研發(fā)與應用物理數(shù)字教材資源的基礎是面向教學做好數(shù)字資源設計，分析教育屬性、技術(shù)屬性、出版屬性對資源設計的需求。筆者基于物理學科數(shù)字教材資源的體系和特點，分析其對提升探究能力、培養(yǎng)思維能力、增強對客觀世界的體驗等方面的價值，并對物理學科數(shù)字教材資源開發(fā)提出建議，以期促進資源與平臺的有效應用。

一、數(shù)字教材中資源的作用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及教育信息化進程的推進，數(shù)字教材在基礎教育領域發(fā)揮基礎、核心作用的趨勢越發(fā)明顯。數(shù)字資源作為數(shù)字教材的核心組成部分，是信息化環(huán)境下教師教學和學生學習的必需品。師生應用數(shù)字資源有助于提升課堂效果、促進物理課程目標的達成。

首先，研發(fā)優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源是《義務教育物理課程標準（2011年版）》（以下簡稱課標）要求的。課標倡導開發(fā)和使用豐富的多媒體教學資源，使物理課程的學科更生動、活潑、豐富多彩;《高中物理課程標準（2017年版）》強調(diào)，積極開發(fā)與利用數(shù)字媒體課程資源，指出數(shù)字媒體已成為物理學習的重要課程資源。優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源是支撐課程教學的重要資源。

其次，以課標為依據(jù)設計紙質(zhì)教材并輔以數(shù)字資源能更有效發(fā)揮價值。紙質(zhì)教材中的教學實施建議方案是以非信息化教學環(huán)境為主設計的，難以滿足信息化環(huán)境下教與學的需求。開發(fā)適配的數(shù)字資源可以有力支持紙質(zhì)教材的應用。

最后，數(shù)字資源是數(shù)字教材的支撐，數(shù)字教材基本功能就是為信息化教學環(huán)境提供基礎資源。數(shù)字教材的普及應用一定會對教學產(chǎn)生深刻影響。通常，變革的發(fā)生都是以點帶面、逐漸深入的。數(shù)字資源是當前教學方式與信息技術(shù)的連接點。從目前數(shù)字教材應用反饋情況來看，教師對數(shù)字教材的最大關注點在優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源上，數(shù)字資源可能成為推進數(shù)字教材常態(tài)化應用的切入點。

因此，研究數(shù)字資源的設計對促進課程目標的達成，服務和提升紙質(zhì)教材應用效果，推進數(shù)字教材落地應用等方面都有現(xiàn)實意義。

二、資源設計應考慮的關鍵問題

數(shù)字教材作為基礎教育現(xiàn)代化的核心內(nèi)容資源，涉及三個方面的本質(zhì)屬性，分別是教育屬性、技術(shù)屬性和出版屬性。開發(fā)者在設計數(shù)字資源時應充分考慮這些基本屬性對數(shù)字資源設計的要求。

（一）教育屬性對資源設計的要求

開發(fā)者應基于課標并按照新課程倡導的教學理念建設資源，從資源體系的建立，到具體資源的選點、設計、制作盡可能貫徹課標理念，不僅注重科學知識的傳授和技能的訓練，而且注重對學生學習興趣、探究能力和創(chuàng)新意識以及科學態(tài)度、科學精神方面的培養(yǎng)。同時，堅持教育學理論、心理學理論、學習理論：內(nèi)容組織和呈現(xiàn)符合學科教學規(guī)律，符合不同學段學生認知特點。例如，義務教育階段通過創(chuàng)設較多的形象化的活動和情境，增強學生的感性認識，而高中階段則更注重理性探究和思考。

（二）技術(shù)屬性對資源設計的要求

教師、教材、學生是教學的三個基本要素。開發(fā)者在建設數(shù)字資源的過程中，應著力考慮哪些問題和困難可借助信息技術(shù)手段來解決，體現(xiàn)信息技術(shù)對教學的價值。紙質(zhì)教材中有些內(nèi)容可以通過信息技術(shù)手段優(yōu)化呈現(xiàn)，這在設計數(shù)字資源時也應考慮。例如，教學過程中學生要耗費較多的時間認識、了解某些較復雜的儀器，紙質(zhì)教材中的圖片很難全面展示，借助數(shù)字手段則可以動態(tài)化、全過程呈現(xiàn)，提高教學效果。設計數(shù)字資源時還要考慮哪些教學活動需要信息技術(shù)手段輔助。例如，針對實驗教學中的困難和問題，可設計系列化的實驗類資源，輔助課堂實驗教學。此外，還要考慮哪些教學環(huán)節(jié)可以通過信息技術(shù)手段優(yōu)化和提升。例如，教學評價環(huán)節(jié)一直存在著反饋不及時的難題，設計交互性的習題資源并加以科學使用，可實現(xiàn)即時反饋。

（三）出版屬性對資源設計的要求

數(shù)字資源應符合出版規(guī)范。在加工制作數(shù)字資源的過程中，要重視對于出版規(guī)范的核查。同時，設計數(shù)字資源要做到系統(tǒng)、規(guī)范，在內(nèi)容和形式上盡可能保持前后一致。

三、資源開發(fā)情況

（一）物理學科數(shù)字教材資源體系

為滿足學科信息化教學需求，開發(fā)者基于課標要求和人教版物理教材特點，結(jié)合教學過程和教材欄目，明確教材中引入、正文、實驗（實踐）活動、拓展、測試評價和總結(jié)等不同環(huán)節(jié)（部位）對應的欄目和資源類型，構(gòu)建了《人教數(shù)字教材物理》資源體系（見表1）。

（二）物理學科數(shù)字教材資源的特點

首先，通過形象化的知識演示，突破紙質(zhì)教材表達形式的局限。

教師通過視頻、動畫等多種媒體展示知識內(nèi)容，可有效突破紙質(zhì)教材表達形式的局限，使抽象內(nèi)容形象化、示范指導直觀化、動態(tài)過程可視化、知識應用情境化。

其次，以學生為中心，設計交互式的動畫資源，實現(xiàn)人機交互。

學生在閱讀紙質(zhì)教材時只能被動接收。應用數(shù)字資源就大不相同。數(shù)字教材中可交互的動畫資源可以通過分步驟、分層次的呈現(xiàn)教學內(nèi)容適應學生不同的學習節(jié)奏和不同的思維過程，針對學生的學習行為反應，提供反饋。

最后，即時評價有利于實現(xiàn)對學生的診斷、激勵和提升。

傳統(tǒng)教學中評價存在一定的延時，這會影響教師對學生學習情況的判斷，而教師使用數(shù)字教材中交互性習題資源，可即時評價，增強學生學習的成就感。

（三）物理學科數(shù)字教材資源的應用價值

開發(fā)者設計數(shù)字教材，組織實驗演示、探究交互、情景演示、動畫演示、即時評價、知識講解等各類型資源為信息化環(huán)境下的課堂教學提供基礎資源，輔助教師教學，促進課程目標的達成。

1.信息技術(shù)手段助力實驗教學，提升學生探究能力

物理學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學是學生接觸物理知識、探索物理原理、增強情感體驗的重要途徑。實驗教學能夠有效促進學生對知識的理解和運用，也能夠更好提升探究能力。但是，實驗教學在實施過程中受器材、條件、時間等各種因素限制，面臨不少困難?！皩嶒灲虒W開展情況”調(diào)研結(jié)果顯示，地區(qū)差異明顯，特別是在經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，實驗教學以講授為主，關注考點、忽略實驗操作的現(xiàn)象還很常見。開展實驗教學的過程中，也存在各種問題：演示實驗可視性差，達不到預期效果;分組探究實驗學生操作不規(guī)范導致誤差過大、得不出實驗結(jié)論等。

實驗在物理教學中有重要地位，不可或缺。為解決實驗教學在常態(tài)課中的困難，開發(fā)者在數(shù)字教材中加載了演示實驗視頻類資源和虛擬仿真實驗資源，輔助實驗教學，提升實驗教學效果。

數(shù)字教材配有與全套演示實驗視頻，教科書中“實驗”“演示”“想想做做”“動手動腦學物理”“拓展性實驗”等欄目涉及實驗都匹配了操作規(guī)范、現(xiàn)象清晰的視頻，可滿足不同層次、不同實驗條件學校的教學需求。

實驗視頻充分彰顯信息技術(shù)的優(yōu)勢：利用高速攝影、延時攝影、頻閃攝影、熱成像、快放、慢放等技術(shù)手段，將一些不易觀察、不好記錄的實驗現(xiàn)象記錄下來。例如：對于“氣體擴散的實驗”，支持20倍速播放，讓學生能明顯地觀察擴散過程;“觀察做曲線運動物體的速度方向”的實驗過程在俯視視角下拍攝，避免了現(xiàn)場實驗中由于視角不同產(chǎn)生的問題;利用動畫演示、分析實驗原理，輔助實驗教學。又如，對于“通過平面鏡觀察桌面的微小形變”，開發(fā)者在實驗的基礎上，利用動畫模擬微小形變的過程，在動畫中放大桌面的形變，形象展示物理過程（如圖1）。

綜上，演示實驗視頻既可以成為師生進行實驗操作的參考，又可以滿足實驗條件有限的情況下需播放視頻的基礎性需求，同時可以與真實實驗結(jié)合，滿足反復觀看、隨時對實驗過程重點觀察、標記等需求，解決實驗現(xiàn)象不清晰、實驗過程難記錄等問題，提高實驗教學的有效性，輔助課標中科學探究學習目標的實現(xiàn)。

針對部分探究性和操作性實驗，開發(fā)者在數(shù)字教材中提供了開放式虛擬仿真實驗。這類虛擬仿真實驗，可以幫助學生熟悉實驗器材，搭建實驗裝置，自主設計實驗，完成實驗及數(shù)據(jù)處理過程。

虛擬仿真實驗無法取代真實實驗的探究過程，但在輔助真實實驗的教學方面具有明顯優(yōu)勢：虛擬仿真實驗突破了時間和空間的限制，可以更好地滿足學生的個性化學習需求，特別是在支持實驗預習、復習、教師原理講解、示范操作等環(huán)節(jié)具有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)教學中，學生通過閱讀紙質(zhì)材料預習實驗，對于原理復雜、操作煩瑣的實驗，很難真正理解。在實驗課上，受實驗儀器、場地、時間等因素的限制，通常是4～6人為一小組參與探究實驗，由于學生理解能力、操作水平等方面存在差異，其中團隊中相對較弱勢的成員經(jīng)常處于邊緣狀態(tài)，無法參與實驗探究，導致實驗效率低下，得不出探究結(jié)論。虛擬仿真實驗可提供各種實驗環(huán)境，滿足學生的操作需求，更好地幫助學生理解實驗原理，提高實驗效率。

針對部分數(shù)據(jù)處理較復雜的探究性實驗，開發(fā)者在數(shù)字教材中專門設置了針對具體實驗的數(shù)據(jù)輸入表格及圖像自動擬合功能，針對初中學生有效回避了實驗中數(shù)據(jù)處理的難點，引導學生關注實驗的探究重點和物理知識本身。

2.多媒體技術(shù)支持的可視化呈現(xiàn)，培養(yǎng)學生思維能力

以演示動畫的方式將某些抽象、微觀、復雜的過程和原理進行可視化講解，降低了學生的理解難度，幫助學生從物理學視角認識客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系。例如，對摩擦起電原理的教學，教師可基于紙質(zhì)教材進行講解，借助數(shù)字教材通過形象的例子展示摩擦起電的過程，使抽象的概念直觀化呈現(xiàn)。

數(shù)字教材支持教師以交互動畫的方式對某些條件多、層次復雜、有變化的知識點進行全過程性動態(tài)展示，有利于學生探究和思考。例如，八年級上冊“長度和時間的測量”中，教材通過一張圖片引出“視覺不可靠，需要利用儀器和工具進行準確的測量”。教師利用這幅引發(fā)學生視覺沖突的圖片，激發(fā)學生的興趣，講解如何判斷圖中的長度和面積是否相等，應用數(shù)字教材中加載的復制、拖動、隱藏等功能的交互動畫，幫助學生直接進行比較，通過中間手段證明了“視覺的不可靠，測量儀器和工具的準確性”，增強了實驗結(jié)果的說服力。這有利于學生在經(jīng)歷推理論證的過程中，提升思維能力。

3.利用豐富的情境素材資源，增強學生對客觀世界的體驗

情境教學是新課程所倡導的，“從生活走向物理，從物理走向社會”是課標明確提出的理念。紙質(zhì)教材融入了豐富的情境，體現(xiàn)了從生活經(jīng)驗入手到物理理論分析到生活現(xiàn)象應用的基本理念。為充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，更好地輔助紙質(zhì)教材的應用，數(shù)字教材開發(fā)者非常重視情境素材，在章引言、節(jié)首、正文、科學世界、科學·技術(shù)·社會等欄目都設計了情境視頻或準備了圖片素材。

應用數(shù)字教材進行情境化的知識引入和知識應用，可以更好地激發(fā)學生的學習興趣，讓學生逐漸形成從生活中發(fā)現(xiàn)物理問題并利用物理知識解釋生活現(xiàn)象的科學素養(yǎng)，促進學生的知識理解和素養(yǎng)提升。

4.數(shù)字教材富媒體呈現(xiàn)形式的其他優(yōu)勢

數(shù)字教材支持多種媒體手段綜合應用，可以為視覺優(yōu)勢、聽覺優(yōu)勢、動覺優(yōu)勢等不同類型的學生提供不同的學習方式，滿足學生的個性化學習需求。數(shù)字教材成為中學階段學生信息水平提升的輔助教材?？茖W使用數(shù)字教材有助于學生在學習本學科知識之外感受和體驗信息技術(shù)的力量，促進他們信息素養(yǎng)的提升。

四、有關物理學科數(shù)字教材資源開發(fā)的建議

成功開發(fā)數(shù)字教材資源關鍵在于：基于教學設計進行資源設計，在關注單個數(shù)字資源的同時，注重資源間的聯(lián)系，提供信息化環(huán)境下課堂教學的完整路徑，促進信息技術(shù)與學科課程的深層次融合。

今后，要更加重視資源建設與平臺功能協(xié)同發(fā)展，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢。例如，對于視頻播放類資源，提供畫面和聲音分離、自主配音、畫面片段自由選取等功能，有助于教師簡便利用基礎性學科資源重組、加工、再造出符合個人教學方式的資源，滿足個性化的教學需求。對于習題類資源，可增加語音作答功能，支持生生之間、師生之間音頻互動交流，解決傳統(tǒng)教學反饋中信息不對稱的問題，優(yōu)化輔助習題動畫類資源，使教學活動更具針對性，效率更高。

（作者系人教數(shù)字出版有限公司編輯）

責任編輯：祝元志