信息技术深度融合下的高中物理核心素养教学研究

文 /李春花

引 言

在教育信息化背景下，在高中物理教学中应用信息技术受到了广泛的关注，而利用信息技术优势对学生的物理学科核心素养进行培养则成为教育教学研究的重点。基于信息技术的特点，将其引入高中物理课程教学中，有利于学生深刻认识物理现象，强化物理概念，形成物理观念；有利于学生分析问题，提升思维品质；有利于学生动手研究物理现象，探究物理规律；有利于学生认识物理学科与社会发展的关系，提升科学态度和责任担当。基于此，高中物理教师应充分利用信息技术的优势，创造适合新时代学生的教学环境，凸显学生的主体地位，促进学生学科核心素养的不断发展。

一、利用信息技术与物理的深入融合，培养学生的物理观念

物理观念是指学生从物理学的角度形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是学生在理解和掌握了物理概念和物理规律后在头脑中形成的提炼和升华。在高中物理课程教学中，引导学生在掌握物理理论知识的基础上形成正确的观念，对于当前的学习乃至未来的发展都有重要的意义。物理知识具有高度的抽象性，学生在理论学习过程中存在一定的困难，而信息技术能够呈现出生动直观的视觉效果，将抽象的物理知识转化为可观察、可理解的信息，进而引导学生扎实物理知识，形成物理观念[1]。基于此，在信息技术与物理学科深度融合的背景下，教师应从以下几个方面培养学生的物理观念。

第一，运用信息技术引入物理概念，引发学生的认知冲突。认知冲突是学生学习新知识的起始阶段。在高中物理教学中，教师可以借助信息技术的优势，将常见的物理现象进行提炼，并创设问题情境，启发学生思考，激发学生的认知冲突，并引导学生逐步分析问题、解决问题，进而完成认知调整，形成新的物理概念。例如，在讲解“质点和位移”的相关知识时，教师在课堂上利用希沃白板为学生展示生活中的物理现象，利用技术手段加以突出，让学生在原有的“位置”“运动”等概念的基础上对“质点”“位移”的特点进行把握，并产生认知冲突，激励学生进一步探索，以准确把握物理概念。

第二，利用微课对重点知识进行讲解，强化学生的理解。重点知识对于学生建构知识体系有着重要作用。在高中物理教学中，为了让学生了解哪些是重点知识，以及应该如何掌握重点知识，教师可以利用微课，对学生进行集中讲解，让学生能够全面理解物理概念和规律，并了解其在物理知识结构中的地位，为学生理清知识脉络、构建知识结构做好铺垫。例如，在“加速度”这一课中，课程的重点是加速度的概念以及定义式a=Δv/Δt，在教学实践中，教师抓住这一重点制作微课，将内容浓缩在5 分钟之内的短视频中，让学生通过自主观看完成重点知识的突破，提升学习效率。

第三，设计思维导图，引导学生构建物理知识框架。在物理课程学习中，未经整合的知识是零碎的，学生学到的只是单个的概念、规律和原理，对知识的理解不够深入，更难以形成系统的知识结构和完整的物理观念。鉴于此，教师在教学指导时可以利用信息技术引入思维导图，利用动态的图形帮助学生理清各个物理概念、规律之间的内在联系，或者教授学生方法，让学生根据自己的喜好，自主设计知识框架，并在重新回顾物理知识、挖掘知识间的联系、设计并调整导图的过程中，深化对理论知识的理解，形成物理观念。

二、利用信息技术与物理的深入融合，培养学生的科学思维

科学思维是指学生从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，如模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等都是科学思维的体现。物理作为一门自然科学，在培养学生思维品质方面具有明显的优势，但是，长期以来，在应试教育的影响下，学生在物理知识探究中更多关注提升认知、积累知识，而在思维方面却难以实现有效提升[2]。例如，对于物理模型的建构缺乏细节，在推理、论证过程中的参与度不高，更多的是按照教材的指导展开学习，缺乏质疑创新的意识和能力。对此，信息技术的应用则为学生的自主学习提供了机会，让学生能够通过特定的情境发现物理现象，并展开分析综合、推理论证，实现了从感性思维到理性思维的过渡，提升了科学思维水平。

例如，在“加速度”相关知识的教学中，教师利用phyphox 软件设计实验，引导学生认识并运用加速度传感器。根据核心素养的要求，教师对学生的科学思维发展提出要求，即结合x-t图、v-t图和α-t图运用数学方法，巩固数形结合的思想方法，提高理性分析问题的能力。在教学活动中，教师首先介绍phyphox 软件，让学生了解加速度传感器，认识3 个方向的加速度，确定主要的参数。然后，教师在该软件的辅助下，指导学生研究自由落体运动。在地上放一块软垫，手机平放在手上离软垫一定高度，打开软件，点击Acceleration withg，运行按钮，放手，手机下落到软垫上，截取ε轴数据，容易看出放手前x方向加速度约为9.8 m/s²。整个下落过程中x方向加速度为零。通过对这一现象的观察，教师引导学生思考自由落体运动过程中加速度的变化。学生通过观察手机软件中呈现出的数据，可以推导出在落地的过程中手机处于完全失重状态，在掉在垫子上时加速度突然增大后减小为约9.8 m/s²。接下来，教师引导学生根据“手机掉落”过程中形成的数据进行分析，并结合加速度传感器中的信息进行理性思考，形成加速度的模型。最后，教师为学生展示“蹦极”运动，并给出相关数据，指导学生根据其中的信息运用模型。在信息技术的辅助下，学生根据手机先失重后超重的过程，可以发现加速度先为正后为负的规律，明确加速度先向上后向下的方向，并以此推导、构建物理模型。在这一过程中，学生通过感性认识逐渐过渡到理性思考，并在信息技术的辅助下，针对常见的物理现象推导出抽象的物理模型，从而提高了科学思维能力。

三、利用信息技术与物理的深入融合，引导学生的科学探究

物理是一门以实验为基础的学科，而学生开展科学实验的过程就是获取知识、提升科学素养的过程。根据高中物理核心素养的要求，学生的科学探究素养是在物理问题的驱动下，完成猜想和假设，获取和处理信息，最后根据证据得出结论并针对物理现象做出解释的过程。在培养学生科学探究素养的过程中，组织学生参与物理实验活动是十分必要的。但是，从具体教学情况来看，受到教学条件限制、实验本身局限、学生的参与意愿等因素的影响，一些实验的开展情况并不理想。学生对物理现象的探究不够充分，其核心素养的发展也受到了一定的影响。对此，在教育信息化背景下，教师应充分利用技术优势，改进物理实验教学过程，促使学生在真实或者虚拟的实验环境中经历科学探究的过程，提升科学素养[3]。

例如，在“弹力”相关知识的教学中，教师根据核心素养的培养目标，对学生提出如下要求：能完成“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”的相关实验，能使用弹簧测力计、刻度尺等器材收集数据，能通过作图或其他方法分析数据形成初步的结论。为引导学生有效展开自主实验探究，教师采用了翻转课堂的方法，即在课前为学生提供自主学习的机会，并提出思考问题：当用较小的拉力拉弹簧时，撤去拉力，弹簧能否恢复原状？当用很大的力把弹簧拉直时，撤去拉力，弹簧能否恢复原状？在问题的启发下，学生探究弹性限度的概念，并结合视频中的内容设计“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”的任务，促使学生初步思考并探究弹力F与形变量x大小之间的关系。接下来，在课堂实验中，教师利用希沃白板，引导学生展现课前实验探究成果，并引导学生在白板的帮助下完成数据整理和分析，进而总结弹簧弹力的大小与伸长量的关系。在这一过程中，信息技术的应用推动了课堂的翻转，让学生获得自主探究的机会，锻炼了学生科学探究的能力，促进了学生科学素养的发展。

此外，在高中物理教学中，信息技术的应用还能够为学生构建虚拟实验室，让师生通过虚拟环境展开多样化的实验探究。例如，目前市场上开发的一些专业的虚拟实验室软件，内容上涵盖了高中物理教材上的重点实验。教师可根据学生科学探究素养发展的需要在线开发课件，自由创建、组装实验，营造智能化、完全开放的实验环境。在虚拟实验室中，教师可以开展力学实验、电学实验，可以探究平抛物体的运动、验证机械能守恒定律等。在这样的教学环境中，信息技术与物理学科实现了高度融合，打破了以演示为主的传统实验环境，让学生能够自由开展科学实验，完成在现实中无法完成的实验，从而促进科学探究素养的发展。

四、利用信息技术与物理的深入融合，培养学生的科学态度与责任

科学态度与责任是指学生在认识科学本质的基础上形成的对科学技术的正确态度，以及对科技创新、社会发展产生的责任感。物理学科与现代社会的发展密切相关，从某种程度上来讲，物理学科研究的突破是社会创新发展的重要动力。因此，教师应从学生终身发展的角度出发，提高学生的思想认识，让学生认识到科学与社会发展的关系，并在融入社会的过程中形成责任与担当。在教育信息化背景下，信息技术与物理学科的深度融合，一方面能够为学生创造更加真实、开放、有效的教学环境，培养学生的物理学科核心素养，为学生未来进入社会、参与创新发展打好基础；另一方面也能从侧面体现出科学技术在推动社会教育发展方面的价值，引导学生形成科学态度与责任。基于此，在高中物理学科核心素养培养的过程中，教师应利用信息技术的优势推动教学创新，促进学生科学态度与责任的发展[4]。

例如，在“加速度”相关知识的教学中，教师利用phyphox 软件设计实验，引导学生认识并运用加速度传感器。在实验过程中，教师利用软件的功能，指导学生展开实验探究，并对原始数据的导出、保存、处理和分析提出明确要求，促使学生认识到科学和技术发展密切相关的现实。在信息技术的辅助下，学生完成了对加速度传感器的应用，同时，结合生活中的“失重”现象了解其原理及相关应用。学生在运用技术手段探究物理知识、构建物理模型的过程中，教师潜移默化地渗透科学与社会的关系，让学生认识到科学和社会的和谐发展可以使二者共同进步，相辅相成，进而激发学生的科学精神，培养学生的社会担当。

《普通高中物理课程标准（2017 年版2020 年修订）》提出了STSE 理念，要求学生正确认识科学、技术、社会、环境之间的关系，了解物理与社会生活之间的密切联系。基于此，教师可以从教材中进行拓展，并利用信息技术为学生展现当前物理研究的成果，如球床模块式高温气冷堆核电站、核天体物理研究、清洁氢气、双层石墨烯奇异分数态等，利用技术手段动态呈现这些先进技术，让学生有身临其境之感，让学生在科学技术的吸引下对物理产生浓厚的兴趣，并提高学生学好物理的责任感。

结 语

总之，在教育信息化背景下，高中物理在与信息技术深度融合的过程中，正朝向高效率、高质量的方向发展。利用信息技术推动物理教学实践的创新，是教育领域现代化发展趋势。因此，教师应围绕学生物理学科核心素养的发展进行积极探索，创新实践教学，积累经验，推动教学改革不断深入。