高中信息技术与物理学科教学的融合路径探究

【摘要】信息技术与物理学具有相互支撑、相互促进的关系，物理学为信息技术的发展提供了物理领域的基础知识，拓宽了信息技术的应用范围，信息技术也为物理学知识、原理的“物化”提供了载体，体现出物理学的实用价值.在提倡跨学科学习的教育环境下实现信息技术与物理学科教学的融合是提升教育教学质量的应有之义.本文简要论述高中信息技术与物理学科融合的重要价值，分析高中信息技术与物理学科教学的融合难点，重点从课前资料搜集、物理模型建构、物理实验模拟、物理实验数据处理、项目式学习五大方面阐述高中信息技术与物理学科教学的融合路径.

【关键词】信息技术；高中物理；跨学科融合

“跨学科融合”是当前高中教育领域热议的话题，旨在通过跨学科知识、思想方法、育人机制、育人资源等的深度融合突破传统单一学科教学的桎梏，培养学生更加开阔的视野，提升学生跨学科综合能力与科学思维素养.虽然当前高中教师对跨学科融合予以高度重视，但由于物理与信息技术学科的属性、内容、教学方式等不同，所以教师很难在实际教学和活动开展中找到两门学科的结合点，对信息技术的渗透和应用力度较低，难以充分发挥信息技术与物理两门学科相互支撑、相互促进的作用.面对此种情况，如何在信息技术与物理学科教学之间找寻共同的育人目标，挖掘两门学科的契合点并有侧重、有效果地开展好跨学科学习活动成为教师需要思考和解决的问题.

1 高中信息技术与物理学科教学融合的重要性

学科整合是新课改背景下物理学科与信息技术学科教师共同关注的问题，与传统的单一学科教学相比，信息技术与物理学科教学的融合可以为学生提供多领域、多学科、开放性的学习资源，让学生以更加包容的态度面对纷繁复杂的社会科学现象，深入且辩证性地思考科学技术发展对社会、个体的影响，培养学生理性客观的科学态度，增强学生的社会责任感，对于培养学生的科学素养具有重要价值.不仅如此，信息技术与物理学科教学的融合为两门课程的教学育人提供了新思路，对于物理学科教学而言，教师不仅可以将信息技术作为物理教学的辅助工具，而且可以挖掘学生在信息技术方面的潜力，鼓励学生运用多种多样的信息技术工具、电子软件、数字化学习资源等探索物理规律、建构物理模型.在此过程中，学生明显提升了自己的信息技术素养，探索出适合自己实际情况的物理课程数字化学习方法，大幅度提高物理学习水平和学习效率，对于促进自身全面、个性化发展大有裨益，并且有助于综合提升信息技术与物理学科教学质量［1］.

2 高中信息技术与物理学科教学的融合难点

在高中物理学科教学中融合信息技术最大的难点便是如何找准两门学科d6680ca18af9d80e584caa5a78b3fbc5f52fbd1d4da67af7023316567cd8d9b3的结合点.目前，大部分高中物理教师都能够认识到信息技术与教学的融合价值，并且积极探索基于信息技术的物理教学新模式、新方法，但对于信息技术的融合停留在“教”的层面，即单纯地将信息技术作为呈现物理知识、演示物理实验等的工具，未能真正将信息技术学科的知识、思想方法等渗透到物理教学中，出现这种现象的主要原因是大部分物理教师缺乏信息技术应用能力，不知道如何在物理教学中指导、启发学生运用信息技术来简化学习流程、丰富学习资源，再加上信息技术学科内容较为复杂，实践性和理论性较强，使得教师在日常教学中融合信息技术的难度较大，制约了两门学科的整合与跨学科教学，难以充分发挥出两门学科相互支撑、相互促进的作用［2］.

3 高中信息技术与物理学科教学的融合路径

3.1 借助信息技术自主开发物理学习资源

物理课程标准强调物理课程内容要与现代社会以及科技发展产生密切的联系，注重培养学生正确的科学观念和社会责任感.信息技术课程标准强调要培养学生的数字化学习与创新能力，为学生提供开发数字化学习资源、管理自身学习过程的机会.从物理课程与信息课程的改革方向来看，两者都强调课程与社会现实和学生生活的关系，注重提升学生对信息化、数字化时代的适应能力，让学生学会自主学习、终身学习.所以在物理学科教学中教师可以将开发学习资源的主动权交给学生，鼓励学生运用所学的信息技术工具、思想方法来整合优质并且适合自己的数字化学习资源，在保证学习资源与学生需要相匹配的同时提升学生的数字化学习能力、终身学习能力.

例如 “质点 参考系”一课教学前布置“数字化资源筹划”任务，请学生运用所学的信息技术知识、技能从多种网络平台上搜集与物理课题相关的资料，可以是相关物理史料，质点模型在物理研究中的应用案例等.学生通过阅读物理教材初步了解本节课的重点内容，参与到物理学习资源的筹划之中，运用所学习过的信息技术知识从数据中获取对自己有价值的信息，培养学生的物理观念并锻炼学生的信息技术工具应用能力，在促进学生自主预习的同时实现信息技术与物理学科教学的融合［3］.

3.2 依托信息技术建构物理模型

物理模型是对客观现实的抽象反映，是学生经过抽象、概括、总结归纳等一系列思维活动在客观表象中探寻事物本质属性、内在联系和发展规律的最终思维结果，更是学生解决物理问题所必备的要素.建构物理模型对于高中学生学习物理课程至关重要，但是高中学生的科学思维能力、抽象思维能力有限，难以在客观表象和物理本质之间建立关联.面对此种情况，教师可以将信息技术与物理学科教学相结合，为学生建构物理模型提供工具、搭建“脚手架”，帮助学生逐步掌握建模的基本思想方法，为学生运用模型解决实际问题奠定坚实的基础.

例如 在“光的折射”一课教学中，运用信息技术呈现光从空气斜射到光滑平整表面后的反射光线，采用直观的方式帮助学生回顾所学光的反射知识，调动学生已有的知识经验.在此基础上由学生亲自实验，探究光从空气射入水中的光线传播方向，拍摄照片.实验结束后借助信息技术将照片投射在大屏幕上，引导学生结合光的反射模型对光的折射模型中的分界面、入射光线等模型要素下定义.最后，请几名学生上台，运用所学的信息技术知识演示光的折射模型的建立思路和基本步骤，在培养学生建模意识、发展学生科学思维能力的同时引导学生将信息技术作为学习辅助工具，提高学生对信息技术的利用率.

3.3 运用信息技术直观呈现物理实验现象

学生对物理课程的学习建立在观察以及直接感知的基础之上，学生唯有积累充足的感性材料以及直接感知经验才能够对事象的本质、属性和特征产生理性的认知.物理是一门以实验为基础的学科，物理学家在研究物理现象时通过实验来搜集证据，对自己的猜想进行证实或证伪，由此推动物理学成果的不断积累.物理新课标突出了物理实验的重要性，但由于实验条件有限，课堂时间不够充足，学生缺乏实验操作的机会，难以在实验中反复观察实验现象并得到结论.对于此种情况，教师可以将信息技术和物理实验教学相结合，将那些难以操作或演示的实验转化为直观的实验现象，引导学生在观察中“发现”物理规律，培养学生的科学探究能力和信息素养.

例如 在“简谐运动”实验教学中，借助信息技术创新实验操作方式：用数码相机拍摄弹簧振子的运动路线，分帧后得到每一帧照片.学生运用Python语言编写视频信息分析、处理和加工程序，对视频进行切片和抽帧处理，再将所获得的抽帧图片进行合成，得到弹簧振子运动图象.对于高中学生而言，运用Python语言编程较为简单，学生也在“数字化”物理实验中直观感受到简谐运动的特征，既可以增强学生对物理实验的兴趣，又能够培养学生信息技术学科核心素养［4］.

3.4 利用信息技术处理分析物理实验数据

在传统的物理实验教学中，教师注重对实验现象的分析和推论，对实验数据的处理分析有所忽视.学生对物理规律的探究离不开对实验数据的推演，但由于实验数据之间的数量关系较为复杂，计算量较大，导致教师在教学中更加倾向于直接展示物理公式，在这种情况下，学生不能完整经历数据推演和实验探究过程，其体验感也会降低，不利于发展学生的科学思维.鉴于此，教师可以将信息技术和物理实验数据处理相结合，引导学生结合所学的数据计算方法来分析、处理实验数据，从中获得更加客观、深刻、准确的实验结论.

例如 在“探究速度与力、质量的关系”实验教学中，引导学生根据教材实验方案和教师的提示组装好实验器材，以小组为单位进行实验操作，由小组成员选取并利用自己熟悉的信息技术工具来搜集、整理实验数据，分别表示时间、力、加速度的数值，结合“程序设计基本知识”“数据分析”等信息技术课程内容，通过多种方式找出受力与运动速度之间的定量关系，利用数据计算方法计算出某一物体在一定外力作用情况下的速度，并与所整理的实验数据相对比，对物理模型进行修正并分析误差成因.最后，利用数据的可视化处理工具绘制力和加速度的散点图，质量与加速度的关系图象，直观感受速度与力、质量之间的关系.通过将信息技术和实验数据处理、分析相结合，可以培养学生从客观表象中抽象概括物理模型、物理规律的思维能力，也能够增强学生的计算思维.

3.5 结合信息技术进行项目式学习

物理学科和信息技术学科都注重培养学生的社会责任感，倡导将社会科技议题以及科学前沿融入教学当中，将社会问题、社会现象等转化为学生的学习“项目”，通过项目式学习培养学生开阔的科学视野、正确的科学精神、良好的科学素养以及跨学科综合能力.在物理学科教学中，教师可以将项目式学习作为物理与信息技术课程的融合点，选择与社会现实和学生生活紧密联系的项目，注重项目的趣味性和贴近性，并指导学生以“项目团队”为单位，经历项目方案设计—项目方案执行—项目成果展评等项目式学习环节，培养学生的核心素养.

例如 在“实验：探究平抛运动”项目式学习活动中，项目主题为：请你来当飞行员，创设“空投物资”情境.先利用信息技术拍摄物体做平抛运动的视频，将物体看做质点后利用相应的软件构建质点平抛运动模型，将物体运动轨迹进行逐帧分解并简化，引导学生观察物体在水平和竖直方向的运动轨迹以用速度—时间图象，帮助学生认识平抛运动的特征.在此基础上进行“请你来当飞行员”项目式学习活动，由学生通过简单的编程来制作抛投物资小游戏，模拟真实的飞机飞行高度、速度以及抛投位置，利用自己发现的平抛运动的规律来计算出飞机与抛投位置距离多远时自动投放物资能够保证将物资抛投到指定地点.同时，考虑空气阻力，尝试对物理模型进行修正，让学生认识到理想化模型与现实之间的差距，进一步发展学生的科学思维能力，让学生感受到综合利用信息技术和物理学知识、思想方法来解决实际问题的乐趣.

4 结语

高中信息技术与物理学科教学的融合对于培养学生的核心素养，提升两门学科的教学质量具有重要价值.物理教师与信息技术教师需要加强合作、沟通，共同探寻两门学科的结合点，在物理教学中发挥好信息技术的优势，引导学生利用自己所学的信息技术课程内容和实操方法来建构物理模型、处理实验数据.同时，通过开展项目式学习活动加深两门学科的融合，综合锻炼学生的物理探究能力和计算思维，为学生的全面发展创造条件.

【本文系甘肃省教育科学“十四五”规划2022年度一般课题，《中学信息技术与物理学科交叉融合的校本化实践》阶段性研究成果，课题立项号GS［2022］GHB0869】

参考文献：

［1］张立蓉.信息技术在高中物理教学中的运用［J］.中学课程辅导，2024（09）：117-119.

［2］孙中强.创新教学方法在高中物理课堂中的应用与实践［J］.数理天地（高中版），2024（06）：37-39.

［3］叶家春.信息技术与高中物理教学整合的实践与思考［J］.高考，2022（10）：123-125.

［4］顾建荣，江山.利用信息技术提升物理实验探究的效能［J］.中小学信息技术教育，2022（Z1）：143-146.