周丹

摘要：在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的大背景下，諸多信息化手段被應(yīng)用于教學(xué)中，推動(dòng)了教育的信息化發(fā)展。就物理學(xué)科而言，信息技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)模式的變革，向教育者與學(xué)習(xí)者提出了更高要求。在時(shí)代發(fā)展與物理學(xué)科教學(xué)改革的前提下，如何基于信息化開展高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)值得思考與探索的問題。文章結(jié)合信息技術(shù)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，通過高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際案例，提出了基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法策略，希望為一線高中物理教師開展信息化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：信息化課堂；高中物理；物理實(shí)驗(yàn)

在信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，教育信息化程度日益加深。新課標(biāo)要求物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)注重科學(xué)探究，以學(xué)生為主體，發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)在提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要作用。在信息技術(shù)與物理教學(xué)融合的過程中，多元化的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件應(yīng)運(yùn)而生，師生可以不進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室就能夠融入物理實(shí)驗(yàn)情境、構(gòu)建物理模型、觀察物理現(xiàn)象、探究物理原理，這樣不但能夠提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，而且可以在此過程中提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

1? ?傳統(tǒng)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限

1.1教育觀的局限性

教育是一個(gè)教師授課與學(xué)生學(xué)習(xí)的互動(dòng)過程，教育者本身的教育觀會(huì)影響教學(xué)質(zhì)量。長(zhǎng)期以來，由于教學(xué)觀念、教學(xué)條件等因素的影響，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)未受到重視，一部分高中物理教師以“講解實(shí)驗(yàn)”“觀看實(shí)驗(yàn)”“做實(shí)驗(yàn)題”的方式開展教學(xué)，大部分實(shí)驗(yàn)以物理教師演示操作，學(xué)生觀看思考為主。在整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)較少，難以對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主性探究，同時(shí)也難以調(diào)動(dòng)高階思維分析、解決問題。

1.2教學(xué)方法的局限性

在高中物理新課標(biāo)實(shí)施以前，受應(yīng)試教育理念的影響以及高中物理課時(shí)不足的限制，為了節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間，物理實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)被嚴(yán)重壓縮，由此形成了兩種物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法：一是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再是在實(shí)驗(yàn)室開展，而是教師直接在教室講臺(tái)上進(jìn)行演示；二是雖然在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，但基本教學(xué)過程為教師先操作，學(xué)生模仿操作。無論上述哪種教學(xué)方法，都忽視了學(xué)生的主體性與對(duì)其探究能力的培養(yǎng)。同時(shí)，對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要達(dá)到什么樣的標(biāo)準(zhǔn)、取得什么樣的效果、培養(yǎng)學(xué)生什么樣的能力方面，許多物理教師沒有明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然在很大程度上是為應(yīng)試教育服務(wù)，而忽視對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

1.3實(shí)驗(yàn)操作的局限性

由于物理知識(shí)涉及方方面面，很多物理實(shí)驗(yàn)的條件不容易或者不可能實(shí)現(xiàn)。例如，理想狀態(tài)下無摩擦力狀態(tài)就不可能實(shí)現(xiàn)。如果只依靠學(xué)校實(shí)驗(yàn)室有限的實(shí)驗(yàn)器材，許多有意義的物理實(shí)驗(yàn)根本不能進(jìn)行。因此，在沒有信息技術(shù)輔助的前提下，學(xué)生對(duì)于難以通過實(shí)驗(yàn)探究的知識(shí)僅停留在字面意思的理解上，難以全面、深刻地探究與把握物理現(xiàn)象、物理規(guī)律，也難以在此基礎(chǔ)上通過自主探究構(gòu)建物理知識(shí)體系。另外，有的學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件有限，實(shí)驗(yàn)儀器陳舊破損，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，這樣也難以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺?shí)驗(yàn)觀。

2? ?信息技術(shù)與高中物理實(shí)驗(yàn)課堂融合的“三要素”

2.1 教師要素

高中物理新課標(biāo)的實(shí)施對(duì)一線高中物理教師的教學(xué)理念、教學(xué)方法與教學(xué)技術(shù)等提出了更高的要求。因此，高中物理教師必須摒棄以學(xué)生能夠解答實(shí)驗(yàn)題目為主要目標(biāo)的落后教學(xué)觀念，改革創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)與新課標(biāo)的要求結(jié)合起來，將學(xué)生的探究能力與思維能力的培養(yǎng)作為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，不斷提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。同時(shí)，一線高中物理教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注物理學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解一些物理學(xué)科的前沿知識(shí)，并且要熟練地掌握與運(yùn)用信息技術(shù)，將物理學(xué)科、教學(xué)方法、信息技術(shù)三者有機(jī)地整合起來，開展基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.2學(xué)生要素

學(xué)生是教育活動(dòng)的主體。從教育角度而言，高中生最主要的特征就是對(duì)新鮮事物好奇且學(xué)習(xí)與接受能力較強(qiáng)。初中階段的物理學(xué)習(xí)為高中學(xué)習(xí)奠定了一定的基礎(chǔ)，但初中物理與高中物理之間的差別較大，不僅知識(shí)的內(nèi)容、難度增加，各知識(shí)模塊之間的聯(lián)系也更為緊密。在此情形下，僅依靠知識(shí)的講解難以使學(xué)生掌握如此龐大的知識(shí)體系，而物理實(shí)驗(yàn)就成為學(xué)生驗(yàn)證已學(xué)知識(shí)、探究新知識(shí)并內(nèi)化吸收這些知識(shí)的有效途徑。在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果學(xué)生所接受的物理教育只來源于物理教師的“灌輸式”講解，則難以激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣。因此，信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)的有機(jī)融合既能夠滿足學(xué)生的好奇心、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能夠讓學(xué)生通過物理實(shí)驗(yàn)探究與掌握物理知識(shí)，提升其解決物理問題的能力。

3? ?基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施策略

3.1基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)原則

3.1.1科學(xué)性原則

即基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)、實(shí)施過程、結(jié)果都要科學(xué)準(zhǔn)確。物理實(shí)驗(yàn)中教授的知識(shí)、操作方法、產(chǎn)生的結(jié)果等必須嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確，不能因?yàn)槿谌肓诵畔⒓夹g(shù)就降低了科學(xué)性要求。

3.1.2優(yōu)化原則

基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不是直接、簡(jiǎn)單地將信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)捆綁在一處，而是將兩者有機(jī)融合起來，相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)，使一些傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)借助信息技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)。因此，基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須遵循優(yōu)化原則，在信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合過程中不斷探索、開發(fā)、評(píng)價(jià)與改進(jìn)，使基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率與質(zhì)量得以提高。

3.2基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

3.2.1確立基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

要實(shí)現(xiàn)基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師與學(xué)生首先要具有較高的信息化素養(yǎng)。教師在自身掌握各種教學(xué)所需信息技術(shù)的同時(shí)，也要為學(xué)生創(chuàng)立多元化的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握基本的信息化基礎(chǔ)知識(shí)與操作能力。例如，在人教版高中物理必修第二冊(cè)第三章“相互作用——力”中，學(xué)生對(duì)于“力”這一不可見的概念的理解較為困難。此時(shí)，教師可運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)系統(tǒng)（DIS）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：將兩個(gè)測(cè)力探頭的掛鉤相互勾連，而后與學(xué)生一同觀察顯示器上兩個(gè)測(cè)力探頭受力隨著時(shí)間的變化曲線，讓學(xué)生從兩條相反且幅度相等的力的變化曲線上更為直觀地認(rèn)識(shí)相互作用力。同時(shí)，在這一信息化物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，教師與學(xué)生不需要耗費(fèi)過多的時(shí)間與精力計(jì)算數(shù)據(jù)，而是賦予學(xué)生更多自主探究、自主觀察、構(gòu)建知識(shí)的時(shí)間，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)探究能力。

高中物理教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，基于不同的實(shí)驗(yàn)選擇恰當(dāng)?shù)男畔④浖?，并確定具體的教學(xué)方法，這樣，才能引導(dǎo)學(xué)生借助信息技術(shù)開展多種多樣的物理實(shí)驗(yàn)，既能夠使學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)的過程中更形象地認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象、更深入地探究物理知識(shí)，同時(shí)，也能夠促進(jìn)師生信息素養(yǎng)的共同提升。

3.2.2構(gòu)建基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

教師可以選擇多種模式開展基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓各種具有趣味性、探究性且有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)穿插于整個(gè)高中物理教學(xué)過程中，讓學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)探究物理知識(shí)，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)?；谛畔⒒n堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要有以下幾種：

第一，教師制作課件向?qū)W生展示，如在人教版高中物理必修第二冊(cè)第七章“萬有引力與宇宙航行”一章的教學(xué)中，教師在課堂上向?qū)W生展示天體在萬有引力的作用下運(yùn)動(dòng)的演示動(dòng)畫，讓學(xué)生更為直觀地了解天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這樣便對(duì)萬有引力的作用過程與效果有更深入的認(rèn)識(shí)。這一實(shí)驗(yàn)為簡(jiǎn)單的展示性實(shí)驗(yàn)，以演示的方式促成學(xué)生探究并構(gòu)建知識(shí)。

第二，教師與學(xué)生共同實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生的基礎(chǔ)信息技術(shù)水平尚未達(dá)到自主實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，教師可與學(xué)生一同基于信息技術(shù)開展物理實(shí)驗(yàn)，這樣既能夠避免學(xué)生因掌握信息技術(shù)不足而使物理實(shí)驗(yàn)受阻甚至是難以繼續(xù)，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提升學(xué)生的信息化素養(yǎng)。例如，在利用Algodoo軟件進(jìn)行“自由落體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于該實(shí)驗(yàn)需要考慮諸多種因素，如玻璃球、橡膠球、金屬球、木質(zhì)球的密度，還要考慮空氣阻力這一變量，同時(shí)要對(duì)不同空氣阻力以及真空狀態(tài)下四個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行觀察、對(duì)比。對(duì)于學(xué)生而言，要在有限的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課中充分考慮這些因素較為困難，因此，可以通過教師引導(dǎo)、學(xué)生操作的方式展開實(shí)驗(yàn)。

第三，教師引導(dǎo)學(xué)生以信息技術(shù)模擬物理實(shí)驗(yàn)。在某些物理知識(shí)的教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生自行或者以小組合作的方式展開探究。例如，在“彈力”知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，由于傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)無法體現(xiàn)出力的突變，因此學(xué)生難以理解相關(guān)概念。在講解時(shí)，教師可為學(xué)生準(zhǔn)備彈簧和小球，讓每組學(xué)生從家中帶來一部手機(jī)，統(tǒng)一安裝Phyphox軟件，讓學(xué)生以小組合作的方式展開實(shí)驗(yàn)。首先，讓學(xué)生使用手機(jī)拍攝繩子剪斷瞬間的視頻，而后利用視頻慢放功能觀察繩子與彈簧的變化，由此感知力的突變。這種感知實(shí)驗(yàn)只能讓學(xué)生粗略看到力的突變現(xiàn)象，而不能準(zhǔn)確地進(jìn)行定量分析。接著，教師再引導(dǎo)學(xué)生利用小球和彈簧連接，再與手機(jī)相連，通過Phypox軟件的加速度傳感器功能記錄與復(fù)現(xiàn)對(duì)應(yīng)瞬間小球加速度的變化情況，通過曲線上的數(shù)據(jù)對(duì)力的變化進(jìn)行準(zhǔn)確分析。這種物理實(shí)驗(yàn)由學(xué)生獨(dú)立完成，教師在其中僅起到實(shí)驗(yàn)的組織者、引導(dǎo)者的作用。通過感官體驗(yàn)與軟件測(cè)量，學(xué)生經(jīng)歷了從觀察物理現(xiàn)象到探究物理規(guī)律、從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的過程，這樣能夠使其對(duì)物理知識(shí)的掌握更為深刻。

在教育信息化發(fā)展的背景下，各學(xué)科教育與信息技術(shù)的融合逐步深入。信息技術(shù)的應(yīng)用能夠打破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)受時(shí)間、空間與其他條件的限制，為物理實(shí)驗(yàn)提供更為便利的條件。高中物理教師應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到基于信息化課堂的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要價(jià)值，在提升自身信息化素養(yǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)融合，從教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)模式與教學(xué)評(píng)價(jià)等方面采取多元化措施，讓信息技術(shù)為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮更大效用，以此更好地提升學(xué)生的物理學(xué)核心素養(yǎng)。

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