數字化實驗和智慧課堂的高中物理探究式教學模式研究

【摘要】在高中階段的物理教學中，部分物理課堂已經實現運用數字化實驗和智慧課堂開展教學活動的舉措，并取得了顯著的教學效果.在數字化實驗和智慧課堂結合的物理課堂上，學生不僅可以獲得個性化的學習機會，還能夠自主操作物理實驗，這對學生探究能力的培養有積極意義.本文從三個階段“預習探索階段、規律探究階段、拓展聯結階段”入手，分析如何開展基于數字化實驗和智慧課堂下的高中物理探究式教學.

【關鍵詞】智慧課堂;高中物理;探究式教學

在高中物理教學中，實驗是學生學好物理知識、有效應用物理知識的重要基礎，但傳統課堂由于受到客觀條件的限制，使得許多物理實驗無法進行展示，這就限制了學生對物理知識的學習.而在當下的教育環境下，信息技術已經普及高中課堂，教師可以運用數字化實驗和智慧課堂的方式，帶領學生探究物理知識，開展探究式物理教學，從而有效提高物理課堂的教學效率與教學質量.

1 數字化實驗的定義、構成與特點

應用在物理課堂中的數字化實驗是指，在教學中借助對傳感器與計算機等新型數字化技術的使用，進行物理實驗展示，并進行相關實驗數據的采集與分析，從而獲得完成實驗內容的一種實驗教學模式.根據相關研究顯示，數字化實驗的實施是由實驗環境、傳感器、數據采集器、計算機四個部分組成，且這四個部分相互連接、缺一不可.傳感器是將非電信號轉換為電信號，而數據采集器則是將電信號轉變為數據信號，并存儲到計算機中，最后借助計算機中的配套軟件進行數據處理，完成可視化的過程.數字化實驗具有定量化、可視化、反復學習、及時保存與導出等特點，這些特點的存在使得數字化實驗的應用具備傳統實驗不具備的優勢，能夠提高物理課堂的教學效率[1].

2 智慧課堂的定義、構成與特點

智慧課堂是指，在物理課堂上，借助對智能技術的運用，將學習數據、學習資源與素材、學習活動等內容融為一體，讓學生可以在一體化的智能環境中進行個性化學習，而教師則可以進行精準教學的一種新型課堂教學形式.智慧課堂教學模式下的物理課堂，注重對學生核心素養的培養，讓學生可以在智能手段的輔助下，實現可視化學習、個性化學習、高效化學習.在智慧課堂中，教師開展的教學活動可以突破時空限制，做到教學資源及時共享、教學反饋及時推送，能夠讓學生感受到智能手段對物理課堂的優化與創新.同時，借助對智能手段的運用，學生會有更高的學習興趣、更積極參與物理教學，實現高效學習.

3 基于數字化實驗和智慧課堂的高中物理探究式教學的實施策略

3.1 預習探索階段：通過微課情境，引導學生自主預習

預習探索階段是學生初步認知新知識、了解新知識的階段.在此階段內，教師可以采用情境創設的方式，引入學生進行自主預習活動.而情境的打造，需要教師將新知識內容以微課形式進行錄制，并在微課中展示具體的數字化實驗內容，進而提高學生的自主預習效率與效果[2].

例如 以人教版物理必修1第四章第1節“牛頓第一定律”為例.在預習的過程中，學生需要完成三個具體學習目標認知：伽利略理想實驗及其推理過程、了解牛頓第一定律的內容及意義、認識慣性及慣性相關的現象.基于此，教師需要將相關知識點內容以數字化實驗的形式錄制成微課，供學生進行預習學習.在設計內容的錄制形式時，可以采取“實驗問題+理論認知”的形式，這樣學生在預習時，便可以先進行物理問題的思考，而后再進行理論的理解與記憶.如在理解理想實驗時，教師可以先提出問題：在馬拉車現象中，我們會發現，當馬拉動車子時，車子便會前進，如果馬停止用力，車子也會停下來.那么根據該現象，是否可以說明只有當力作用在物體上，物體才能運動？而且為什么當馬不拉車行進時，車子會停下來呢？在該實驗問題后，教師會給出思考答案，即需要學生理解的知識點：關于阻力的作用，并借此引導學生預習教材中關于伽利略的理想實驗內容，讓學生進行進一步的思考.再如認識慣性時，教師可以結合“坐公交車時，當車突然啟動或突然停止時，人會明顯前傾或后傾”的現象，引導學生思考，并引導出慣性以及慣性與質量的知識點，從而讓學生實現對該現象的深入認知.

在上述微課情境中，教師借助對“實驗問題+理論認知”的設計，為學生提供了良好的自主預習環境，且學生可以按照“先現象、后理論”的認知順序，完成對新知識的預習，做到有效了解新知識、準確掌握重點知識，為后續的深入學習做好準備.

3.2 規律探究階段：通過物理實驗，引導學生應用實踐

3.2.1 結合具體現象，積極提出思考問題

在該階段的學習中，結合具體現象提出思考問題，是對學生思考能力、問題發現能力、提煉能力等多種能力的鍛煉，是學生實現有效學習物理知識的重要基礎.在引導學生提出思考問題時，教師需要在學生已經預習的基礎上，更新現象內容，讓學生結合自己的預習成果，嘗試提出思考問題，而教師則需要幫助學生把控問題的有效性.

例如 以人教版物理必修1第三章第1節“重力 基本相互作用”為例.在本次課程學習中，學生需要完成對力的概念、作用效果、性質、三要素以及重力的定義、產生條件、三要素等知識的學習，并了解基本相互作用知識.首先，教師需要借助對智慧工具的運用展示具體現象.在認識力的概念時，教師展示了人們用腳踢足球、守門員攔足球等運動場景，而學生則需要從中看到與課堂相關的問題，即足球的運動狀態發生了怎樣的變化？接著，教師繼續展示生活中的現象：如撐竿跳運動中，運動員在進行跳躍時，被壓彎的撐竿；如北方下大雪時，厚重的雪落在樹上，使得樹枝被壓彎.根據上述現象，學生可以提出的問題，即為什么撐桿、樹枝會被壓彎？其形狀的變化與哪些因素相關？在思考這些問題時，學生便能夠根據現象中出現的元素聯系到本次課程要學習的內容，從而對問題形成初步的認知.如撐桿彎曲是因為人與擋桿的臺子對撐桿施加了一定的力，而樹枝被壓彎是厚重的雪對樹枝施加了力.在此基礎上，教師可以引導學生進一步學習關于力的知識內容，并借助對力的知識的學習，進一步理解上述生活現象，知曉撐桿，樹桿被壓彎的過程中都受到了哪些力的作用，從而實現對力的知識的掌握.

3.2.2 設計實驗流程，進行有效問題探究

在完成對現象的初步認知后，教師便可以帶領學生進行下一環節的學習，即根據對具體現象的分析，設計實驗流程，完成對物理知識的深入學習.在上文的分析中，學生可以認識到物體相互作用力或重力的影響，物體的運動狀態或形狀會發生改變.基于此，為了讓學生對該部分的知識點做到進一步理解，教師需要引導學生借助物理實驗完成知識的探究.

例如 以人教版物理必修1第三章第1節“重力 基本相互作用”為例.為了進一步了解重力、相互作用力的內容，學生可以在教師的指導下進行物理實驗.在進行關于重力的實驗時，學生可以運用砝碼、彈簧秤進行實驗操作.在操作中，學生需要記錄下未施加砝碼時，彈簧秤的數值.而后，依次在彈簧秤上增加50g砝碼、100g砝碼、150g砝碼，并分別記錄下此時彈簧秤的數值.在該實驗中，學生會發現，當施加的砝碼重量越大時，彈簧秤受到的重力便越大，其數值也越大.此外，學生還可以借助實心球完成“重力的方向是向下的實驗”.具體而言，學生可以用繩子固定好實心球，并將其分別掛在與地面垂直的物體以及與地面不垂直的物體上，以此理解重力作用的方向是向下的知識點.在引導學生親自完成實驗后，教師可以借助智能工具，為學生展示生活中對重力知識的運用，如利用水平儀測量物體是否水平、利用重垂線校準墻壁是否豎直等，以此引導學生實現對重力知識的深度理解和掌握.

在上述教學過程中，教師是借助對具體實驗器材的使用，帶領學生進行實驗體驗，從而完成對課程知識的認知與理解.同時，教師還可以借助對數字化實驗智慧課堂的運用，帶領學生進行深入的學習，了解重力、基本相互作用等知識在生活中的實際運用，以及運用原理，讓學生能夠深入掌握.

3.3 拓展聯結階段：通過課后總結，鞏固物理知識基礎

當課程進入到該階段，便意味著教學即將進入尾聲.那么，在本階段的學習中，教師需要借助對智慧課堂的使用，帶領學生進行知識的總結性學習，即梳理本次教學中的重點知識內容，再次加深學生的記憶.在教學中，教師應做到對知識點的串聯，避免出現知識點各自為營、不成系統的情況，從而幫助學生做到鞏固基礎知識、形成結構性認知[3].同時，在該階段，教師可以為學生布置適當的練習題目，讓學生可以進行適當的應用練習.

例如 以人教版物理必修1第三章第1節“重力 基本相互作用”為例.在完成課堂教學環節后，教師應帶領學生進行課堂知識的總結，使其形成結構性框架，做到對知識的鞏固.在此過程中，教師應突出學生的主體性，嘗試讓學生自主完成框架搭建，教師做到適當指點即可.

在完成上述知識的結構性總結后，教師可以適當布置一些選擇題、解答題對學生進行及時訓練，讓學生在題目中進一步理解所學知識，并運用知識解決練習題目.

4 結語

綜上所述，數字化實驗和智慧課堂下的高中物理探究式教學，不僅是對物理教學模式的創新、升級，也是對學生知識學習與獲取方式的優化、創新，有助于提高學生學習物理知識的興趣，促進學生積極探究物理知識、高效完成物理實驗，推動學生實現對物理知識的熟練掌握與有效運用.

【課題項目：本文是甘肅省教育科學“十四五”規劃的一般課題，課題名稱：教育信息化背景下數字仿真實驗在高中物理教學中的實踐與研究，課題編號GS【2022】GHB0817】

參考文獻：

[1]藍勇謀.數字化實驗在高中物理教學中的應用[J].廣西教育，2022（35）：122-124.

[2]朱蕾.智慧課堂背景下的高中物理教學策略[J].新課程教學（電子版），2022（09）：140-141.

[3]趙秀萍.信息技術環境下的高中物理教學改革與創新[J].數理化解題研究，2021（21）：78-79.

[4]李燕.高中物理探究式教學策略[J].高考，2022（19）：51-54.

[5]門建明.探究式教學在高中物理實驗教學中的運用[J].理科愛好者，2022（03）：35-37.