智慧课堂环境下的《运动与摩擦力》实验教学

◇潘军朝（广东：江门市蓬江区教师发展中心）

与传统课堂不同，现行的科学教学以实验教学为主，是通过实验去发现、去证明科学知识。笔者近期组织了本区内的“工匠杯”小学科学教师教学技能大赛。经过初赛后，5 位来自不同单位的科学教师现场决赛授课，统一的课题是粤教版（2017年）四年级下册第18 课《运动与摩擦力》。该节课有三个活动：感受摩擦力；摩擦力有多大；接触面的光滑程度与摩擦力大小的关系。教学环境是设备齐全的录播室，教师共同探究了智慧课堂环境下的科学课堂实验教学。

一、智慧课堂环境下数字化科学实验教学

有关部门要求加快推进智慧教育创新发展，设立“智慧教育示范区”，开展国家虚拟仿真实验教学项目等，实施人工智能助推教师队伍建设行动。构建“互联网+教育”支撑服务平台，深入推进“三通两平台”建设。

（一）数字化教学环境提高教师备课和授课的效率

近年来，本区内的学校普遍安装了一体机互动教学平台。该平台是一种将电脑、投影、幕布、音响、显示屏幕集成在一起的新型设备，融合了高清显示、人机交互、多媒体信息处理和网络传输等多项技术，涵盖了电子白板、电脑、电视、音响等功能，形成了信息化教学环境。例如，海信互动一体机的“海信智慧课堂”的PPT 备课，里面有全国各个版本小学到高中的全学科教材和课程，任课教师只要选择广东教育出版的四年级科学下册第3 单元“运动和力”第24 课《运动与摩擦力》，点击后都可以在“教育资源库”的“课件”处打开该节课文的教学设计和教案PPT。

一体机大大提高了科学教师的备课效率，在方便备课的同时，教师还可以利用数字技术备科学课的实验，在海信智慧课堂的“学科工具”中选择对应本节课内容的“滑动摩擦力”虚拟实验。同样，希沃白板的“仿真实验”有“探究影响摩擦力大小的因素”、鸿合交互教软件的仿真实验有“研究影响滑动摩擦力大小的因素”。

通过一体机互动教学平台，教师减轻了备课负担。教师在办公室或者家里的电脑登录使用“海信智慧课堂”或者“希沃白板”备课，系统自动备份成为云课件。教师上课时在一体机上登录，即可选择打开云课件的课程。教师在课堂使用“仿真实验”创设了学习情境，激发了学生主动学习的参与度。如，仿真实验“探究影响滑动摩擦力大小的因素”，可以创设玻璃、棉布、毛巾的材质，可以调节材质的粗糙程度和拉动速度，可以改变物体的接触面积和增减物体的重量等。

此外，合理利用一体机的屏幕录制微课功能也能提高授课效率。为让学生快速认识弹簧测力计，在活动2 中，参赛授课的一位教师录制了一个2 分钟的“芳芳小课堂”微课，亲手演示如何使用测力计并强调测力计的使用方法。

（二）信息化环境的虚拟实验能提高学生自习学习能力

在智慧课堂的环境下，学生利用电子书包，通过网络学习，如，查找《运动与摩擦力》的资料、观看教学视频、做仿真实验等方式，把学科知识、生活常识和自身体验相结合，将本节课的知识向课外知识（初中的力学）延伸，构建了系统化的知识体系。例如，PhET 的虚拟仿真实验“力和运动：基础”（forces-and-motion-basics），学生在课前可以了解拔河比赛、运动和摩擦力的基础知识，再结合《力和运动》（forces-and-motion）的自习学习，学生可以游戏化地学习力和运动、摩擦力，如，可感受力大小的“机器人搬家”游戏。通过这些虚拟仿真实验，丰富学习资源，学生的主动性学习能力也可大大提高。

在智慧课堂的教学环境中，教师可以把学习的主动权交给学生，放手让学生自主实践。例如，教师把“海信智慧课堂”滑动摩擦力调出来，让学生自己探究测量物体在木板、毛巾、玻璃面上的拉力分别是多少。改变物体的重量，再在木板、毛巾、玻璃三种物质上测量拉力。

教师利用信息化手段，将优美的音乐、富有情感的画面、抽象的文字直观形象地展现为微课的形式，能充分激发学生的情感体验。学生在开展本节课的活动2 时，利用电子书包等移动终端设备观看“芳芳小课堂”微课，可以课前自主学习或者课中课后再现，使得知识由枯燥变得有趣、由抽象变得形象。在智慧课堂的数字化环境下，学生的小组学习交流大大增强，使得学生的感受更加直观，记忆更加深刻。

二、智慧课堂环境下的科学实验教学与传统实验相结合

智慧课堂，是指以构建主义学习理论为依据，利用大数据、云计算、物联网和移动互联网等新一代信息技术打造的，实现课前、课中、课后全过程应用的智能、高效课堂。《运动与摩擦力》这节课的教学难点是设计对比实验，研究影响摩擦力大小的有关因素。智慧课堂下的信息技术有效地解决这个难点。在信息技术结合的科学教育中，传感器测量、虚拟实验室和互联网技术是三项基本的技术，它们影响着学生的感官、思维、交流与交往，进而影响着学生的心灵与他们这一代人的科学文化素质。

（一）数字化实验与传统实验结合相得益彰

虚拟实验是根据已获得的科学规律、定律、公式，通过电脑模拟出逼真的情境。在《运动与摩擦力》的活动1“感受摩擦力”中，通过视频或者AR/VR技术呈现给学生视觉的感知。在“工匠杯”科学教学技能决赛中，还有一位教师开展了拉箱子的实验，非常贴近教材，大大激发了学生对摩擦力探究的热情。现场活动如下：分别在两只大箱子上绑一条拉索，其中一个箱子下面安装了四个轮子。邀请体重差不多相同的4 位学生分成两组参与活动，一名学生蹲在箱子里，另外一名学生用力拉，看哪组拉得快。学生很容易得出结论：箱子安装了轮子的那一组拉得快，用力少。这个传统的实验活动与数字化虚拟实验结合后更有感染力，学生更容易通过视觉、触觉、感觉等，多方面感受摩擦力。

（二）仿真实验不能代替传统实操实验

当今，将虚拟实验引入科学学习已是科学教育的发展趋势，虚拟实验高效率和形象直观的特点，对学生获取科学事实进而深刻理解科学概念具有重要的作用。在智慧课堂的环境下，交互式一体机或者电子书包的系统内置了不少教学资源，“粤教翔云”广东省教育资源公共服务平台的资源也可随时登录使用，国内外基于仿真实验教学的网络资源亦很多。但教师在教学中，不能将仿真实验代替传统实验。在探究活动3“接触面的光滑程度与摩擦力大小的关系”，是培养学生假设、设计实验、动手实践解决实际问题的科学探究能力。如果学生没有经过实操实验的探究，就会眼高手低，夸夸其谈，但实操时却笨手笨脚，甚至连实验报告也不会填写。拿着测力计不懂调零、不懂如何读数，长此以往，将会出现各类错误的操作或者危险操作，例如，直接用手拿砝码、向点燃的酒精灯中添加酒精等。

三、充分利用智慧课堂环境下的相关设备

智慧课堂的信息技术环境有可随意拼组的桌椅、学生平板电脑、交互式电子白板、网络系统、音响系统、录播系统、红外追踪器、NFC 贴片和蓝牙链接、智能传感器、AR 和VR 设备、资源公共服务平台等。在日常教学中，教师可以使用如下简单的技术开展内容丰富的教学。

（一）教育资源公共服务平台

教师充分利用本省的教育资源公共服务平台，让学生学，在平台实现“人人表达”的同时，学生之间开展跨越时空的“大众点评”，为学习的持续改进提供群体智慧。教师日常使用平台对应的“教学助手”可以同步备课、在线检测、布置课后作业，结合“人人通”空间App 还可以将手机变成PPT 翻页器、鼠标、投影仪。例如，教师在观察学生做实验的时候，可通过移动学习终端（智能手机）的投屏技术，把学生现场实验过程投影到大屏幕上，增加传统实验的可视化，让听课的教师也一目了然。

（二）大数据信息反馈学生学习的掌握情况

学生在做实验的过程中，结合电子书包，把实验报告填写在电子书包的表格里，完成后上传到云平台，得出一系列数据。教师通过这些数据可以清楚地看出学生的实验是否做好以及具体的数据。比如，各组的物体重量是多少，物体在玻璃光滑面的拉力是多少，物体在毛巾面上的拉力又是多少，等等。此外，还可以查看每一个学生的巩固练习做得如何。

（三）录播回放教学反思

结合智慧课室的自动录播系统，教师课后可以看录像，查看自己上课的优点和不足。集体备课的教师也可以通过回放录像，点评这节课的效果如何。