信息技術(shù)在高中物理探究教學(xué)中的應(yīng)用探析

姚娟娟 潘路

【摘要】在信息時(shí)代背景下，新課程改革中對(duì)信息技術(shù)的關(guān)注和推廣，要求廣大教師積極進(jìn)行信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)融合的探索.物理探究教學(xué)更是需要信息技術(shù)的介入，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)遇到各種挑戰(zhàn)，如需要深度備課以進(jìn)行思維重構(gòu)，需要注重學(xué)生的內(nèi)在變化，以實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)目標(biāo)，以在教學(xué)實(shí)踐中期找到信息技術(shù)在高中物理探究教學(xué)中應(yīng)用的策略.

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；高中物理；仿真實(shí)驗(yàn)室

在信息時(shí)代背景下，學(xué)生獲取知識(shí)的方式與速度都刷新了我們的認(rèn)知，傳統(tǒng)的物理探究教學(xué)模式，越來(lái)越難以激發(fā)學(xué)生的興趣且難以直觀地得出探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論，與此同時(shí)，新課程改革中對(duì)信息技術(shù)的關(guān)注和推廣，使得與教學(xué)相關(guān)的信息技術(shù)得到了極大的發(fā)展，如多媒體演示、仿真實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)等信息技術(shù)，層出不窮.

1 信息技術(shù)與高中物理探究教學(xué)的融合

信息技術(shù)作為一種技術(shù)手段，它本身并不能直接代替課堂教學(xué)讓學(xué)生獲取知識(shí)，而是教師將信息技術(shù)作為一種輔助方式，服務(wù)于課堂教學(xué)，使得課堂變成雙向交流，注重學(xué)生的內(nèi)在變化，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程[1].

科學(xué)探究是物理核心素養(yǎng)中重要的組成部分，實(shí)驗(yàn)探究是科學(xué)探究教學(xué)的主要方式，然而應(yīng)用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)探究方式，學(xué)生只需要按照既定的實(shí)驗(yàn)步驟展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果往往會(huì)與預(yù)想的有所出入，如高中物理的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，存在實(shí)驗(yàn)需要重復(fù)操作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繁雜等問(wèn)題，課堂上學(xué)生無(wú)法得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，時(shí)間跨度大，學(xué)生體驗(yàn)感不強(qiáng)[2].

信息技術(shù)的應(yīng)用可以有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)探究教學(xué)的諸多弊端，但是該應(yīng)用哪一種信息技術(shù)，怎么有效應(yīng)用，如何與傳統(tǒng)探究過(guò)程相輔相成等問(wèn)題層出不窮，這也是一線教師在應(yīng)用信息技術(shù)時(shí)面臨的挑戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)學(xué)生提出了更高的要求.

2 信息技術(shù)在高中物理探究教學(xué)中應(yīng)用的挑戰(zhàn)

2.1 教師深度備課的思維重構(gòu)

傳統(tǒng)的備課往往將知識(shí)看成孤立的單元，教師會(huì)按部就班地進(jìn)行備課，這是一種復(fù)述性質(zhì)的備課.深度備課區(qū)別于傳統(tǒng)備課，將知識(shí)看成是連續(xù)的、整體的結(jié)構(gòu)，重視學(xué)生原有的知識(shí)和思維結(jié)構(gòu)，不局限于教材的內(nèi)容和思維，注意知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和邏輯，強(qiáng)調(diào)新知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生原有知識(shí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，是一種研究性質(zhì)的備課[3].

在利用信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先教師需要打破思維定勢(shì)，突破教材禁錮，進(jìn)行思維重構(gòu)，著重分析學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及前概念，考慮學(xué)生的原有知識(shí)和思維特點(diǎn)，是否符合教材的邏輯和思維，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在思維誤區(qū)，因此教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和教學(xué)目標(biāo)，重新設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生進(jìn)行有效的知識(shí)建構(gòu).

2.2 學(xué)生內(nèi)在變化的構(gòu)建

傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，教師注重的是知識(shí)的傳達(dá)，而非學(xué)生的思維狀況，學(xué)生在物理課堂上可能出現(xiàn)的一些新思想，以及潛在的智力火花但只能被扼殺在萌芽狀態(tài)，學(xué)生思維上的阻礙往往會(huì)被忽略，強(qiáng)迫學(xué)生接受既有結(jié)論.

例如 在進(jìn)行“力的合成與分解”教學(xué)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)教科書(shū)上的實(shí)驗(yàn)探究（如圖1所示），需要引導(dǎo)學(xué)生思考以下問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)的目的是什么？（2）如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案？（3）怎樣保證合力和分力的作用效果相同？（4）力的大小如何測(cè)量？（5）力的方向如何確定？以上問(wèn)題拋出后，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案有一定的困難，且僅用高中物理3D實(shí)驗(yàn)室中的力的合成分解演示器，按照虛擬實(shí)驗(yàn)室里的步驟操作的話，相當(dāng)于直接得到了結(jié)論.學(xué)生并不能體驗(yàn)探究過(guò)程，所以需要對(duì)探究流程重新設(shè)計(jì).

2.3 核心素養(yǎng)目標(biāo)的整合

核心素養(yǎng)目標(biāo)如何整合是當(dāng)前課堂教學(xué)的聚焦點(diǎn)，是教師課堂教學(xué)的難點(diǎn).在認(rèn)識(shí)上，核心素養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)是一個(gè)整體.在行動(dòng)上，在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)過(guò)程中不要將核心素養(yǎng)目標(biāo)割裂開(kāi)來(lái)，應(yīng)給學(xué)生一個(gè)完整的探索過(guò)程；在實(shí)際的中學(xué)物理教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該體現(xiàn)核心素養(yǎng)的和諧統(tǒng)一，而運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，可以解決這一難題[4].

雖然本節(jié)內(nèi)容在生活中的應(yīng)用隨處可見(jiàn)，但是對(duì)于學(xué)生而言情境模型并不明顯，所以本節(jié)課將凸顯模型的建構(gòu)過(guò)程，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生切實(shí)模擬整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作，在探究過(guò)程中體會(huì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，更能體現(xiàn)核心素養(yǎng)培育的要求.在教學(xué)中注意顯化“合力與分力的等效替代的關(guān)系”，在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中讓學(xué)生體驗(yàn)等效替代思想，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)由一般方法層面提升至物理思維層面.

3 信息技術(shù)在高中物理探究教學(xué)中應(yīng)用的策略

3.1 開(kāi)放的教學(xué)組織形式而非封閉的教學(xué)組織形式

在信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)融合過(guò)程中，往往教學(xué)環(huán)境不再是單一的普通教室，因此教師在組織教學(xué)活動(dòng)的時(shí)候，就可以采取合作化教學(xué)、個(gè)性化教學(xué)、分組教學(xué)等形式.在組織這節(jié)課時(shí)，我們是在機(jī)房進(jìn)行的，分組式的計(jì)算機(jī)分布，自然而然就把學(xué)生分成了8組，且有利于學(xué)生進(jìn)行討論交流，保證了生生、師生順暢的課堂交互.同時(shí)每位學(xué)生一臺(tái)計(jì)算機(jī)，保證了每個(gè)學(xué)生都能充分體驗(yàn)探究過(guò)程，感受思維火花的碰撞.

3.2 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的過(guò)程而非學(xué)習(xí)的結(jié)果

信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)的融合，必須建立“以學(xué)生為中心”的思想，在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理思維的構(gòu)建過(guò)程，讓學(xué)生體驗(yàn)物理探究過(guò)程，而非直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和現(xiàn)象，增加學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)學(xué)生理性經(jīng)驗(yàn)的形成，在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)目標(biāo)[5].

對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，一個(gè)力與兩個(gè)力的作用效果相同，非常容易理解，但是如何在教學(xué)中顯化這一現(xiàn)象，每個(gè)教師的選擇不同.在這里，我們選擇用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室里的力的合成與分解演示器，演示分力和合力的作用效果相同（如圖2所示），為后面探究互成角度的兩個(gè)力合成的規(guī)律做準(zhǔn)備.

接下來(lái)，如何讓學(xué)生得到平行四邊形定則是個(gè)思維上的難點(diǎn)，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室快捷方便的特點(diǎn)，從互成特殊角度的力的合成開(kāi)始探究，到互成一般角度的力的合成，在體驗(yàn)探究過(guò)程中不斷思考和發(fā)現(xiàn)，掌握從特殊情況到一般情況的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)概括能力，從而探究得到平行四邊形定則.

3.3 師生共同活動(dòng)而非教師單純的講授

在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)充分體現(xiàn)“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的角色，師生交互，共同活動(dòng)，教師引導(dǎo)學(xué)生的思維向更深更廣的方向發(fā)展，通過(guò)由淺入深，由特殊到一般，幫助學(xué)生在活動(dòng)中建構(gòu)物理思維.

在這一節(jié)課中，當(dāng)兩個(gè)分力方向相同或相反時(shí)較為簡(jiǎn)單，可讓學(xué)生自主探究.

（1）當(dāng)兩個(gè)分力方向的夾角α為90°時(shí)，每個(gè)小組按要求完成操作，并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)給教師，然后觀察合力的大小的特點(diǎn)（如圖3所示）.用力的圖示法分別畫(huà)出各自的分力F1、F2以及合力F.從而得到結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)分力方向垂直（夾角α為90°）時(shí)，合力F=F21+F22，組成的四邊形為矩形.

（2）當(dāng)兩個(gè)大小相等的分力的夾角α為120°時(shí)，教師利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室演示當(dāng)兩個(gè)大小相等的分力的夾角α為120°時(shí)的合力特點(diǎn).當(dāng)兩個(gè)大小相等的分力的夾角α為120°時(shí)，合力F=F1=F2，組成的四邊形為菱形（如圖4所示）.

（3）當(dāng)兩個(gè)力的夾角為一般角時(shí)，每個(gè)小組按要求完成操作（如圖5所示），然后觀察仿真實(shí)驗(yàn)室中畫(huà)出的四邊形有什么特點(diǎn)？通過(guò)前面兩個(gè)特殊角的探究，學(xué)生能夠自然而然地得出從特殊到一般的結(jié)論，這里的四邊形就是平行四邊形.

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)信息技術(shù)與物理探究教學(xué)融合的挑戰(zhàn)，讓我們看到了解決物理探究教學(xué)難題的機(jī)遇，當(dāng)然我們不能一味地追求新技術(shù)、新手段，一切還是要以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的內(nèi)在變化，讓信息技術(shù)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的服務(wù)者，成為教師組織教學(xué)活動(dòng)的服務(wù)者，讓我們的“教”與“學(xué)”在這個(gè)過(guò)程中碰撞出火花.

【江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十四期課題“基于中學(xué)物理教師信息素養(yǎng)提升的學(xué)科融合實(shí)踐研究”（編號(hào)：2021JY14-L385）】

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉智勇.信息技術(shù)與中學(xué)物理學(xué)科教學(xué)整合研究[J].新課程（教研），2011（11）：124-125.

[3]任少鐸.基于深度學(xué)習(xí)的深度備課——以“大氣壓強(qiáng)”為例[J].現(xiàn)代中小學(xué)教育，2022，38（02）：51-54.

[4]樊建軍.利用現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建開(kāi)放、探究型物理課堂[J].考試周刊，2012（40）：133-134.

[5]費(fèi)海明.以小見(jiàn)大：大概念視野下的信息技術(shù)深度備課[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2021（16）：36-39.