信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合的實(shí)踐探究

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0450-9889（2025）17-0098-04

高中階段學(xué)科眾多，內(nèi)容豐富，難度遞增，知識(shí)的綜合性越來越突出，對(duì)教師和學(xué)生的挑戰(zhàn)也越來越大。而傳統(tǒng)的灌輸式、填鴨式等課堂教學(xué)方式因課堂容量小，難以完成復(fù)雜而有挑戰(zhàn)性的教學(xué)任務(wù)，同時(shí)，由于形式單一、教法陳舊，學(xué)生常常覺得枯燥乏味，甚至出現(xiàn)了厭學(xué)現(xiàn)象。因此，單一陳舊的教學(xué)手段越來越不受學(xué)生的喜歡，也越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代教育的需求。為改變這種狀況，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，真正提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，學(xué)科教師要促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的深度融合，從而提高教學(xué)的生動(dòng)性和有效性。本文以物理學(xué)科為例，就信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合的實(shí)踐進(jìn)行探討。

一、利用信息技術(shù)進(jìn)行直觀教學(xué)

高中物理是高中階段難度較大的一門學(xué)科，它包括了力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、原子物理等多領(lǐng)域的抽象知識(shí)點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解的廣度和深度受限。比如，電磁學(xué)中關(guān)于電場與磁場概念的知識(shí)點(diǎn)，由于電場與磁場客觀存在，但又是看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，學(xué)生如果僅憑教材中的文字描述及教師的口頭講解，就難以在腦海當(dāng)中構(gòu)建清晰、準(zhǔn)確的物理模型；而對(duì)于電場線、磁感線這些用于形象描述電場與磁場分布的輔助工具，學(xué)生也只能機(jī)械記憶，難以準(zhǔn)確理解其背后的物理意義。又如，圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)概念也較為抽象，如果教師的教學(xué)方式方法不夠直觀，學(xué)生很難理解物體運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化等知識(shí)要點(diǎn)。因此，教師可以合理利用信息技術(shù)工具對(duì)課內(nèi)物理知識(shí)進(jìn)行直觀教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)點(diǎn)的理解，提高學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)[1]。

例如，在人教版高中物理必修第二冊“圓周運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中，教師可以利用多媒體視頻技術(shù)，將其中抽象的物理知識(shí)以直觀、形象的方式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生仔細(xì)觀察視頻呈現(xiàn)的物體做圓周運(yùn)動(dòng)的情景，如物體運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化等，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)概念的理解。其間，教師可借助多媒體視頻技術(shù)，對(duì)班級(jí)學(xué)生展示風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)、自行車前后輪轉(zhuǎn)動(dòng)、電風(fēng)扇葉片上某點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)等日常生活中常見的情景，讓學(xué)生通過仔細(xì)觀察物體運(yùn)動(dòng)軌跡和速度變化，進(jìn)而對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)快慢的特性產(chǎn)生直觀理解。此外，在有條件的情況下，教師還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR），構(gòu)建虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生身臨其境地體驗(yàn)相關(guān)物理知識(shí)點(diǎn)。如，在“圓周運(yùn)動(dòng)的過山車模型\"教學(xué)過程中，教師可借助VR技術(shù)，使學(xué)生身臨其境體驗(yàn)坐過山車的全過程尤其是當(dāng)軌道處于最高點(diǎn)的體驗(yàn)。在這個(gè)過程中，學(xué)生深刻理解“在軌道最高點(diǎn)時(shí)必須要有一定速度才能通過”，進(jìn)一步加深對(duì)“豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界條件”的理解。

又如，在人教版高中物理必修第二冊“向心力”知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中，為實(shí)現(xiàn)直觀教學(xué)目標(biāo)，加深學(xué)生對(duì)向心力知識(shí)點(diǎn)的理解，教師可以利用信息技術(shù)，把向心力的瞬時(shí)作用效果，如“圓周運(yùn)動(dòng)中合外力指向圓心”轉(zhuǎn)化成動(dòng)態(tài)可視化的過程，有效化解學(xué)生對(duì)物理知識(shí)概念的認(rèn)知困境。同時(shí)，還可以利用信息技術(shù)構(gòu)建多模態(tài)學(xué)習(xí)路徑，即采取三維動(dòng)畫、傳感器數(shù)據(jù)采集、虛擬實(shí)驗(yàn)等方式方法，對(duì)向心力的方向變化性、大小決定因素、能量轉(zhuǎn)化關(guān)系等同步呈現(xiàn)出來，加深學(xué)生對(duì)向心力知識(shí)概念的理解。此外，教師還可以借助虛擬仿真平臺(tái)，如NOBOOK及Phyphox等，對(duì)質(zhì)量、半徑、速度等變量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，有效避免既往實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的摩擦力干擾、測量誤差等相關(guān)問題，進(jìn)而提高學(xué)生運(yùn)用控制變量法的能力水平。尤其是對(duì)“向心力的方向與來源”這一知識(shí)點(diǎn)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師通常采取口頭授課方式，學(xué)生理解起來有一定的難度。為了加深學(xué)生對(duì)這一知識(shí)概念的直觀理解，教師可借助GeoGebra動(dòng)態(tài)幾何工具將勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡繪制出來，實(shí)時(shí)顯示速度矢量（切線方向）和加速度矢量（指向圓心）；疊加分力合成動(dòng)畫，比如圓錐中重力和拉力的合力指向圓心；借助Unity3D物理引擎系統(tǒng)，對(duì)太空站內(nèi)懸浮水滴的圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，并利用熒光軌跡將水滴受到微小擾動(dòng)之后由于表面張力形成向心力的過程顯示出來；在此基礎(chǔ)上適量疊加動(dòng)畫，揭示“向心力是效果力”的本質(zhì)，比如水平面內(nèi)向心力為繩拉力、重力、支持力的合力，糾正部分學(xué)生以為“向心力是新力”的錯(cuò)誤認(rèn)知，使學(xué)生加深對(duì)向心力知識(shí)概念的直觀理解[2]。

二、利用信息技術(shù)輔助理解重難點(diǎn)

進(jìn)入高中階段，物理學(xué)科知識(shí)的難度加大，如電磁學(xué)知識(shí)抽象難懂，熱學(xué)中的理想氣體狀態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律和第二定律知識(shí)較為復(fù)雜，有關(guān)機(jī)械能量守恒定律的實(shí)際應(yīng)用問題難以理解等。為了幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)，教師可以利用信息技術(shù)直觀性、互動(dòng)性、資源豐富性等特點(diǎn)，在明確相關(guān)重難點(diǎn)物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，合理利用信息技術(shù)[3]。尤其是一些課堂上難以開展的實(shí)驗(yàn)，教師可以利用模擬軟件，通過虛擬實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)原理、操作過程的理解。此外，在利用信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，教師在教學(xué)過程中適當(dāng)引導(dǎo)、講解、總結(jié)，結(jié)合一些值得思考的問題，幫助學(xué)生將通過信息技術(shù)獲取的知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化，進(jìn)一步提高物理學(xué)習(xí)能力，加深對(duì)重難點(diǎn)物理知識(shí)的理解。

例如，人教版高中物理必修第二冊“機(jī)械能量守恒定律”章節(jié)教學(xué)中涉及兩個(gè)重難點(diǎn)知識(shí)：一是學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒的條件難以理解，即“只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功情況下，機(jī)械能才守恒”；二是學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律在一些實(shí)際問題中的應(yīng)用難以理解，比如物體在某一點(diǎn)的速度、高度方面的求解。針對(duì)上述兩個(gè)重難點(diǎn)知識(shí)，教師如果采取口述講解的方式進(jìn)行教學(xué)，大部分學(xué)生難以突破這些知識(shí)。因此，教師可以采取信息技術(shù)幫助學(xué)生理解這些重難點(diǎn)知識(shí)。一方面，教師可以借助動(dòng)畫或者視頻功能，將不同情境下物體運(yùn)動(dòng)過程直觀形象地展示出來，包括自由落體運(yùn)動(dòng)、單擺運(yùn)動(dòng)等，同時(shí)還可以將重力或者彈力的做功情況清晰地標(biāo)注出來，幫助學(xué)生加深對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解。另一方面，教師可以利用模擬實(shí)驗(yàn)軟件，指導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，仔細(xì)觀察物體處于各種條件下的運(yùn)動(dòng)情況，然后將相應(yīng)的物理量計(jì)算出來。比如，模擬小球從斜面滾下、單擺運(yùn)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生將小球處于某一點(diǎn)的速度及高度計(jì)算出來，以此幫助學(xué)生掌握運(yùn)用機(jī)械能守恒定律的方法。

以“自由落體運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械能守恒”教學(xué)為例，首先，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師可利用多媒體課件，將自由落體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫或者視頻展示出來，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察物體下落過程的速度及高度變化，并提出相關(guān)問題引發(fā)學(xué)生思考：“物體下落過程中，什么能量增加了？什么能量減少了？它們之間存在何種關(guān)系？”其次，在講解新知過程中，教師可以借助多媒體信息技術(shù)，將自由落體運(yùn)動(dòng)過程中重力做功情況以動(dòng)畫的形式演示出來，重點(diǎn)闡述“只有重力做功，物體的機(jī)械能守恒”的知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，教師將機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式推導(dǎo)出來，然后對(duì)其中各物理量的含義進(jìn)行詳細(xì)解釋。隨后，在課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，教師可以設(shè)置互動(dòng)問題：“如果物體從某一高度自由下落，如何求解物體在某一時(shí)刻的速度及高度？”借助互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生自行輸入實(shí)驗(yàn)參數(shù)，比如初速度及高度等，然后將相應(yīng)的物理量計(jì)算出來。此外，教師還可以列舉日常生活中常見的自由落體運(yùn)動(dòng)，如雨滴下落、跳水運(yùn)動(dòng)員跳水過程等，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)其中的機(jī)械能守恒情況進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出拓展性問題：“物體做自由落體運(yùn)動(dòng)下落過程中，空氣阻力因素的影響如何？”以此引發(fā)學(xué)生思考、分析、討論，進(jìn)而解決相關(guān)問題，提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力及解決實(shí)際問題的能力。

三、利用信息技術(shù)拓展課外物理知識(shí)

對(duì)高中學(xué)生來說，學(xué)習(xí)課內(nèi)的物理知識(shí)是為了能夠在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用，解決現(xiàn)實(shí)生活中的各種物理問題[4]。在教學(xué)中，教師可以利用信息技術(shù)講授航天知識(shí)，讓學(xué)生了解中國航天的偉大成就，明白中國北斗的研制過程和意義，理解衛(wèi)星工作的原理，強(qiáng)化學(xué)生為建設(shè)祖國而努力學(xué)習(xí)的情感，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷。一方面，教師可以指導(dǎo)學(xué)生利用信息化在線資源，加強(qiáng)對(duì)課外物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，如為學(xué)生推薦優(yōu)質(zhì)的航天知識(shí)網(wǎng)站、在線課程及科普視頻等，包括美國國家航空航天局（NASA）官方網(wǎng)站、YouTube頻道航天科普視頻等，進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)航天器的設(shè)計(jì)原理、發(fā)射過程及天空環(huán)境對(duì)航天器產(chǎn)生的影響等知識(shí)的理解。另一方面，教師可組織學(xué)生參與課外虛擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，借助虛擬實(shí)驗(yàn)軟件、網(wǎng)絡(luò)信息在線平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生模擬開展航天相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)。例如，利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)航天器在太空中的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬，對(duì)各種物理原理在航天領(lǐng)域的運(yùn)用進(jìn)行分析探究，包括“萬有引力定律”“開普勒定律”等。模擬實(shí)驗(yàn)期間，教師可以指導(dǎo)學(xué)生合理調(diào)整相關(guān)參數(shù)，如航天器質(zhì)量、發(fā)射角度等，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物理原理的理解，以此掌握豐富的課外物理知識(shí)。

此外，在高中物理“機(jī)械振動(dòng)”單元學(xué)習(xí)中，學(xué)生將學(xué)習(xí)“簡諧運(yùn)動(dòng)”“單擺”“受迫振動(dòng)和共振”等知識(shí)。為了使學(xué)生能夠拓展認(rèn)知，學(xué)習(xí)有關(guān)“機(jī)械振動(dòng)”的課外物理知識(shí)，教師也可以合理利用信息技術(shù)，如通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)極端條件下的振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析探究；利用Unity3D物理引擎工具，對(duì)地球內(nèi)部三維模型進(jìn)行構(gòu)建，然后對(duì)物體從北極A點(diǎn)穿過地心抵達(dá)南極B點(diǎn)的簡諧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，在調(diào)整地球半徑、引力常數(shù)等參數(shù)的基礎(chǔ)上，將物體運(yùn)動(dòng)軌跡和周期變化情況實(shí)時(shí)顯示出來，并對(duì)物體繞地球近地面飛行的周期進(jìn)行對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合之前學(xué)習(xí)的“圓周運(yùn)動(dòng)”知識(shí)進(jìn)行分析，如分析兩種路徑用時(shí)差異的致因，進(jìn)而加深對(duì)“簡諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力和位移之間的線性關(guān)系”的理解。具體而言，在上述虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過程中，通過探究極端條件下的振動(dòng)現(xiàn)象，可揭示簡諧運(yùn)動(dòng)處于非理想條件下的應(yīng)用情況，包括地震波傳播、地球內(nèi)部物質(zhì)分布情況等，幫助學(xué)生拓展課外知識(shí)。

四、利用信息技術(shù)優(yōu)化教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)是課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，物理教學(xué)評(píng)價(jià)以教師單方面的評(píng)價(jià)為主，且以結(jié)果為導(dǎo)向，忽視了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)過程的了解，也難以客觀、全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，從而影響物理教學(xué)評(píng)價(jià)的客觀性、全面性及有效性。要提高物理教學(xué)評(píng)價(jià)的有效性，教師需深入了解課堂教學(xué)實(shí)況，包括教師自身教學(xué)效果、學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的掌握情況等，并確保教學(xué)評(píng)價(jià)信息能夠?yàn)檎n堂教學(xué)改進(jìn)提供有效的參考。為優(yōu)化物理課堂教學(xué)評(píng)價(jià)，教師可以合理利用信息技術(shù)，對(duì)學(xué)生在物理課堂上的學(xué)習(xí)行為、表現(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在全面評(píng)估學(xué)生物理學(xué)習(xí)情況的基礎(chǔ)上，持續(xù)優(yōu)化和完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系，從而促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力和考試成績提升[5]。

以人教版高中物理選擇性必修第一冊“機(jī)械振動(dòng)”章節(jié)教學(xué)評(píng)價(jià)為例，一方面，教師可以合理利用信息技術(shù)，借助在線測試系統(tǒng)或者自動(dòng)評(píng)分軟件，設(shè)計(jì)有關(guān)“機(jī)械振動(dòng)”知識(shí)點(diǎn)的測試題，對(duì)學(xué)生的答題數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)收集、分析，進(jìn)一步生成詳細(xì)的評(píng)價(jià)報(bào)告。在分析學(xué)生答題情況的基礎(chǔ)上，全面了解學(xué)生對(duì)“機(jī)械振動(dòng)”知識(shí)的掌握情況，找出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的重難點(diǎn)問題。另一方面，教師可以采取多元評(píng)價(jià)方式，對(duì)學(xué)生的物理課堂學(xué)習(xí)過程、結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，提倡學(xué)生自評(píng)及互評(píng)，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提交自評(píng)、互評(píng)報(bào)告，了解教師、同學(xué)對(duì)自己學(xué)習(xí)情況的評(píng)價(jià)，進(jìn)而取長補(bǔ)短，不斷提升自我。

此外，教師可以結(jié)合課堂評(píng)價(jià)結(jié)果，利用信息技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建電子學(xué)習(xí)檔案，并結(jié)合學(xué)生近期課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生，使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并能客觀、理性地了解自身學(xué)習(xí)能力情況，揚(yáng)長避短，進(jìn)而達(dá)到持續(xù)提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)[6][7]。具體而言，教師可結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際情況，構(gòu)建模塊化的電子學(xué)習(xí)檔案。模塊一為課堂表現(xiàn)雷達(dá)圖，利用課堂互動(dòng)系統(tǒng)（如Classln）以及AI攝像頭表情分析、小組協(xié)作任務(wù)記錄等功能，實(shí)時(shí)生成班級(jí)學(xué)生課堂參與度、問題解決能力以及創(chuàng)新思維等維度的雷達(dá)圖，并對(duì)學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)差異進(jìn)行量化處理。模塊二為知識(shí)掌握熱力圖，在信息技術(shù)加持下，利用問卷星、智學(xué)網(wǎng)等在線測試平臺(tái)，借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)更新學(xué)生對(duì)間歇運(yùn)動(dòng)特征、周期公式推導(dǎo)、受迫振動(dòng)臨界點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。模塊三為能力發(fā)展軌跡，利用信息技術(shù)，通過Python/MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告、物理建模作品（如橋梁共振設(shè)計(jì)）跨學(xué)科項(xiàng)目成果獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，詳細(xì)記錄班級(jí)學(xué)生從定性分析至定量建模、從單一知識(shí)的應(yīng)用到多學(xué)科融合能力提升的過程信息。模塊四為教師一學(xué)生對(duì)話窗，利用語音轉(zhuǎn)文字系統(tǒng)，如訊飛聽見、MarginNote在線批注工具等，完整存儲(chǔ)課堂追問記錄、個(gè)性化學(xué)習(xí)建議、學(xué)生反思日志等信息，有效形成師生雙向反饋閉環(huán)。當(dāng)然，在建立模塊化電子學(xué)習(xí)檔案之后，教師還可以利用自然語言處理（NLP）技術(shù)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告當(dāng)中的語言模式進(jìn)行分析，自動(dòng)標(biāo)注“經(jīng)驗(yàn)型描述”“概念混淆”“理論遷移”等認(rèn)知階段，了解學(xué)生對(duì)相關(guān)物理知識(shí)的實(shí)際掌握情況。結(jié)合課堂表情識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，如學(xué)生微笑頻率、皺眉次數(shù)，并根據(jù)課后訪談，生成“興趣度”“焦慮值”“自信心”等情感指標(biāo)。如此利用信息技術(shù)優(yōu)化物理課堂教學(xué)評(píng)價(jià)，能夠全面了解學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生持續(xù)優(yōu)化學(xué)習(xí)提供客觀、真實(shí)、有效的信息參考。

綜上所述，信息技術(shù)在高中學(xué)科教學(xué)中的融合意義顯著，且信息技術(shù)的形式多樣，包括多媒體視頻技術(shù)、VR技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，教師可以在課堂教學(xué)中靈活運(yùn)用這些信息技術(shù)，促進(jìn)教學(xué)效率及教學(xué)質(zhì)量的提升，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

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[7]劉娟麗.信息技術(shù)與高中物理教學(xué)的融合途徑探索[J].科學(xué)咨詢（科技·管理），2020（10）：134.

（責(zé)編周翠如）