當(dāng)今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，教學(xué)與技術(shù)融合成為必然。以往，教師用圖片、文字、幻燈片、動(dòng)畫、視頻及實(shí)驗(yàn)器材教學(xué)，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動(dòng)性。為了解決這些問題，很多學(xué)校實(shí)施了混合式教學(xué)，將線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與線下課堂教學(xué)融合，變灌輸式教學(xué)為利用智慧教學(xué)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)和激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究，取得了一定效果。其中，新興的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)已在混合式教學(xué)中得到一定應(yīng)用。作為一種增強(qiáng)虛擬與現(xiàn)實(shí)交互體驗(yàn)的技術(shù)，AR可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間關(guān)系和抽象概念的可視化，能很好地幫助學(xué)生理解抽象和復(fù)雜的概念，提升學(xué)習(xí)效果。由于AR技術(shù)在提高學(xué)生信心、專注力及激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法，其應(yīng)用已在多個(gè)學(xué)科中取得較好效果，如數(shù)學(xué)中的相遇問題、物理中的單縫衍射實(shí)驗(yàn)和生物學(xué)中的觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)等，但目前仍存在針對(duì)性和適用性不強(qiáng)的問題。為讓AR技術(shù)更好地幫助學(xué)生理解抽象概念，筆者開展了基于AR技術(shù)的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)研究，并以歐姆定律為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、基于AR技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教材分析

歐姆定律是初中電學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，該知識(shí)點(diǎn)具有一定的抽象性。筆者本次教學(xué)以人教版九年級(jí)《物理》教材為依托。歐姆定律指流過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比。教學(xué)內(nèi)容包括兩部分：一是歐姆定律的公式及單位;二是歐姆定律的應(yīng)用。教材基于“探索電流和電壓之間的關(guān)系”的結(jié)論，直接給出歐姆定律，即電流、電壓、電阻三者之間的關(guān)系。歐姆定律的教學(xué)起著承上啟下的作用，內(nèi)容編排不僅符合從易到難、從簡單到復(fù)雜的認(rèn)知規(guī)律，而且保持了知識(shí)的結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性。

（二）教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：能夠利用實(shí)驗(yàn)方法探索電流、電壓和電阻的關(guān)系;理解歐姆定律的內(nèi)容和公式;培養(yǎng)觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治龈爬芰Α?/p>

過程與方法：掌握控制變量法這個(gè)探索實(shí)驗(yàn)和研究物理問題的常用方法。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過探究過程激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度和認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

（三）學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)掌握如下相關(guān)知識(shí)。

對(duì)于電路的連接、使用電流表測(cè)電流、使用電壓表測(cè)電壓、串聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn)、并聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn)、影響電阻的因素、電流與電壓和電阻的關(guān)系等，學(xué)生已經(jīng)掌握。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究已有一定的思路。

基于對(duì)教材內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際情況的分析，筆者本次教學(xué)將突出學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生分組合作學(xué)習(xí)。教師的主要工作是點(diǎn)撥和指導(dǎo)。

（四）教學(xué)重難點(diǎn)

本部分的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是操作與歐姆定律相關(guān)的兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，并掌握歐姆定律的內(nèi)容和公式。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得出導(dǎo)體中電流、電壓和電阻之間的關(guān)系。學(xué)習(xí)難點(diǎn)在于如何得出歐姆定律以及理解歐姆定律的內(nèi)容并弄清變形公式的含義。

（五）教學(xué)準(zhǔn)備

為了便于學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力及學(xué)習(xí)能力，教師可選用基于AR技術(shù)的“物理實(shí)驗(yàn)課AR”軟件教學(xué)。該軟件Android、iOS系統(tǒng)均可運(yùn)行，支持手機(jī)、臺(tái)式電腦和平板電腦，從小學(xué)到高中的物理實(shí)驗(yàn)都能一一仿真，包括電學(xué)、電磁學(xué)和天體力學(xué)等實(shí)驗(yàn)。學(xué)生應(yīng)用該軟件可熟悉高精度物理實(shí)驗(yàn)操作，在AR交互模式下，設(shè)計(jì)電路甚至星系，不受教材或經(jīng)驗(yàn)限制，也無安全隱患，可復(fù)現(xiàn)電學(xué)元件的每個(gè)細(xì)節(jié)（從模型、外觀到電學(xué)性質(zhì)），還可自由設(shè)置器件屬性，完整復(fù)原電路圖。此外，該軟件還具有AR定位環(huán)境功能。

（六）設(shè)計(jì)思想

基于對(duì)教材以及學(xué)情的分析，筆者將本次內(nèi)容分為兩個(gè)課時(shí)教學(xué)。第一課時(shí)的教學(xué)主要圍繞實(shí)驗(yàn)1開展（保持電阻不變，探究電流與電壓的關(guān)系）;第二課時(shí)的教學(xué)主要圍繞實(shí)驗(yàn)2開展（電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系）。圖1為基于AR技術(shù)的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)總體框架圖。在教學(xué)過程中，筆者導(dǎo)入情境、演示實(shí)驗(yàn)、及時(shí)指導(dǎo)，讓學(xué)生以小組合作的方式應(yīng)用AR輔助教學(xué)軟件操作物理實(shí)驗(yàn)。筆者基于AR技術(shù)實(shí)施混合式教學(xué)，將AR技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)中的多媒體手段結(jié)合應(yīng)用。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生以小組合作的方式自主在AR技術(shù)軟件上操作歐姆定律的實(shí)驗(yàn)，通過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的假設(shè)。在學(xué)生自主探究之后，筆者提出問題讓學(xué)生回答，總結(jié)知識(shí)，并布置隨堂練習(xí)題檢測(cè)學(xué)生是否掌握歐姆定律，進(jìn)行針對(duì)性輔導(dǎo)。

（七）教學(xué)過程

本次教學(xué)內(nèi)容主要是操作以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：探究電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系。

準(zhǔn)備儀器：電壓表、電流表、定值電阻（控制變量）、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、電源。

確定控變量——導(dǎo)體電阻不變;自變量——導(dǎo)體兩端電壓;因變量——流過導(dǎo)體的電流。

實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：第一步，連接如圖2所示電路圖，保持開關(guān)處于斷開狀態(tài)，將滑片置于滑動(dòng)變阻器阻值最大處;第二步，閉合開關(guān)S，將滑動(dòng)變阻器調(diào)至適當(dāng)位置，得到此時(shí)電壓表示數(shù)為，電流表示數(shù)為，記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中;第三步，斷開開關(guān)S，改變滑動(dòng)變阻器的滑片位置，閉合開關(guān)S后，得到此時(shí)電壓表示數(shù)為，電流表示數(shù)為，記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中;第四步，仿照第三步，做4次實(shí)驗(yàn)，將得到的電壓表示數(shù)和電流表示數(shù)，記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中;第五步，得出實(shí)驗(yàn)1數(shù)據(jù)表（見表1）。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖如圖3、4所示。

實(shí)驗(yàn)2：探究電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系。

準(zhǔn)備儀器：電壓表、電流表、6個(gè)阻值不同的定值電阻或電阻箱，滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、電源。

確定控變量——導(dǎo)體兩端電壓不變;自變量——導(dǎo)體電阻;因變量——流過導(dǎo)體的電流。

實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：第一步、第二步同實(shí)驗(yàn)一;第三步，斷開開關(guān)S，更換不同阻值的電阻（調(diào)節(jié)電阻箱的值），閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)仍為，記下此時(shí)電流表示數(shù)為，將得到的、、記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中;第四步，仿照第三步，做4次實(shí)驗(yàn)，將電壓表示數(shù)，電阻阻值和電流表示數(shù)，記錄在表格;第五步，得出實(shí)驗(yàn)2數(shù)據(jù)表（見表2）。

二、混合式教學(xué)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

通常，完整的思維型教學(xué)設(shè)計(jì)涉及6個(gè)環(huán)節(jié)，分別為準(zhǔn)備階段的教學(xué)設(shè)計(jì)、感知階段的教學(xué)設(shè)計(jì)、理解階段的教學(xué)設(shè)計(jì)、鞏固階段的教學(xué)設(shè)計(jì)、運(yùn)用階段的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過程的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。教學(xué)過程中的這六個(gè)基本環(huán)節(jié)都很重要，各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)行為的發(fā)生、思維能力的培養(yǎng)以及科學(xué)素養(yǎng)的形成。此外，每個(gè)階段都有不同的教學(xué)設(shè)計(jì)方式。筆者設(shè)計(jì)9個(gè)步驟將6個(gè)環(huán)節(jié)連為一體。各環(huán)節(jié)教學(xué)方案設(shè)計(jì)如下：

（一）準(zhǔn)備階段的教學(xué)設(shè)計(jì)

步驟1：設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容（歐姆定律電路圖）。課前，教師制作與物理課程相配合使用的課件，在AR輔助教學(xué)平臺(tái)上模擬在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的電路實(shí)驗(yàn)。

步驟2：情境導(dǎo)入。導(dǎo)入：為什么在生活中高壓輸電線制作得很粗呢？（以現(xiàn)實(shí)生活中高壓輸導(dǎo)線制作得很粗的現(xiàn)象，引出這是為了減小導(dǎo)線的電阻以及減少電能在運(yùn)輸途中的消耗，既能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，又能為學(xué)習(xí)歐姆定律埋下伏筆。）教師通過AR輔助教學(xué)軟件模擬為學(xué)生演示歐姆定律，將教學(xué)與生活相結(jié)合，同時(shí)緊扣教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使其產(chǎn)生真實(shí)感受，積極參與并主動(dòng)學(xué)習(xí)。

（二）感知階段的教學(xué)設(shè)計(jì)

步驟3：教師向?qū)W生演示以下兩個(gè)物理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1：保持電阻不變，讓學(xué)生觀察電流和電壓的關(guān)系。得出結(jié)論1：保持導(dǎo)體的電阻不變時(shí)，通過導(dǎo)體的電流和它兩端的電壓成正比。實(shí)驗(yàn)2：保持電壓不變，研究電流和電阻的關(guān)系。得出結(jié)論2：保持電壓不變，讓學(xué)生觀察研究電流和電阻的關(guān)系。

（三）理解階段的教學(xué)設(shè)計(jì)

步驟4：教師指導(dǎo)學(xué)生在AR輔助教學(xué)軟件上通過小組合作的方式進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，回答下列問題。1.這個(gè)實(shí)驗(yàn)中更換電阻的操作要做3次，為什么？2.閉合開關(guān)，滑動(dòng)變阻器的滑片向左滑動(dòng)時(shí)，兩表的示數(shù)如何變化？3.某學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)后，電流表的指針幾乎不動(dòng)，而電壓表的指針卻有明顯偏轉(zhuǎn)，電路中發(fā)生故障的原因可能是什么？教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作和自主探究。

（1）在平臺(tái)注冊(cè)賬號(hào)，選擇物理電路實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面。

（2）教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，讓其按照課本在AR平臺(tái)上自行選擇實(shí)驗(yàn)儀器，并進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)。

（3）讓學(xué)生根據(jù)歐姆定律連接電路，點(diǎn)擊小卡片展示每個(gè)儀器的核心信息，點(diǎn)擊編輯按鈕，展開大卡片。

（四）鞏固階段的教學(xué)設(shè)計(jì)

步驟5：讓學(xué)生通過分組方式（可以根據(jù)全班學(xué)生的共同特點(diǎn)和個(gè)別差異，綜合考慮學(xué)生的組織能力、自學(xué)能力、分析問題和解決問題的能力，按成績、能力、性格諸方面的差異組建若干最優(yōu)化的合作學(xué)習(xí)小組）參與AR物理實(shí)驗(yàn)后，再合作交流，得出結(jié)論，舉手回答問題。在這個(gè)過程中，教師要維持良好的課堂秩序，適當(dāng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，積極互動(dòng)。

步驟6：配合教材制作背景。例如：教師通過Flash動(dòng)畫與物理教材相結(jié)合的方式為學(xué)生講解九年級(jí)物理課本中的歐姆定律，讓學(xué)生理解歐姆定律及其公式。

（五）運(yùn)用階段的教學(xué)設(shè)計(jì)

步驟7：教師對(duì)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，深化學(xué)生對(duì)歐姆定律的理解，在課堂上布置隨堂練習(xí)讓學(xué)生完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。通過做練習(xí)題等方式讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的結(jié)論完成作業(yè)有兩方面好處：一方面通過這個(gè)過程讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)納入已有的知識(shí)體系，建構(gòu)合理的學(xué)科結(jié)構(gòu);另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生的自我監(jiān)控能力。教師布置的習(xí)題要考慮周到：既要有知識(shí)總結(jié)，又要有方法總結(jié);既要反思探索的過程，又要反思探究中的教訓(xùn)。

（六）教學(xué)過程的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

步驟8：教師根據(jù)目標(biāo)性原則、關(guān)聯(lián)性原則、過程與結(jié)果統(tǒng)一原則、客觀性原則、整體性原則、指導(dǎo)性原則來進(jìn)行教學(xué)過程的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。教師可以通過作業(yè)與測(cè)驗(yàn)法、觀察法、訪談法、問卷調(diào)查法等對(duì)學(xué)生在歐姆定律這一章節(jié)的學(xué)業(yè)成績和學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和把握，以便于有針對(duì)性優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)方案。

步驟9：預(yù)期效果。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過AR物理學(xué)習(xí)軟件學(xué)習(xí)，輕松愉快，同時(shí)可以避免物理電路實(shí)驗(yàn)過程中可能帶來的危險(xiǎn)。學(xué)習(xí)內(nèi)容以立體的形式呈現(xiàn)在電子設(shè)備屏幕上。這些有利于激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。

三、總結(jié)

目前，中小學(xué)物理課堂教學(xué)存在不足主要表現(xiàn)在學(xué)生缺乏主動(dòng)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，教學(xué)過程的創(chuàng)新性不夠?；贏R技術(shù)開展混合式教學(xué)能夠?qū)R技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相結(jié)合，既能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，又能夠提升教學(xué)過程的趣味性。

此外，運(yùn)用AR技術(shù)可以模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且能夠顯示電壓、電流等數(shù)值，在實(shí)時(shí)示波器支持下還能夠一鍵變電路圖，讓電路知識(shí)從死板的電路圖升級(jí)為實(shí)物，甚至可以使用AR虛擬模擬功能將虛擬的電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相結(jié)合并實(shí)時(shí)互動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)信心。總之，將物理教材上的內(nèi)容與AR相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)可以有針對(duì)性地提升教學(xué)效率和教學(xué)效果，為混合式教學(xué)提供理論參考。

（作者趙晗嫣系云南大學(xué)職業(yè)與繼續(xù)教育學(xué)院研究生;吳建平系云南大學(xué)信息學(xué)院研究生導(dǎo)師，高級(jí)工程師;奚艷妮系云南大學(xué)職業(yè)與繼續(xù)教育學(xué)院研究生）

責(zé)任編輯：祝元志