数字资源与初中物理教学深度融合的DDP模式

数字资源是将计算机技术、通信技术及多媒体技术融合而形成的以数字形式发布、存取、利用的信息资源总和[1]。马维和在《数字化学习资源的应用研究》一文中指出，数字化学习资源的应用包括数字化备课、数字化教学、构建全新的数字化学习模式、实现开放学习与资源共建。在当前“互联网+教育”深度融合的形势下，初中物理数字资源已经超出电子教材与图片的概念，而是指针对教材章节配套的多种媒体信息，包括课例实录、微课、课程设计、课件、作业等。教师在教学各环节融合应用数字资源能起到突出重点、突破难点的作用，还能突破课堂上知识讲授的时空局限，高效开展课前课后配套作业及评价，实现教学评一体化。笔者分析了数字资源在初中物理教学中的应用现状，设计基于初中学生认知水平的数字资源应用模式，以“浮力”为例探索数字资源与物理教学深度融合之路：教师在现有平台所含标配资源基础上，深挖所需开发的课题方向或内容，引导学生自主实验，找到解决问题的策略，学会应用知识达成目标，同时开发出相应的数字资源，实现区域共享。一、数字资源应用现状笔者针对南宁市某区教师开展了关于初中物理数字资源开发与应用现状的调研。统计结果显示：97.67%的课程教学中应用了数字资源，完全不用数字资源的仅占2.33%。绝大部分教师主要在备课（85.71%）和课堂教学（97.62%）环节应用数字资源。数字资源主要用于引导学生自主探究学习和提升学科能力，这两项均占42.86%，用于课后评价方面较少，只占23.81%。笔者调查“数字资源种类使用情况”发现，应用最多的是电子文档类（电子书、文档、图片、音视频、动画等），占62.50%；应用平台类（交互式电子白板、八桂教学通平台等）占28.12%；其他（例如App、模拟实验等）占比较少，仅占9.38%。这说明在教学中，比较实用的数字资源应用模式是“平台+素材”。调研数据还显示，平台的使用中，交互式电子白板的使用占20.83%，八桂教学通平台及其他仅占7.29%。目前大部分教师是将手上已有素材嵌入交互式电子白板制作课件用于教学。对数字资源的应用，大多数教师偏向于资源与课堂教学简单整合。“平台+素材”这种应用数字资源的教学模式是融合观的体现，但不能只是简单整合。《教育信息化2.0行动计划》指出，要以培养信息素养为目标，持续推动信息技术与教育深度融合。《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）在教学建议中提出，教师要合理运用信息技术，充分发挥信息技术的优势，将信息技术有效融入物理教学，创新教学方式，提高教学效率。同时，鼓励学生将信息技术运用到物理学习中，适应数字时代的要求，提升运用信息技术的能力[2]。这些都要求平台和素材深度融合。八桂教学通平台是有效支持教师以“平台+素材”模式教学的平台。八桂教学通平台涵盖了电子课本，还依据课标和教学需求自带标配资源，有章前言、节前言、演示实验、想想做做、想想议议、科学science·技术technology·社会society（STS）、小资料、科学世界、动手动脑学物理和课文内嵌资源等。这些都是教材出版社团队专为辅助课本知识讲解而打造的资源。较之于网络等其他渠道的资源，八桂教学通平台具有内容准确、画面高清、语言清晰、工具实用等优势，教师用其教学能比较全面地传递学科知识和规律。有了八桂教学通这个平台内嵌的标配资源，教师备课时，可节省将素材嵌入交互式电子白板制作课件的时间，将时间和精力放在研读课标、开发资源方面。那么，如何结合这个平台的标配资源来开发助力教学的数字资源，建设更有层次、更有深度的数字资源库呢？二、数字资源与教学融合的模式在关于初中物理数字资源开发与应用现状的调研中，教师回应“您从外部获取数字资源的主要原因”（多选）的结果如下：回答“教师精力有限”的占85.71%，回答“信息技术能力不足”的占78.57%，回答“开发数字资源的能力有限”的占66.67%，回答“自主建设周期长”的占45.24%，回答“自主开发投入大”的占42.86%。超过90%的教师认为开发初中物理数字资源很有必要，数字资源的应用对提高教学质量、提升学生核心素养有比较大的作用。近80%的教师虽然没有开发过数字资源，但是表示很乐意开发。如何实现教学平台的优化应用，既不消耗教师太多的精力，又不对教师有太高的技术要求，有效提升教学效果，达成育人目标呢？笔者在课堂教学中进行了有效的创新探索。按照共建共享的理念，笔者基于平台开发与应用数字资源，使数字资源与教学深度融合，在完成教学目标的同时创作出作品，建设更全面、丰富的数字资源库，初步构建适应初中学生认知发展水平、促进数字资源与初中物理教学深度融合的模式——DDP模式（如图1）。DDP模式指教师在现有平台所含標配资源基础上，为达到课标要求，深挖所需开发的课题方向或内容，引导学生自主实验，经历提炼课题、找到解决问题的策略、建立物理概念或发现物理规律的过程，学会应用知识，达成目标，同时开发出相应的数字资源，上传平台并发布，实现区域共享。DDP包含三个模块——需求（demand）、开发（develop）和发布（publish）。该模式涵盖两个过程，即“问题—解决”和“应用—反思”的过程。重心在于第一个过程：教师从形成问题表征入手，引导学生在探寻解决策略的过程中掌握方法、体验情感、塑造人格、提高素养，最终掌握知识、规律。探究规律过程的教育价值绝对不低于规律本身。皮亚杰的认知发展阶段理论将人的发展分为连续的四个阶段：感知运算阶段、前运算阶段、具体运算阶段、形式运算阶段。美国学者奥苏伯尔在其著作《教育心理学》中指出：达到形式运算阶段的初中学生仅13.2%，高中学生仅15.6%，大学生仅21%。由此可见，大多数初中学生的物理思维基本还处在具体运算阶段和前运算阶段。教师可遵循初中学生身心发展规律，应用该模式引导学生身体力行，参与实践探究，进而提高发现问题能力、提出猜想能力、分析归纳能力、迁移知识能力，促进决策思维、应用思维的发展。（一）“问题—解决”过程1.需求分析平台自带的标配资源主要包括课前导学类（如章前言、节前言等）、解释概念类（如想想议议、课文内嵌资源等）、实验类（如演示实验、仿真实验、想想做做等）、课后习题类（如动手动脑学物理等）。这些资源分布在教材内容的相应位置。笔者根据教学目标进行需求分析，梳理应开发的课题内容，将其分为三类：补充必要资源、改进常规资源、开发创新资源。2.开发过程笔者确定课题内容后，进行创作和制作，引导学生思考分析、提炼课题、寻找解决办法、细化实施方案、收集数据、分析评估、得出结论。如果开发资源失败或效果不好，则返回进行策略分析，调整方案，重做；如果开发成功，则拍摄编辑成视频。较之于其他教学平台，八桂教学通平台标配资源质量较高、数量较多，已基本满足教师的教学需求。无论是补充资源、改进资源还是创新资源，教师都将学生置于思考问题和解决问题的情境中。心理学家鲁宾斯坦关于心理和思维的研究表明，思维产生于问题情境，又以解决问题为目的。学生从认识课题到理解课题，再到准备器材、进行演练、实地拍摄、分析研讨，最后得出结论。这一过程对学生而言，是一种带着“情绪”的学习氛围。这种“情绪”能够引发学生好奇的、矛盾的、焦急的情感。学生带着这一渴求知道真相的情感，在动手动脑与客观情境的相互作用下增长知识，提高表达能力，有利于综合发展他们的观察、记忆、注意和思考能力，不断挖掘潜力。3.发布共享笔者将开发的资源应用在教学中，如发现不足，就进行改进和优化，形成更优资源，上传到平台并发布。将教师开发的资源与平台标配资源整合在一起，建立数字资源库，实现区域数字资源共享。（二）“应用—反思”过程第一，应用。笔者开发初中物理数字资源，从“学生本位”思想出发，促进学生深度学习。对学生而言，深度学习依次递增，“深”在学生的思考、“深”在学生对物理知识理解的敏锐度和思维广度、“深”在学生的创造[3]。对以实验为基础的物理学科而言，资源开发的重点当然是实验资源。笔者引导学生自主实验，甚至是自主创新实验，训练学生多种思维能力，促使学生有效建构以实验为支撑的生动的、立体的知识结构。笔者为学生搭建阶梯，实现布卢姆的六层认知目标。常规教学模式下，学生达到“识记、理解、运用”层次通常能够“用知识解题”；而在DDP模式下，学生不仅能达到前述三个层次目标，而且能达到“分析、评价和创新”层次，他们不光能“解题”还能“解决问题”，实现知识和能力的高阶迁移。布卢姆六层认知目标与学生能力层次图如下（如图2）。第二，反思。DDP模式下，笔者先分析平台已有资源，梳理资源需求，引导学生从真实情境出发，抽象出物理模型，将物理知识与生活联系起来加以应用，让他们经历“抽丝剥茧”的过程。在知识逐步呈现的过程中，学生不断思考“知识究竟是如何作用于生活的呢”。这其实就是学生对知识应用的反思过程。学生经历“应用—反思”过程是物理学科最本质的内涵（“从生活走向物理，从物理走向社会”）的最优体现。三、数字资源与教学融合案例以开发“浮力”实验资源为例，介绍数字资源与教学融合的路径与方法。（一）需求分析平台标配实验资源有：浮力产生的原因；测量铝块浸没水中所受的浮力；探究浮力是否跟物体浸没水中深度、物体浸入水中体积、液体密度、物体密度、物体形状有关。这些资源基本能满足实验教学需求，但随着课改的不断深化，这些资源仍不足以支撑学生深度学习。为了提高学生科学思维、科学探究能力，让他们深化对概念的理解，笔者在标配资源的基础上，补充、改进或开发必要资源。（二）开发过程1.补充必要实验——演示浮力的方向课标要求师生做实验证明“浮力的方向总是竖直向上的”，而平台标配实验中没有演示浮力方向的资源。因此，有必要补充、完善这一实验。实验过程：笔者用细线的一端系住泡沫块，另一端系住吸盘，将吸盘压入水槽底部，向水槽中倒入适量水，观察到细线绷直。笔者倾斜水槽，让学生看到细线总保持将泡沫块竖直向下拉的状态。学生应用二力平衡的知识得出结论：泡沫块所受浮力的方向总是竖直向上。笔者借助细线将抽象的力的方向表示出来，培养了学生形象思维能力。这个实验看起来简单但育人功能一点也不简单：教师如果能引导学生自主设计并完成实验，将浮力的方向从纸上平面呈现变成空间展现，对浮力方向理解的视角从力的三要素转至受力分析，就能培养他们的转化思维，有效提高思考的宽度和深度。2.改进常规实验——测量密度小于水的物体浸没时所受的浮力借助平臺标配实验，学生学会了“称重法”，即“测量铝块浸没在水中的浮力大小为F浮=G-F”。课标要求学生“认识一切浸在液体中的物体都要受到浮力的作用”，“一切物体”包括密度大于水的物体（如铝块），也包括密度小于水的物体。对于笔者布置的这个任务，有的学生用泡沫块做实验，有的学生用气球做实验，甚至将吹气和不吹气的数据进行对比，思考“吹气后的气球重力几乎没有变化，是什么原因使它受到的浮力变大了呢”。这为学生学习物体的浮沉条件做好了铺垫。经历实验后，学生知道“称重法”并非适用于任何物体。笔者通过问题链引导学生解决一系列问题并自主完成实验，培养了他们的思维能力。测量物体浸没在水中所受的浮力，表面上是“测量”的问题，实际上是“受力分析及计算”的问题。笔者将标配实验与改进实验结合，打破“称重法”测量浮力的“虚假统治”地位，明确“受力分析”才是浮力计算的核心，让学生对测量浮力形成严密、全面的概念性理解，全面深入思考，系统掌握测量浮力方法。3.开发创新实验——探究物体浸没前所受浮力是否与物体浸入液体的深度有关借助平台标配实验，学生知晓“浮力的大小与物体浸入液体的体积有关，与浸没的深度无关”。但是，将基于实验数据作出的F-V图像与F-h图像（F指弹簧测力计示数，V指物体浸入液体的体积，h指物体浸入液体的深度）对比，发现曲线相同（如图3）。由此，不少学生认为物体浸没前其所受浮力与浸入液体深度有关。事实上，无论物体是否被浸没，物体所受浮力都与物体浸在液体（或气体）中的深度无关。突破这个难点本身就是一个创新实验。笔者带领学生自制器材，开展创新实验。其实，仔细分析横坐标数据发现，该物体是底面积为10cm2、高为4cm的规则柱体，若换成不规则的物体，如球体、梯形体等，F-V图像和F-h图像中的曲线必然不同，这个难点亦能迎刃而解。虽然实验结论否定了学生一开始的想法，但是创新思维的起点就是从改变思维定式开始。学生先质疑再用自己掌握的知识自制器材、设计实验，验证了物体所受浮力与其浸在液体中的深度无关，训练了辩证思维、创新思维。这样的训练促使学生在解决问题中能够设计出各种新颖而有效的实验方案。（三）发布共享笔者将开发的实验资源用于教学，经过改进和完善后形成最优资源，将其上传到平台相应的教学资源包中，与标配资源一起融入本节课的教学设计和学习任务单中，形成整节课完整的、有层次、有深度的数字资源库。四、数字资源与教学融合的思考技术正在赋能教与学：人们对于技术在教育教学中的应用已经由先前的“技术呈现知识”，如用幻灯片等技术代替板书来呈现知识，过渡到“技术与教育的深度融合”；从最初的学习使用技术过渡到运用技术学习，利用技术变革学习[4]。除了開发实验数字资源，平台与初中物理教学深度融合途径还有很多，如基于平台的教师备课、学生预习、大单元作业设计、跨学科实践等。开发跨学科实践创新实验在培养学生核心素养方面的价值更高。例如，教师可结合日常生活开展实验教学，在标配资源“能源”的基础上，引导学生研究热水器“零冷水”功能的原理并调查该功能下天然气的使用情况。又如，在标配资源“压强”“探究影响压力的作用效果”基础