信息技术下“支架式”教学的设计与运用——以“电场与电场强度”为例.pdf

信息技术下“支架式”教学的设计与运用 以“电场与电场强度”为例李惠婷(闽南师范大学物理与信息工程学院福建 漳州 )邓思佳(佛山市顺德区龙江外国语学校广东 佛山 )付丽萍(闽南师范大学物理与信息工程学院福建 漳州 )(收稿日期:)摘要:支架式教学是为学习者建构知识理解提供的一种概念框架以“电场与电场强度”为例,利用信息技术工具,在学生最近发展区内搭建教学“支架”,帮助学生自主建构物理知识,有效辅助物理教学,拓宽物理学习的途径关键词:支架式教学;信息技术;电场与电场强度引言支架式教学最初是由美国教育家、心理学家B r u n e r基于V y g o t s k y“最近发展区”理论提出的,是指教师应在学生认知的最近发展区内搭建“支架”,提升学生的认知发展水平信息技术的快速发展为课堂教学实施带来了新的变革,也优化了传统“支架”的形式“电场与电场强度”是静电场主题中的重要物理概念之一电场与电场强度概念的建构过程对学生的抽象思维能力、空间想象能力等提出较高的要求教学中运用G e o G e b r a、虚拟实验室、“云班课”等信息技术,在学生的最近发展区内搭建可视化的“支架”,让学生通过“支架”逐步攀升,建构电场与电场强度的概念,提高学生问题解决能力,发展学生的认知水平,落实物理学科核心素养的培养信息技术下“支架式”教学资源的设计 运用G e o G e b r a绘制电场空间分布 实现物理概念具象化电场概念比较抽象,运用G e o G e b r a展现电场 D分布情况,使抽象的电场概念具象化,培养学生的空间思维能力具体步骤如下第一步:创建两点A、B,点击滑动条,创建对应电荷量qA、qB;第二步:打开 D绘图区,利用“S e q u e n c e(序列)”“F l a t t e n(扁平列表)”,绘制一系列的点,表示空间中的电场分布;第三步:利用“Z i p(映射)”“V e c t o r(向量)”等指令或工具绘制空间向量,表示空间电场矢量场的分布,调节滑动条可以改变电荷量的大小,如图、图所示 年第期物理通报教学设计与实施 年度 福 建 省 本 科 高 校 教 育 教 学 改 革 研 究 项 目“信 息 化 背 景 下 物 理 教 育 硕 士 混 合 式 实 验 案 例 资 源 库 开 发 研 究”,项 目 编号:F B J G 作者简介:李惠婷(),女,在读硕士研究生,研究方向为中学物理教学通讯作者:付丽萍(),女,教授,主要研究方向为物理课程与教学论图等量同种电荷激发电场的空间分布图等量异种电荷激发电场的空间分布 运用G e o G e b r a模拟电场强度实验 实现实验过程可视化运用G e o G e b r a软件可以模拟教材中用试探电荷研究带电体电场的真实实验,呈现动态的变化过程,实现实验过程的可视化,加深学生的理解具体步骤如下第一步:利用“圆柱”和“球”等工具绘制实验器材;第二步:创建坐标为(,)的点为场源电荷Q并创建滑动条Q、q、q、k、F;第三步:利用“p o i n t(描点)”指令,创建坐标k Q qF,的点为试探电荷q,坐标k Q qF,的点为试探电荷q;第四步:通过滑动条调节电荷量的大小可以观察到试探电荷位置的变化情况,如图所示图两个试探电荷位置的变化情况 运用虚拟实验室模拟电场线 实现物理实验数字化虚拟实验室可以模拟真实的物理实验,操作简单,效果明显,能实现物理实验数字化,具体步骤如下第一步:打开虚拟实验室软件,在界面上选择模拟电场线的操作项目,如图所示第二步:观看软件提示,进行实验操作图实验界面 运用“云班课”平台发布任务 实现物理教学互动化“云班课”是一款课堂互动A P P,可实现多种教学功能,如图所示教师不仅可以在“云班课”平台中创建课程、发布视频、文本等资料,还可以利用平台中的“课堂表现”模块操作项目,调动学生积极性,活跃课堂氛围,加强教学互动图“课堂表现”模块 年第期物理通报教学设计与实施信息技术下“支架式”教学的运用基于信息技术的“电场与电场强度”教学,以传统的“搭建支架、进入情境、独立探索、协作学习、效果评价”支架式教学的五大基本环节为基础,在学生的最近发展区内,运用信息技术搭建“问题支架、工具支架、实验支架、评价支架”,从课前准备、课中实施、课后拓展个阶段展开 课前准备 确定起点在课前准备阶段,以学生现有的知识能力为基础,了解学生相关背景知识,把握好教学的起点根据课标的要求对学生能够达到的潜在发展水平进行预判,结合支架式的教学理论,从知识、思维、能力个层面确定学生的最近发展区,如图所示图“电场与电场强度”学生的最近发展区 课中实施 自主建构在课中阶段以落实物理核心素养为目标,以“支架”为抓手,通过“进入情境、自主建构、协作学习、效果测评”个环节发展学生的认知水平,帮助学生自主建构电场与电场强度概念教学思路如图所示图“电场与电场强度”的支架式教学思路环节一:进入问题情境,认识电场物质性教师活动:搭建问题支架运用希沃白板播放,摩擦后塑料棒能使纸风车转动起来,摩擦后气球能使水柱改变流向、能将纸屑吸引起来的“魔术表演”视频,截图如图所示图“魔术表演”视频截图 年第期物理通报教学设计与实施提出问题:相隔一定距离的物体如何产生力的作用?学生活动:观察、思考师:关于上面的问题,历史上有过长期的争论,请同学们说一说有哪两种不同的观点呢?生甲:力是一种超距作用,不需要物质作为媒介也能相互作用生乙:力是近距作用,是通过一种弹性媒介“以太”传递的教师活动:搭建问题支架,运用希沃白板播放关于上述问题争论的科普视频师:物理学理论与实验都证明了,超距作用的观点是错误的,弹性媒介“以太”也不存在,相隔一定距离的物体是通过“场”相互作用的师生总结:电荷之间的相互作用是通过电场传递的静止电荷产生的电场称为静电场电场是物质存在的一种形式,电场对处在其中的电荷有力的作用,这种力称为电场力设计意图:电场看不见、摸不着,电场的概念学生缺乏感性认识,对电场物质性的理解存在思维障碍利用希沃白板搭建问题支架,通过播放“魔术表演”视频、回溯物理学史,引导学生理解电场的物质性,形成电场的物质观念环节二:自主建构,电场强度概念教师活动:搭建工具支架,运用G e o G e b r a软件模拟如图所示电场强度实验并介绍实验装置,电荷量为Q的带电体周围存在着电场,用绝缘线将带有同种电荷的试探电荷q分别悬挂在A、B、C点位置上图相同试探电荷在不同位置的受力提出问题:如何确定带电体周围各点电场的强弱?师:电场对放入其中的电荷有力的作用,我们可以从电场力入手来探究电场的性质需要引入一个试探电荷提出问题:试探电荷有什么特点呢?生丙:电荷量应足够小生丁:体积也要很小师:很好!试探电荷是电荷量和体积都很小的点电荷也称为检验电荷,是一个理想化的物理模型接下来请同学们注意观察实验现象并思考回答任务:观察电荷量相同的试探电荷处于离场源电荷距离相同的A、B点时,电荷所受电场力的大小生:偏离竖直方向的角度一样,说明所受电场力大小相同任务:观察电荷量相同的试探电荷处在离场源电荷距离不同的B、C点时,电荷所受的电场力的大小生:偏离竖直方向的角度不同,说明所受电场力大小不同师生总结:电场力与试探电荷所处的位置有关任务:观察电荷量不同的试探电荷处在同一位置时,电荷所受电场力的大小教师活动:将试探电荷置在同一位置B点,移动G e o G e b r a软件的滑动条,改变试探电荷的电荷量,使其成倍的变化如表所示,结果如图 所示图 不同试探电荷受力情况表不同试探电荷所受电场力大小的关系试探电荷qqqqn q电场力F师:请同学们分析表中的数据,随着电荷量增加,试探电荷所受电场力如何变化?生(众):试探电荷所受电场力也增大师:结合前面的实验,我们可以看出试探电荷所受的电场力,不仅与它在电场中所处的位置有关,还 年第期物理通报教学设计与实施与其所带的电荷量有关提出问题:能用试探电荷所受的电场力来描述电场的性质吗?生:不能师:我们再来分析表中的数据,试探电荷受到的电场力与其电荷量之比有什么关系?生戊:对电场中的同一位置,试探电荷受到的电场力与其电荷量之比Fq是一定的生己:电场中不同点Fq是不同的师:很好!我们可以用物理量之比定义一个新的物理量来描述电场的强弱师生总结:在物理学中,放入电场中某点的试探电荷受到的电场力F与它的电荷量q之比,称为电场强度,表达式为EFq,单位为N/C提出问题:电场强度是矢量,如何确定电场强度的方向?生:电场中某点的电场强度方向与正电荷在该点所受电场力方向相同设计意图:电场强度是教学中的重难点教学中借助G e o G e b r a软件搭建工具支架,动态直观地展现电荷量相同的试探电荷在不同位置的受力情况,以及电荷量不同的试探电荷在同一位置的受力情况,为学生搭建思维“支架”,引导学生自主建构电场强度的概念,突破难点环节三:协作学习,描述电场分布任务:了解电场分布师:我们曾用磁感线形象地描述磁场那么能否用类似的方法描述电场呢?教师活动:搭建实验支架,运用虚拟实验室进行仿真实验操作小组活动:在虚拟实验室中进行上述实验操作,观察头发屑的排列情况,了解两电荷之间电场的分布图 同种电荷电场分布图 异种电荷电场分布任务:建立电场分布的模型小组活动:根据实验的现象,小组合作尝试在纸上绘制出两电荷间的电场分布图,并上传到“云班课”平台图“云班课”平台的提交情况 年第期物理通报教学设计与实施任务:深化对电场的认识教师活动:搭建工具支架,运用G e o G e b r a软件展现电场的 D分布情况学生活动:小组讨论并交流解释,同种电荷及异种电荷电场分布的情况设计意图:利用学生的原有知识经验,通过类比迁移的方法,运用虚拟实验室平台搭建实验支架,引导学生进行仿真操作,用“场线”绘制出电场的分布情况,建立电场的分布模型再通过运用G e o G e b r a软件搭建工具支架,呈现电场的空间分布,引导学生解释电场分布情况,深化对电场的认识环节四:效果测评,及时反馈教师活动:搭建评价支架,利用“云班课”平台发布试题学生活动:在“云班课”平台完成检测,了解自己对于“电场与电场强度”知识内容的掌握情况设计意图:普通高中物理课程标准(年版 年修订)在实施建议中明确指出:“探索基于网络的教与学的方式,利用具有网络互动功能的平台为课堂教学与学生课后学习服务”通过“云班课”平台搭建评价支架,使得学生在完成测试后通过测试题找出自己知识的薄弱点,并分析错题产生的原因,同时教师也可以根据学生的测评情况对自己的教学行为进行反思,及时调整教学方法 课后拓展 深化理解教师活动:搭建评价支架,运用“云班课”平台布置自制电场分布模型课后作业学生活动:根据电场的 D空间分布情况,利用竹签和乒乓球自制电场分布模型如图 所示,并将其拍照上传到“云班课”平台图 学生自制正电荷电场分布的实物模型设计意图:通过课后设计实践类的作业,引导学生动手操作,延伸拓展、深化理解结束语随着信息技术的快速发展,将现代信息技术融入物理教学,优化课堂教学结构,已成为必然的趋势 G e o G e b r a软件能够呈现形象的物理图景,将抽象的物理概念具象化、复杂的物理过程可视化;虚拟实验室可以高度模拟仿真实验室的仪器及实验效果;“云班课”平台可以加强师生之间的互动信息技术正在改变学校的教育文化,改变教师的教学方式信息技术下的支架式教学,针对学生物理学习中存在的疑难问题,在学生的最近发展区搭建“支架”,直观形象地呈现物理知识,为学生提供更丰富的学习内容,更为广阔的学习空间,为教师提供了多元化的教学路径参 考 文 献戴大勇物理教学难点突破的方法与策略 以人教版高中物理“电场 电场强度”为例J物理教师,():刘健智,程婷 G e o G e b r a软件在物理可视化教学中的应用J物理教师,():廖伯琴普通高中教科书物理必修第三册M济南:山东科学技术出版社,何克抗建构主义的教学模式、教学方法与教学设计J北京师范大学学报(社会科学版),():中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准(年版 年修订)S北京:人民教育出版社,年第期物理通报教学设计与实施