數(shù)字資源與初中物理教學(xué)深度融合的DDP模式

數(shù)字資源是將計算機技術(shù)、通信技術(shù)及多媒體技術(shù)融合而形成的以數(shù)字形式發(fā)布、存取、利用的信息資源總和[1]。馬維和在《數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的應(yīng)用研究》一文中指出，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的應(yīng)用包括數(shù)字化備課、數(shù)字化教學(xué)、構(gòu)建全新的數(shù)字化學(xué)習(xí)模式、實現(xiàn)開放學(xué)習(xí)與資源共建。在當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+教育”深度融合的形勢下，初中物理數(shù)字資源已經(jīng)超出電子教材與圖片的概念，而是指針對教材章節(jié)配套的多種媒體信息，包括課例實錄、微課、課程設(shè)計、課件、作業(yè)等。教師在教學(xué)各環(huán)節(jié)融合應(yīng)用數(shù)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(yè)及評價，實現(xiàn)教學(xué)評一體化。筆者分析了數(shù)字資源在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計基于初中學(xué)生認知水平的數(shù)字資源應(yīng)用模式，以“浮力”為例探索數(shù)字資源與物理教學(xué)深度融合之路：教師在現(xiàn)有平臺所含標配資源基礎(chǔ)上，深挖所需開發(fā)的課題方向或內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主實驗，找到解決問題的策略，學(xué)會應(yīng)用知識達成目標，同時開發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字資源，實現(xiàn)區(qū)域共享。一、數(shù)字資源應(yīng)用現(xiàn)狀筆者針對南寧市某區(qū)教師開展了關(guān)于初中物理數(shù)字資源開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)研。統(tǒng)計結(jié)果顯示：97.67%的課程教學(xué)中應(yīng)用了數(shù)字資源，完全不用數(shù)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(xué)（97.62%）環(huán)節(jié)應(yīng)用數(shù)字資源。數(shù)字資源主要用于引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)和提升學(xué)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(diào)查“數(shù)字資源種類使用情況”發(fā)現(xiàn)，應(yīng)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(yīng)用平臺類（交互式電子白板、八桂教學(xué)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(xué)中，比較實用的數(shù)字資源應(yīng)用模式是“平臺+素材”。調(diào)研數(shù)據(jù)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(xué)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(xué)。對數(shù)字資源的應(yīng)用，大多數(shù)教師偏向于資源與課堂教學(xué)簡單整合?！捌脚_+素材”這種應(yīng)用數(shù)字資源的教學(xué)模式是融合觀的體現(xiàn)，但不能只是簡單整合?！督逃畔⒒?.0行動計劃》指出，要以培養(yǎng)信息素養(yǎng)為目標，持續(xù)推動信息技術(shù)與教育深度融合?！读x務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）在教學(xué)建議中提出，教師要合理運用信息技術(shù)，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，將信息技術(shù)有效融入物理教學(xué)，創(chuàng)新教學(xué)方式，提高教學(xué)效率。同時，鼓勵學(xué)生將信息技術(shù)運用到物理學(xué)習(xí)中，適應(yīng)數(shù)字時代的要求，提升運用信息技術(shù)的能力[2]。這些都要求平臺和素材深度融合。八桂教學(xué)通平臺是有效支持教師以“平臺+素材”模式教學(xué)的平臺。八桂教學(xué)通平臺涵蓋了電子課本，還依據(jù)課標和教學(xué)需求自帶標配資源，有章前言、節(jié)前言、演示實驗、想想做做、想想議議、科學(xué)science·技術(shù)technology·社會society（STS）、小資料、科學(xué)世界、動手動腦學(xué)物理和課文內(nèi)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(wǎng)絡(luò)等其他渠道的資源，八桂教學(xué)通平臺具有內(nèi)容準確、畫面高清、語言清晰、工具實用等優(yōu)勢，教師用其教學(xué)能比較全面地傳遞學(xué)科知識和規(guī)律。有了八桂教學(xué)通這個平臺內(nèi)嵌的標配資源，教師備課時，可節(jié)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(fā)資源方面。那么，如何結(jié)合這個平臺的標配資源來開發(fā)助力教學(xué)的數(shù)字資源，建設(shè)更有層次、更有深度的數(shù)字資源庫呢？二、數(shù)字資源與教學(xué)融合的模式在關(guān)于初中物理數(shù)字資源開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)研中，教師回應(yīng)“您從外部獲取數(shù)字資源的主要原因”（多選）的結(jié)果如下：回答“教師精力有限”的占85.71%，回答“信息技術(shù)能力不足”的占78.57%，回答“開發(fā)數(shù)字資源的能力有限”的占66.67%，回答“自主建設(shè)周期長”的占45.24%，回答“自主開發(fā)投入大”的占42.86%。超過90%的教師認為開發(fā)初中物理數(shù)字資源很有必要，數(shù)字資源的應(yīng)用對提高教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生核心素養(yǎng)有比較大的作用。近80%的教師雖然沒有開發(fā)過數(shù)字資源，但是表示很樂意開發(fā)。如何實現(xiàn)教學(xué)平臺的優(yōu)化應(yīng)用，既不消耗教師太多的精力，又不對教師有太高的技術(shù)要求，有效提升教學(xué)效果，達成育人目標呢？筆者在課堂教學(xué)中進行了有效的創(chuàng)新探索。按照共建共享的理念，筆者基于平臺開發(fā)與應(yīng)用數(shù)字資源，使數(shù)字資源與教學(xué)深度融合，在完成教學(xué)目標的同時創(chuàng)作出作品，建設(shè)更全面、豐富的數(shù)字資源庫，初步構(gòu)建適應(yīng)初中學(xué)生認知發(fā)展水平、促進數(shù)字資源與初中物理教學(xué)深度融合的模式——DDP模式（如圖1）。DDP模式指教師在現(xiàn)有平臺所含標配資源基礎(chǔ)上，為達到課標要求，深挖所需開發(fā)的課題方向或內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主實驗，經(jīng)歷提煉課題、找到解決問題的策略、建立物理概念或發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過程，學(xué)會應(yīng)用知識，達成目標，同時開發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字資源，上傳平臺并發(fā)布，實現(xiàn)區(qū)域共享。DDP包含三個模塊——需求（demand）、開發(fā)（develop）和發(fā)布（publish）。該模式涵蓋兩個過程，即“問題—解決”和“應(yīng)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(dǎo)學(xué)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(yǎng)，最終掌握知識、規(guī)律。探究規(guī)律過程的教育價值絕對不低于規(guī)律本身。皮亞杰的認知發(fā)展階段理論將人的發(fā)展分為連續(xù)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(xué)者奧蘇伯爾在其著作《教育心理學(xué)》中指出：達到形式運算階段的初中學(xué)生僅13.2%，高中學(xué)生僅15.6%，大學(xué)生僅21%。由此可見，大多數(shù)初中學(xué)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(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，應(yīng)用該模式引導(dǎo)學(xué)生身體力行，參與實踐探究，進而提高發(fā)現(xiàn)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(yīng)用思維的發(fā)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(dǎo)學(xué)類（如章前言、節(jié)前言等）、解釋概念類（如想想議議、課文內(nèi)嵌資源等）、實驗類（如演示實驗、仿真實驗、想想做做等）、課后習(xí)題類（如動手動腦學(xué)物理等）。這些資源分布在教材內(nèi)容的相應(yīng)位置。筆者根據(jù)教學(xué)目標進行需求分析，梳理應(yīng)開發(fā)的課題內(nèi)容，將其分為三類：補充必要資源、改進常規(guī)資源、開發(fā)創(chuàng)新資源。2.開發(fā)過程筆者確定課題內(nèi)容后，進行創(chuàng)作和制作，引導(dǎo)學(xué)生思考分析、提煉課題、尋找解決辦法、細化實施方案、收集數(shù)據(jù)、分析評估、得出結(jié)論。如果開發(fā)資源失敗或效果不好，則返回進行策略分析，調(diào)整方案，重做；如果開發(fā)成功，則拍攝編輯成視頻。較之于其他教學(xué)平臺，八桂教學(xué)通平臺標配資源質(zhì)量較高、數(shù)量較多，已基本滿足教師的教學(xué)需求。無論是補充資源、改進資源還是創(chuàng)新資源，教師都將學(xué)生置于思考問題和解決問題的情境中。心理學(xué)家魯賓斯坦關(guān)于心理和思維的研究表明，思維產(chǎn)生于問題情境，又以解決問題為目的。學(xué)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(jié)論。這一過程對學(xué)生而言，是一種帶著“情緒”的學(xué)習(xí)氛圍。這種“情緒”能夠引發(fā)學(xué)生好奇的、矛盾的、焦急的情感。學(xué)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(fā)展他們的觀察、記憶、注意和思考能力，不斷挖掘潛力。3.發(fā)布共享筆者將開發(fā)的資源應(yīng)用在教學(xué)中，如發(fā)現(xiàn)不足，就進行改進和優(yōu)化，形成更優(yōu)資源，上傳到平臺并發(fā)布。將教師開發(fā)的資源與平臺標配資源整合在一起，建立數(shù)字資源庫，實現(xiàn)區(qū)域數(shù)字資源共享。（二）“應(yīng)用—反思”過程第一，應(yīng)用。筆者開發(fā)初中物理數(shù)字資源，從“學(xué)生本位”思想出發(fā)，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)。對學(xué)生而言，深度學(xué)習(xí)依次遞增，“深”在學(xué)生的思考、“深”在學(xué)生對物理知識理解的敏銳度和思維廣度、“深”在學(xué)生的創(chuàng)造[3]。對以實驗為基礎(chǔ)的物理學(xué)科而言，資源開發(fā)的重點當(dāng)然是實驗資源。筆者引導(dǎo)學(xué)生自主實驗，甚至是自主創(chuàng)新實驗，訓(xùn)練學(xué)生多種思維能力，促使學(xué)生有效建構(gòu)以實驗為支撐的生動的、立體的知識結(jié)構(gòu)。筆者為學(xué)生搭建階梯，實現(xiàn)布盧姆的六層認知目標。常規(guī)教學(xué)模式下，學(xué)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(xué)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(chuàng)新”層次，他們不光能“解題”還能“解決問題”，實現(xiàn)知識和能力的高階遷移。布盧姆六層認知目標與學(xué)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(dǎo)學(xué)生從真實情境出發(fā)，抽象出物理模型，將物理知識與生活聯(lián)系起來加以應(yīng)用，讓他們經(jīng)歷“抽絲剝繭”的過程。在知識逐步呈現(xiàn)的過程中，學(xué)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(xué)生對知識應(yīng)用的反思過程。學(xué)生經(jīng)歷“應(yīng)用—反思”過程是物理學(xué)科最本質(zhì)的內(nèi)涵（“從生活走向物理，從物理走向社會”）的最優(yōu)體現(xiàn)。三、數(shù)字資源與教學(xué)融合案例以開發(fā)“浮力”實驗資源為例，介紹數(shù)字資源與教學(xué)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(chǎn)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(guān)。這些資源基本能滿足實驗教學(xué)需求，但隨著課改的不斷深化，這些資源仍不足以支撐學(xué)生深度學(xué)習(xí)。為了提高學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)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(chǔ)上，補充、改進或開發(fā)必要資源。（二）開發(fā)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(xué)生看到細線總保持將泡沫塊豎直向下拉的狀態(tài)。學(xué)生應(yīng)用二力平衡的知識得出結(jié)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(yǎng)了學(xué)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(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計并完成實驗，將浮力的方向從紙上平面呈現(xiàn)變成空間展現(xiàn)，對浮力方向理解的視角從力的三要素轉(zhuǎn)至受力分析，就能培養(yǎng)他們的轉(zhuǎn)化思維，有效提高思考的寬度和深度。2.改進常規(guī)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(xué)生學(xué)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(xué)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(wù)，有的學(xué)生用泡沫塊做實驗，有的學(xué)生用氣球做實驗，甚至將吹氣和不吹氣的數(shù)據(jù)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(xué)生學(xué)習(xí)物體的浮沉條件做好了鋪墊。經(jīng)歷實驗后，學(xué)生知道“稱重法”并非適用于任何物體。筆者通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生解決一系列問題并自主完成實驗，培養(yǎng)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(jié)合，打破“稱重法”測量浮力的“虛假統(tǒng)治”地位，明確“受力分析”才是浮力計算的核心，讓學(xué)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(tǒng)掌握測量浮力方法。3.開發(fā)創(chuàng)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(guān)借助平臺標配實驗，學(xué)生知曉“浮力的大小與物體浸入液體的體積有關(guān)，與浸沒的深度無關(guān)”。但是，將基于實驗數(shù)據(jù)作出的F-V圖像與F-h圖像（F指彈簧測力計示數(shù)，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(fā)現(xiàn)曲線相同（如圖3）。由此，不少學(xué)生認為物體浸沒前其所受浮力與浸入液體深度有關(guān)。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(guān)。突破這個難點本身就是一個創(chuàng)新實驗。筆者帶領(lǐng)學(xué)生自制器材，開展創(chuàng)新實驗。其實，仔細分析橫坐標數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該物體是底面積為10cm2、高為4cm的規(guī)則柱體，若換成不規(guī)則的物體，如球體、梯形體等，F(xiàn)-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(jié)論否定了學(xué)生一開始的想法，但是創(chuàng)新思維的起點就是從改變思維定式開始。學(xué)生先質(zhì)疑再用自己掌握的知識自制器材、設(shè)計實驗，驗證了物體所受浮力與其浸在液體中的深度無關(guān)，訓(xùn)練了辯證思維、創(chuàng)新思維。這樣的訓(xùn)練促使學(xué)生在解決問題中能夠設(shè)計出各種新穎而有效的實驗方案。（三）發(fā)布共享筆者將開發(fā)的實驗資源用于教學(xué)，經(jīng)過改進和完善后形成最優(yōu)資源，將其上傳到平臺相應(yīng)的教學(xué)資源包中，與標配資源一起融入本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計和學(xué)習(xí)任務(wù)單中，形成整節(jié)課完整的、有層次、有深度的數(shù)字資源庫。四、數(shù)字資源與教學(xué)融合的思考技術(shù)正在賦能教與學(xué)：人們對于技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)由先前的“技術(shù)呈現(xiàn)知識”，如用幻燈片等技術(shù)代替板書來呈現(xiàn)知識，過渡到“技術(shù)與教育的深度融合”；從最初的學(xué)習(xí)使用技術(shù)過渡到運用技術(shù)學(xué)習(xí)，利用技術(shù)變革學(xué)習(xí)[4]。除了開發(fā)實驗數(shù)字資源，平臺與初中物理教學(xué)深度融合途徑還有很多，如基于平臺的教師備課、學(xué)生預(yù)習(xí)、大單元作業(yè)設(shè)計、跨學(xué)科實踐等。開發(fā)跨學(xué)科實踐創(chuàng)新實驗在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)方面的價值更高。例如，教師可結(jié)合日常生活開展實驗教學(xué)，在標配資源“能源”的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生研究熱水器“零冷水”功能的原理并調(diào)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(chǔ)