信息技术在高中物理探究教学中的应用探析

姚娟娟 潘路

【摘要】在信息时代背景下，新课程改革中对信息技术的关注和推广，要求广大教师积极进行信息技术与学科教学融合的探索.物理探究教学更是需要信息技术的介入，在这个过程中会遇到各种挑战，如需要深度备课以进行思维重构，需要注重学生的内在变化，以实现核心素养目标，以在教学实践中期找到信息技术在高中物理探究教学中应用的策略.

【关键词】信息技术；高中物理；仿真实验室

在信息时代背景下，学生获取知识的方式与速度都刷新了我们的认知，传统的物理探究教学模式，越来越难以激发学生的兴趣且难以直观地得出探究实验结论，与此同时，新课程改革中对信息技术的关注和推广，使得与教学相关的信息技术得到了极大的发展，如多媒体演示、仿真实验室、实验数据处理平台等信息技术，层出不穷.

1 信息技术与高中物理探究教学的融合

信息技术作为一种技术手段，它本身并不能直接代替课堂教学让学生获取知识，而是教师将信息技术作为一种辅助方式，服务于课堂教学，使得课堂变成双向交流，注重学生的内在变化，强调学生的学习过程[1].

科学探究是物理核心素养中重要的组成部分，实验探究是科学探究教学的主要方式，然而应用传统的实验探究方式，学生只需要按照既定的实验步骤展开实验，且实验现象和结果往往会与预想的有所出入，如高中物理的力学实验，存在实验需要重复操作，实验数据繁杂等问题，课堂上学生无法得到实验结论，时间跨度大，学生体验感不强[2].

信息技术的应用可以有效地弥补传统探究教学的诸多弊端，但是该应用哪一种信息技术，怎么有效应用，如何与传统探究过程相辅相成等问题层出不穷，这也是一线教师在应用信息技术时面临的挑战，同时也对学生提出了更高的要求.

2 信息技术在高中物理探究教学中应用的挑战

2.1 教师深度备课的思维重构

传统的备课往往将知识看成孤立的单元，教师会按部就班地进行备课，这是一种复述性质的备课.深度备课区别于传统备课，将知识看成是连续的、整体的结构，重视学生原有的知识和思维结构，不局限于教材的内容和思维，注意知识的内在结构和逻辑，强调新知识结构与学生原有知识结构的有机结合，是一种研究性质的备课[3].

在利用信息技术进行教学设计时，首先教师需要打破思维定势，突破教材禁锢，进行思维重构，着重分析学生的知识经验以及前概念，考虑学生的原有知识和思维特点，是否符合教材的逻辑和思维，往往会发现学生存在思维误区，因此教师应根据学生的学情和教学目标，重新设计教学活动，帮助学生进行有效的知识建构.

2.2 学生内在变化的构建

传统的教学过程中，教师注重的是知识的传达，而非学生的思维状况，学生在物理课堂上可能出现的一些新思想，以及潜在的智力火花但只能被扼杀在萌芽状态，学生思维上的阻碍往往会被忽略，强迫学生接受既有结论.

例如 在进行“力的合成与分解”教学时，我们会发现教科书上的实验探究（如图1所示），需要引导学生思考以下问题：（1）实验的目的是什么？（2）如何设计实验方案？（3）怎样保证合力和分力的作用效果相同？（4）力的大小如何测量？（5）力的方向如何确定？以上问题抛出后，对于学生来说，设计实验方案有一定的困难，且仅用高中物理3D实验室中的力的合成分解演示器，按照虚拟实验室里的步骤操作的话，相当于直接得到了结论.学生并不能体验探究过程，所以需要对探究流程重新设计.

2.3 核心素养目标的整合

核心素养目标如何整合是当前课堂教学的聚焦点，是教师课堂教学的难点.在认识上，核心素养目标应是一个整体.在行动上，在课堂教学设计、课堂教学过程中不要将核心素养目标割裂开来，应给学生一个完整的探索过程；在实际的中学物理教学中，教学目标应该体现核心素养的和谐统一，而运用现代信息技术，可以解决这一难题[4].

虽然本节内容在生活中的应用随处可见，但是对于学生而言情境模型并不明显，所以本节课将凸显模型的建构过程，通过仿真实验室，学生切实模拟整个实验操作，在探究过程中体会科学的严谨性，更能体现核心素养培育的要求.在教学中注意显化“合力与分力的等效替代的关系”，在实验探究的过程中让学生体验等效替代思想，使学生的认识由一般方法层面提升至物理思维层面.

3 信息技术在高中物理探究教学中应用的策略

3.1 开放的教学组织形式而非封闭的教学组织形式

在信息技术与物理学科教学融合过程中，往往教学环境不再是单一的普通教室，因此教师在组織教学活动的时候，就可以采取合作化教学、个性化教学、分组教学等形式.在组织这节课时，我们是在机房进行的，分组式的计算机分布，自然而然就把学生分成了8组，且有利于学生进行讨论交流，保证了生生、师生顺畅的课堂交互.同时每位学生一台计算机，保证了每个学生都能充分体验探究过程，感受思维火花的碰撞.

3.2 强调学习的过程而非学习的结果

信息技术与物理学科教学的融合，必须建立“以学生为中心”的思想，在教学活动过程中，强调学生物理思维的构建过程，让学生体验物理探究过程，而非直接告诉学生实验的结果和现象，增加学生的感性经验，从而促进学生理性经验的形成，在此过程中实现核心素养目标[5].

对于教师来说，一个力与两个力的作用效果相同，非常容易理解，但是如何在教学中显化这一现象，每个教师的选择不同.在这里，我们选择用虚拟仿真实验室里的力的合成与分解演示器，演示分力和合力的作用效果相同（如图2所示），为后面探究互成角度的两个力合成的规律做准备.

接下来，如何让学生得到平行四边形定则是个思维上的难点，利用虚拟实验室快捷方便的特点，从互成特殊角度的力的合成开始探究，到互成一般角度的力的合成，在体验探究过程中不断思考和发现，掌握从特殊情况到一般情况的研究方法，培养学生的总结概括能力，从而探究得到平行四边形定则.

3.3 师生共同活动而非教师单纯的讲授

在教学活动中应充分体现“学生为主体，教师为主导”的角色，师生交互，共同活动，教师引导学生的思维向更深更广的方向发展，通过由浅入深，由特殊到一般，帮助学生在活动中建构物理思维.

在这一节课中，当两个分力方向相同或相反时较为简单，可让学生自主探究.

（1）当两个分力方向的夹角α为90°时，每个小组按要求完成操作，并把实验数据报给教师，然后观察合力的大小的特点（如图3所示）.用力的图示法分别画出各自的分力F1、F2以及合力F.从而得到结论：当两个分力方向垂直（夹角α为90°）时，合力F=F21+F22，组成的四边形为矩形.

（2）当两个大小相等的分力的夹角α为120°时，教师利用虚拟仿真实验室演示当两个大小相等的分力的夹角α为120°时的合力特点.当两个大小相等的分力的夹角α为120°时，合力F=F1=F2，组成的四边形为菱形（如图4所示）.

（3）当两个力的夹角为一般角时，每个小组按要求完成操作（如图5所示），然后观察仿真实验室中画出的四边形有什么特点？通过前面两个特殊角的探究，学生能够自然而然地得出从特殊到一般的结论，这里的四边形就是平行四边形.

4 结语

面对信息技术与物理探究教学融合的挑战，让我们看到了解决物理探究教学难题的机遇，当然我们不能一味地追求新技术、新手段，一切还是要以学生为中心，关注学生的内在变化，让信息技术成为学生学习的服务者，成为教师组织教学活动的服务者，让我们的“教”与“学”在这个过程中碰撞出火花.

【江苏省中小学教学研究第十四期课题“基于中学物理教师信息素养提升的学科融合实践研究”（编号：2021JY14-L385）】

参考文献：

[1]董阁.信息技术与物理教学整合存在的问题及改进策略[J].中学物理教学参考，2017，46（08）：70-71.

[2]劉智勇.信息技术与中学物理学科教学整合研究[J].新课程（教研），2011（11）：124-125.

[3]任少铎.基于深度学习的深度备课——以“大气压强”为例[J].现代中小学教育，2022，38（02）：51-54.

[4]樊建军.利用现代信息技术构建开放、探究型物理课堂[J].考试周刊，2012（40）：133-134.

[5]费海明.以小见大：大概念视野下的信息技术深度备课[J].中国信息技术教育，2021（16）：36-39.