信息技術融合物理教學的途徑

陳穎

【摘 要】 落實學生學科核心素養是課程教學的重要任務，在課堂教學中促進學生核心素養的生成是一線教師關注的焦點話題，本文以高中物理課堂教學為探究載體，以“傳感器、幾何畫板、數據處理軟件”融入物理教學為案例，重點探討信息技術融合物理教學的有效途徑，進而實現學科核心素養的有效落實，希望能夠給教育同仁帶來一些幫助.

【關鍵詞】 高中物理;核心素養;信息技術

隨著信息技術的不斷發展，學科教學與現代信息技術的融合直接影響著課程教學的效率與質量.《普通高中物理課程標準（2017年版）》明確要求：“利用現代信息技術，采取多元化的教學方式，提升學生分析問題、解決問題的能力”.顯然，信息技術與物理學科教學的融合是課程發展的必然要求，是改變教與學的方式、提升學生核心素養的重要手段.本文筆者根據教學實踐，借助于典型案例的有效分析，闡述信息技術與物理教學有機融合的重要方法，以饗讀者.

1 傳感器融入物理實驗，提升學生實驗探究能力

物理是一門實驗型自然科學，物理實驗是探尋物理規律、培養學生科學思維能力的重要載體.在科學技術相對比較落后的年代，有些物理規律和結論的發現是實驗無法直接完成驗證，但數字化先進儀器（傳感器）能夠精準的測量微小量及微小變化量，這使得很多物理實驗驗證物理規律與結論的可能性大幅提升.因此，物理教師可以根據實際需要，引導學生利用傳感器進行實驗設計，實施以前難以完成的實驗探究，進而提升學生科學探究和科學思維的能力.

例如 在理想氣體狀態方程教學時，根據課本教材可知，由于當時實驗條件的限制，克拉珀龍方程（理想氣體狀態方程）是理論推導得出的規律，無法進行有效的實驗驗證;物理教師可以引導學生利用先進的儀器設計實驗進行驗證，如圖1所示，氣缸中氣體溫度變化由玻璃罐中水溫變化控制，活塞連桿運動改變氣缸中的氣體體積，體積標度桿、壓強傳感器、溫度傳感器分別呈現氣體體積、壓強和溫度的數值.實驗中改變三個狀態參量（溫度、體積、壓強）得出實驗具體數據如下：

根據表格數據可以看出，對于一定質量的氣體PV/T為一定值，說明理想氣體狀態方程的正確性.顯然，利用現代信息技術（傳感器）進行物理實驗，能夠有效突破常規工具測量的限制，充分展示傳感器的優越性，促進學生思維能力和實驗探究能力的提升.

2 幾何畫板引入物理教學，提升學生科學思維能力

物理與數學之間存著密切的聯系，平面幾何與物理中光學、電磁學等關系甚密，在教學實踐中，借助于幾何圖形處理抽象的物理問題是一種行之有效的解題方法;物理教師可以引導學生利用數學學科中的幾何畫板進行作圖，有助于提升解題效率，有助于學生科學思維能力的提升.

例如 凸透鏡成像是中學物理課程教學內容之一，人眼中晶狀體成像本質為凸透鏡成像規律，在教學中不少學生難于理解此類問題，物理教師可以引導學生進行親手操作，利用幾何畫板軟件進行操作，呈現人眼中晶狀體成像規律，學生根據圖2所示的圖像進一步熟悉人眼看清物體的本質.人眼看物體時的距離和晶狀體的焦距是變化的，若像在視網膜上表明人清楚看見物體，若晶狀體焦距變化范圍不大，就會導致成像在視網膜的前方，當看近的物體能夠滿足像在視網膜上，但是對于遠處的物體成像就不能落在視網膜上，這樣就形成近視.此情況下，我們可以利用近視眼鏡（凹透鏡）進行作圖矯正，重新將像落在視網膜上.此番動態作圖操作過程，形象化的呈現透鏡成像規律，實現抽象向形象的轉化，有助于學生科學思維的培養.

3 數據軟件用于物理問題，凸顯物理思維品質與素養

數學是一門工具型學科，數學知識在物理課程教學中的應用十分廣泛，多數物理學家同時也是數學家，數學規律的有效運用是發現物理規律的重要途徑.實踐表明，在某些物理問題中涉及比較復雜的數學運用，對于高中學生的數學知識，難以完美解決此類問題，學生對物理知識本質和物理規律的理解難以透徹，有時候甚至出現錯誤的判斷.物理教師可以靈活引入數據處理軟件，對復雜的物理表達式進行數據演算處理，有時候可以獲得意想不到的效果.

例如 如圖3所示，在力水平恒力F作用下整個裝置處于靜止狀態，劈形木塊和小球的質量均為為m，斜面的傾角為300，長為L的細繩與斜面平行，當撤去F后劈形木塊向左運動，試求：當小球與斜面分離時細繩與豎直方向之間的夾角為多少？

物理教師引導學生進行協調分析小球及斜面運動情況，讓學生知道小球和斜面在垂直于斜面方向上的速度相等是兩個物體分離的臨界條件，如圖4所示，當撤去外力F后至兩者分離這一過程中，小球和斜面組成的系統機械能守恒，根據分析可知，v1cos（θ-300）=v2cos600，mgL（sinθ-sin300）=12mv21+12mv22;則v22=2gL（sinθ-sin300）1+1/4cos2（θ-300），根據運動性質特點，小球與斜面分離時斜面速度達到最大值，但是此時是比較復雜的三角函數表達式，高中階段的數學知識進行求解是比較困難的，可以說無法求解;在實際教學過程中，不少學生糾結與小球與斜面分離的位置，不少學生認為小球在最低點與斜面分離，也有部分學生認為不在最低點，但是又無法準確解釋具體的位置，主要因素是無法利用現有的數學知識進行求解最值;這里物理教師可以引入數據處理軟件MATLAB編程求解1/v22的最小值，此時對應的角度θ即為所求.具體的命令代碼為：>>[x，～]=fminbnd（‘（1+1/（4*（cos（（x-30）/190*pi）^2）））

/（sin（x/180*pi）-sin（30/180*pi）），30，90）;則x=73.5983，即為小球與斜面分離時細繩與水平天花板的夾角.顯而易見，利用數學處理軟件能夠有效解決極值求解問題.

復雜的數學運算有時候直接影響學生對物理問題的判斷，從教學實踐來看，復雜的數學運算題經常出現于物理學科競賽試題之中，物理教師引導學生認識到數學處理軟件的強大功能，對于學生進一步深入探究物理問題起到一種促進和推動作用.

4 結語

信息技術與物理學科教學的有機融合，是信息化教育教學發展下的必然要求，在實際教學中，投影儀器、幻燈片、幾何畫板、電子白板……等都是信息技術融合學科教學的硬件措施，對一線教學的教師而言，物理教師應該引導學生認識信息技術硬件和軟件的具體作用，引導學生進行問題的自主探究，促進學生科學思維與探究能力的提升;對于高中學生而言，在物理課程學習過程中，應該熟悉信息技術與課堂融合的實效性;大量的實踐表明，在高中物理課堂教學過程中，有效融入信息技術進行教學呈現，有助于提升學生物理學習的興趣，有助于優化課堂教學環節，有助于提高課堂教學的效益，有助于促進學生學科核心素養的生成與發展.

參考文獻：

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[2] 李友興.凸顯學科核心素養的高中物理教學實施路徑研究[J].物理教學探討，2020（7）：12-18.