利用信息技術培養學生物理核心素養的研究

摘要：核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力.具體是指終身學習能力、合作交往能力、自主創新能力、個人發展能力以及品德修養能力.本文討論了達到這些目標的指導理論、方法、策略、實例和具體案例.

關鍵詞：信息技術；物理；核心素養

作者簡介：蔡繼新 （1979-），男，浙江桐鄉人，本科學歷，中學一級教師，主要研究方向高中物理課堂教學.

1當前高中物理教學出現的問題

當前社會信息技術正改變著人們的生活與學習方式，并使得世界各國與地區的教育開始走向網絡化、虛擬化與國際化.信息技術與物理課程的結合已經成為當前教育改革的重點內容.但我們的課堂教學中是否充分利用了信息技術，學生的物理核心素養是否得到了有效提高.

11學生對物理學科缺乏興趣

部分學生并未形成正確的學習態度，缺乏學習物理的興趣.不但不關心課堂知識，對課外內容也不聞不問.針對此現象，很多教師想盡各種辦法，激發學生內驅力，培養他們探索未知世界的興趣，但效果甚微.

12對科學知識掌握不全面

物理教材上的理論知識、科學知識以及科學信息都具備較強的應用性與綜合性，但當前物理教育僅限于灌輸理論知識，且主要通過講、背、練等方法進行記憶.課程中并未融入信息技術，對現代高科技的發展情況也了解甚微，尤其是對近幾年國內、國外的先進的科技信息成果缺乏了解，未將知識與生活實際進行聯系.

13學生科學思維及實驗探究能力較差

部分學校缺乏完備的實驗資源，學校領導及教師對實驗教學不夠重視，教師很少組織學生到實驗室進行實驗，所謂的實驗室只能成為一個擺設.且實驗評價體系完全脫離新課改理念，過分注重實驗應試教育而忽視了實踐操作功能，以致學生的實踐動手能力較差，科學思維以及探究能力等核心素養得不到有效培養.

2信息技術與物理核心素養理論基礎分析

21信息技術

信息技術從狹義方面看，它主要將信息技術等同于計算機技術，且是計算機與通信技術的結合體，在某種層面上也是計算機技術、通信技術以及控制技術的全面結合；廣義層面的信息技術指的是完成信息獲取、傳遞、加工、再生以及使用等功能的技術.而課題中的信息技術主要指的是計算機多媒體技術以及網絡技術的綜合體.

22物理核心素養

高中物理核心素養是在物理教育過程中逐步形成的，是適應個人學習、社會發展所需要的科學知識、科學情感、態度以及價值觀念等方面的表現，在學習過程中，學生會自主的表現出物理特征的品質.且學生物理核心素養的發展主要遵循以下三個方面：一是物理核心知識，也是物理教學中使用的核心概念、核心規律、物理實驗以及重要的思維方法等；二是物理的核心學習能力，此處指的是學生的推理能力、分析能力、理解能力以及綜合能力等，表現出了學生利用數學工具解決物理問題及物理實驗的能力；三是物理科學品質，即學生對物理學科所秉持的興趣、態度、價值觀念以及具備的合作意識等.在以上三個層次中，核心能力與科學品質才是物理教學中最為本質的核心素養.

培養學生的核心素養是教育教學的一個重要環節，也是學生在校期間的終極發展目標.能否通過各種途徑、方法培養學生的核心素養，是檢驗教育教學成功的關鍵之一.

23國內外利用信息技術培養核心素養分析

國外已引進了大量的信息技術手段應用于物理課堂，多媒體、計算機、互聯網以及虛擬的活動場景都開始走進物理學習生活中，以學生為主的教學活動正走進高中物理課堂.很多歐洲國家的物理教學將大多時間與精力關注于物理實踐教學，老師、家長、學生等都認為實踐態度才是最為重要的因素，因而會將一半的課堂時間應用在實踐活動上，特別重視物理實踐課程.

馬利明認為要以思維方法和品質為抓手，培養學生物理核心素養：引導有目的猜想與聯想，提高發散思維能力；發揮類比與變式的作用，克服消極思維變式；以表象為中介，促使概念圖象化、符號化.

鄭志湖認為利用現代教育技術開發實驗資源，改變育人模式，促進學生自主、探究、合作學習和知識建構，提升學生物理核心素養.主要創新物理實驗室建設以滿足學生選擇性學習和個性化發展需求為目的，對高中物理實驗課程群和物理實驗資源建設進行整體頂層設計.構建基于問題解決的綜合性實驗教學和開放性實驗資源，形成與高中物理銜接的選修、競賽、大學先修、現代物理技術實驗課程資源.

然而國內學者主要是由理論層面解釋如何利用信息技術培養學生的物理核心素養，很少有結合實際教學過程進行描述，這樣的教學被局限于固定的模式中，忽視了實際教學.

本文將結合高中物理課堂實踐教學，最新的教育動態，利用信息技術改變現有的教學模式，并重新定義了教學步驟，使學生可以積極主動地參與到教學模式中，以切實提升學生自身的物理核心素養水平.

3利用信息技術培養學生物理核心素養方法策略

31利用信息技術培養學生物理學習興趣，激發學生求知欲.

案例1在《探究平拋運動的規律》一課的教學設計中，教師在聯系實際生活的基礎上，提出物理問題.教師利用平拋小游戲（圖1）引入課程，確定活動主題為“請你來當飛行員”，飛機投彈是較為典型的平拋運動事例.課堂導入中僅憑借教師語言進行描述，無法激發學生的求知欲，此時可以利用多媒體軟件播放1945年美國轟炸機突襲日本的史料，激發學生好奇心理.期間教師提問：如果你是執行任務的飛行員，在歷盡千辛萬苦之后，終于發現了敵人兵工廠，那么距離多遠才可以擊中目標呢？創設情境之后，接下來，教師開始充分使用網絡資源進行授課的方法，向學生提供學習網頁，使其自主選擇平拋運動的視頻、圖片以及動畫等內容，以加深他們的理解程度，進而為此后的研究規律打下堅實的基礎.

隨著教學的逐步深入，教師的問題還可以再進一步加深：“如果你的任務是擊中動態目標，比如行駛中的汽車、逃逸的小船等.此時教師可以利用信息技術，在電腦上播放小游戲——飛機炸船.讓學生到前面看誰能炸到正在逃逸的小船，學生基本很難炸到逃逸的小船，此時教師示范，百發百中，這個小游戲又一次將課堂氣氛帶入高潮，那么預投距離應該怎樣計算？”讓學生通過計算，并再次進行游戲，此時學生興趣更濃了，再一次激發學生的學習興趣.

32運用信息技術創設情境

教師是物理學習的引導者，在物理教學設計上應恰到好處地運用信息技術，利用所學的知識探究其規律，在教師的引導下有序進行探究過程，培養學生學科品質和科學精神、創新精神.

案例2人教版必修1第四章第七節《超重和失重現象》教學片斷.

（1）教師提出問題：在失重現象中，如果加速度為重力加速度，則視重為多大？

（2）學生思考回答：此時視重為零（教師利用電腦視頻播放事先錄制好的視頻論證）

（3）教師歸納總結：當物體以重力加速度豎直加速下降時，物體對懸掛物的拉力（或對支持物的壓力）為零，這就是“完全失重”現象.

（4）教師提出問題：將兩本字典疊放在一起置于手掌上，手突然撤去，兩本字典下落，字典間存在彈力作用嗎？

（5）學生思考回答：假設存在彈力，根據牛頓第二定律分析得到，處在上方的字典的加速度的大小小于重力加速度，處在下方的字典的加速度的大小大于重力加速度，在這種假設前提下，兩者下落過程應當分離，且距離越來越大，然而假設與實際情況相悖，故假設錯誤，因此字典之間不存在彈力，彈力為零.兩者處于完全失重狀態，一起做自由落體運動.

（6）教師引導：太空中宇航員處于什么狀態？他們如何在太空生活？觀看天宮二號陳冬、景海鵬生活視頻（圖2）.

（7）教師提問：電影中是否有完全失重的場景？

（8）播放成龍和金喜善主演的電影《神話》完全失重片斷（圖3）.

引導學生設計恰當的學習活動，學生進一步激活探究所需的先前經驗，引導學生實現物理課程資源的超水平發揮.同時利用信息技術激發學生的學習積極性，幫助他們在自主探索、合作交流的過程中，真正理解和掌握基礎知識、基本技能.當然教師在教學中引導的內容不僅僅是方法和思維，更重要的是做人的價值，如堅強的毅力，明辨是非的能力，積極向上的精神等核心素養.

33積極開展物理探究實驗活動，增強學生的感知能力，培養學生形成科學意識與科學能力

探究實驗能使學生投入到活動中去自己發現問題、積極開展探索、讓學生在質疑探究過程中提高運用知識解決問題的能力.在平時的教學中我們設計過很多創新性探究實驗，如探究合力與分力的關系實驗，探究加速度與質量、力的關系實驗，探究小車速度隨時間變化的規律實驗，探究作用力與反作用力關系實驗，探究彈性勢能的表達式，探究功與速度變化關系實驗等.通過學生之間的合作探究，不僅使他們相互啟發，相互彌補知識的缺陷，而且調動思維潛能，經歷模型建構、科學推論、科學論證、質疑創新等活動，有效地培養學生批判性思維和探究能力、推理能力及提取信息能力等.

案例3探究作用力與反作用力關系片斷.

（1）新課引入

教師通過電腦播放趙本山小品《賣拐》視頻，提出問題：小品中范偉的腳為什么麻了？引出作用力和反作用力概念.

學生舉例：男同學之間掰手腕，鼓掌，拔河比賽等，進一步強化作用力和反作用力概念.

（2）實驗探究

教師提供實驗器材——彈簧秤兩把、橡皮筋兩根.

師：用什么實驗來探究呢？需要什么器材？

生：彈簧測力計.

師：拿一個彈簧測力計，用手拉秤鉤，彈簧測力計讀數反映的是誰對誰的力？

生：手對彈簧測力計的拉力.

師：手對彈簧測力計的拉力可在彈簧測力計上顯示出來.請問，彈簧測力計對手有拉力嗎？如何表示出來？能否顯示力的大小？怎么辦？

生：將兩個彈簧測力計對拉.

師：如何使用及注意些什么？

生：調零，水平對拉，沿桿施加拉力，注意量程.

師：（4人一組）每組發彈簧測力計2把、橡皮筋1根，請學生自行實驗 .

探究1作用力和反作用力大小關系.

用手拉橡皮筋，體會感受兩只手受到的拉力大小.初步結論.

A彈簧測力計主動拉B彈簧測力計，B彈簧測力計主動拉A彈簧測力計，觀察兩彈簧秤讀數大小.（結論略）

探究2作用力和反作用力方向關系.

兩個彈簧測力計對拉，觀察拉力方向.

討論與實驗.

再次觀察兩個彈簧測力計水平對拉，豎直對拉，傾斜對拉，拉力方向關系.（結論略）

用一根彈簧測力計拉一個橡皮筋，觀察各自拉力方向.（結論略）

探究3作用力和反作用力還有其他什么特點？

作用力與反作用力哪個先？性質一樣嗎？效果能抵消嗎？你還有什么辦法得出結論（可根據學生自己準備的器材試驗并得出結論）

探究科學，熱愛科學，提高學生的科學素養是物理教學的目標.因此在教學中，教師要通過營造良好的氛圍，激發學生開展科學活動，發揮學生的主動性，選擇學生熟悉的，最感興趣的事物，經過教師的精心設計，讓學生進行動手操作、動腦思考，參與到探究科學的全過程，充分發揮學生的聰明才智，掌握科學概念、學會科學方法、形成科學意識、全面提高學生的科學能力.

4結束語

物理核心素養存在多種不同的培養方式，除了利用信息技術及實驗設計之外，還可以通過習題設計、課外活動、小組合作學習以及校本課程開發等多種方式進行展開.相信不久的將來，信息技術一定可以被廣泛應用于物理課程中，學生的核心素養也會得到大幅度的提升.

參考文獻：

[1] 董國偉高中物理課堂教學常見問題及對策分析[J].新課程（中旬）2013（06）

[2] 鄭志湖物理實驗教學中激活學生探究欲望[J].物理教學2016（03）

[3] 馬利明也談物理核心素養的培養[J].教育研究與評論2016（07）

[4] 廖伯琴我國選拔性考試對高中物理新課程實施的影響[J].物理教學探討2013（01）