR教學資源NOBOOK實驗室,平臺提供電流表、干電池、滑動變阻器、開關、導線、電阻、燈泡、電壓表等,學生可自主擺放器材,對器件、導線自由連接,調節電源電壓,按照不同量程顯示,讀取電壓表、電流表數據.整體實驗動態生成,操作不當時系統將會及時提醒,便于學生更改.

第一步：繪制電路圖,利用仿真電路圖模板,選擇所需器件添加其中.

第二步：繪制中改變器件方向、閉合開關,驗證電路通路,根據電路圖,將生成虛擬實驗,擺放器件、導線走向均按照電路圖實施.

第三步：結合電路圖,布置虛擬試驗臺,開關閉合,觀察小燈泡從暗變亮,查看電流走向、電壓讀數,見圖1.

圖1 AR虛擬實驗室

第四步：學生根據實驗步驟,調節滑動變阻器,改變小燈泡兩端電壓,分別是“小于額定電壓”“額定電壓”“1.2倍額定電壓”,能夠直接點擊器件觀察電壓數據,進而讀取電流表數據,計算電功率.

3.4 改進教學評價

基于AR教學資源的“電功率”教學,教師應當做好觀察、評估工作,明確其思考能力、探究能力、動手能力、解決問題能力等,結合實驗報告,評價學生掌握“電功率”知識程度.制定AR教學評價表,衡量教學效果,指標見表1.

表1 AR教學評價表(部分)

通過此種方法,實現學生、教師綜合能力的不斷提升,提高教學質量,推動初中物理教學發展.

4 結束語

初中物理是以實驗操作、學生探究為主的學科,卻受限于實際教學的儀器、環境制約,難以實現學生合作探究、個性化學習及科學素養培養.因此,初中物理教學應結合實際情況,合理應用AR教育資源,從加強概念感知、創設生活情境、開展實驗探究、改進教學評價這幾方面出發,實現“AR+教育”的深度融合,打造教學新形態,從“以說代做”轉變為“自主探究”,增強學生的自主探究能力.