信息技術(shù)與高中物理概念教學融合的實踐*

李安佩

（嶺南師范學院附屬中學，廣東湛江 524048）

如果說物理定律和理論是基礎(chǔ)，則物理概念是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，是進入理性認識的第一步。根據(jù)物理學科特點，閻金澤教授將物理概念定義為“物理概念是反映物理現(xiàn)象、物理過程本質(zhì)屬性的一種抽象，它是在大量觀察物理實驗的基礎(chǔ)上，運用邏輯思維的方法，把一些事物本質(zhì)的、共同的特征集中起來加以概括而形成的”。[1]吳有訓先生多次告誡學生“學物理首先要概念清楚”，李政道先生也非常重視對概念的理解與思考[2]。學生只有掌握了物理概念，才可能進一步學好物理定律。物理概念的教學過程，是學生對概念的認知過程，是從感性認知到理性認知的過程，也是培養(yǎng)學生形成物理觀念的過程，是落實物理學科素養(yǎng)、培養(yǎng)關(guān)鍵能力的必要途徑。

一、高中物理概念教學存在的主要問題

（一）在概念教學中，重“知識”輕“應(yīng)用”

高中物理概念內(nèi)容簡潔，但內(nèi)涵豐富，學生對概念了解、識記容易，應(yīng)用物理概念解決實際問題卻困難。如質(zhì)點，本義簡單：用一個點替代物體。其深層含義：當物體的大小、形狀對研究的問題影響很小或沒有影響，則可把物體看成質(zhì)點。但是學生通過學習質(zhì)點，構(gòu)建物理模型，形成物理觀念卻會遇到困難。例如：通過學習質(zhì)點，學生分析“運動員跑步時，在什么情況下可將運動員視為質(zhì)點？在什么情況下運動員一定不能視為質(zhì)點？”普遍存在考慮問題不全面或出現(xiàn)錯誤。

（二）在概念教學中，重“講”輕“學”

在物理概念教學中，常常會出現(xiàn)兩種“抱怨”：一是教師的“抱怨”，“這類問題明明已經(jīng)講過許多遍，但還是有很多學生不懂，更談不上運用”；二是學生的“抱怨”，“老師講的時候我聽得明白，上課也認真做了筆記，但到自己做題時卻漏這漏那，找不到突破口”。如對“電勢”“電場強度”的理解，教師對電勢、電場強度的概念不管講得多么透徹，總是會有部分學生認為“電勢高的位置，電場強度就大”。出現(xiàn)這種錯誤理解，主要原因有兩點：一是教師過度重視“講”，忽視了學生學的過程；二是學生對概念的內(nèi)涵與外延理解不清楚。

（三）在概念教學中，重“結(jié)果”輕“過程”

高中物理概念教學，普遍存在“重結(jié)果，輕過程”，缺少對學生物理學科素養(yǎng)的培養(yǎng)。如滑動摩擦力，在教學中通常從“力的產(chǎn)生原因”“力的大小”“力的方向”三方面入手，再根據(jù)力的本質(zhì)不同完善教學設(shè)計。在課后，對學生的檢測中，發(fā)現(xiàn)學生對滑動摩擦力的理解常犯兩個錯誤：一是“兩個物體相互接觸、且接觸面粗糙，則兩個物體間就會產(chǎn)生摩擦力”；二是滑動摩擦力的大小f=μmg。犯以上錯誤的主要原因，就是輕視了概念的形成過程，忽視了對學生形成運動與相互作用觀念、科學思維的培養(yǎng)。

二、信息技術(shù)在高中物理概念教學中的優(yōu)勢與作用

信息技術(shù)與學科教學融合是信息時代對教育的要求，也是教育發(fā)展的必然趨勢。北京師范大學何克抗教授認為“所謂信息技術(shù)與學科課程的整合，就是通過將信息技術(shù)有效融合于各學科的教學過程來營造一種新型教學環(huán)境，實現(xiàn)一種既能發(fā)揮教師主導作用又能充分體現(xiàn)學生主體地位的以‘自主、探究、合作’為特征的教與學方式”[3]。從而把學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性充分地發(fā)揮出來，使傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂教學結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變革，使學生的創(chuàng)造精神與實踐能力的培養(yǎng)真正落到實處。

（一）利用信息技術(shù)將復雜抽象的概念轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵沃庇^的模型

在高中物理概念中，有一些物理概念復雜抽象，在教學中不便于學生理解，可利用視頻、3D模擬動畫，轉(zhuǎn)化為簡單直觀的模型，從而有助于學生對概念的理解。如電場線。不同電荷的電場線分布，物理課本（選修3-1）中提供的是平面圖，那么如何準確理解電場線的空間分布規(guī)律？此時，利用信息技術(shù)將電場線的立體分布呈現(xiàn)出來，學生通過直觀了解，就可自主歸納出電場線的分布規(guī)律。又如超重、失重。將一重物放在臺秤上隨電梯加速、減速上升，用手機將這一過程拍攝成視頻，在教學中通過多媒體使用慢動作播放，引導學生觀察臺秤的示數(shù)變化情況，由學生歸納整理超重、失重的特點。

（二）利用信息技術(shù)進行精確測量，可視化呈現(xiàn)

在實驗探究過程中，利用信息技術(shù)，進行精確測量，并把測量結(jié)果非常直觀地呈現(xiàn)在屏幕上，即可準確地找出物理量之間的定量關(guān)系。如探究彈力大小跟彈簧伸長量的定量關(guān)系。在實驗中，利用位移傳感器、力傳感器和多媒體，即可在屏幕上呈現(xiàn)彈力大小F跟伸長量x的一次函數(shù)圖象，學生通過觀察與體驗即可得出彈力大小跟彈簧伸長量的定量關(guān)系。

（三）利用信息技術(shù)實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂

在學習物理概念前，學生充分利用網(wǎng)絡(luò)、云端數(shù)據(jù)做好預習工作；同時，教師精心備課，優(yōu)化教學設(shè)計，做好精講精練的準備工作；在課堂教學中，教師充分調(diào)動學生的主觀能動性，突出學生主體地位，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂。如洛倫茲力的概念抽象、難理解。在課前，提出問題“什么是洛倫茲力”、“洛倫茲力有什么特點”，通過引導學生利用信息技術(shù)，觀看視頻，查閱云端數(shù)據(jù)，要求學生完成相關(guān)問題，并提出新的質(zhì)疑；在課堂教學時，利用平板電腦互動，小組討論、交流，總結(jié)歸納洛倫茲力的概念，教師有針對性地答疑；在課后，引領(lǐng)學生了解當前洛倫茲力應(yīng)用情況，完成課外作業(yè)，如有疑惑，可與教師、同學進行線上交流。

三、信息技術(shù)與物理概念教學融合的典型案例分析

（一）案例一“作用力與反作用力”

作用力與反作用力揭示了物體間力的相互作用、力不能脫離受力物體和施力物體而獨立存在。學習作用力與反作用力，是為了學習力與運動作鋪墊，為將來學習萬有引力、研究物體碰撞與動量守恒打好基礎(chǔ)?！白饔昧εc反作用力”的教學流程（如圖1）：

圖1 “作用力與反作用力”教學流程圖

1.概念形成

通過以下三個實例，引導學生觀察、體驗、實驗，由視覺、聽覺、觸覺，從感性到理性認知作用力與反作用力，幫助學生構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)科學思維。

利用信息技術(shù)，播放兩車撞車事故，兩輛車都受損（如圖2），提出問題一：從圖中，你得出什么結(jié)論？

圖2 案例一示意圖（1）

利用信息技術(shù)，展示圖片（如圖3），提出問題二：請用你的右手食指按壓左手的手心，你感覺到什么？從體驗中，你得到什么結(jié)論？

圖3 案例一示意圖（2）

利用手機投屏功能，將學生實驗操作過程，用手機拍攝并投放到屏幕。在甲、乙兩小車上各自捆綁一塊磁體，將兩輛小車靠近，突然釋放（如圖4），提出問題三：你觀察到什么現(xiàn)象？通過現(xiàn)象，你得出什么結(jié)論？

圖4 案例一示意圖（3）

通過以下探究過程，引領(lǐng)學生動手操作、科學推理，達成對作用力與反作用力的深度認識，用手機拍攝其中一個學習小組的實驗過程，并投放到屏幕。從而引出牛頓第三定律，提升學習物理的關(guān)鍵能力。

利用力傳感器與多媒體，探究作用力與反作用力的特點。將實驗結(jié)果將直接呈現(xiàn)在屏幕上（如圖5），提出問題四：通過觀察與分析，你認為作用力與反作用力有哪些特點？

圖5 案例一示意圖（4）

2.能力提升

學生學習物理概念，形成能力，分為三個階段：認知、理解、應(yīng)用。通過實例分析，檢測學生的學習效率，培養(yǎng)學生養(yǎng)成學以致用、科學思維。根據(jù)學生掌握物理概念的情況，在教學中做出及時調(diào)整。

利用電腦動畫模擬，演示“以卵擊石”，引出問題五：雞蛋打石頭，為什么雞蛋碎了而石頭沒碎？

通過實例分析，讓學生更深層次的理解了作用力與反作用力的特點，作用力的效果與反作用力的效果一般不同，并培養(yǎng)了學生運用物理知識解決實際問題的能力。

3.問題拓展

拔河比賽是一項非常有趣的競技活動。由于參與的人較多，并能充分展示集體精神風貌，深受大家喜愛。請兩名男生（一名力氣大的男生、一名力氣小的男生）參加如下兩個活動，用手機拍攝活動過程，并投放到屏幕。

活動1：兩名男生現(xiàn)場拔河比賽。

活動2：讓力大的男生穿上旱冰鞋，再與力小的男生進行拔河比賽。

引出問題六：在拔河比賽中，力氣大的人一定能贏嗎？

在教學互動中，通過活動構(gòu)建情境，引領(lǐng)學生積極參與教學互動，讓學生的思維漏洞充分暴露出來。結(jié)合學生存在的問題，教師引導學生科學思維，分析整理物理概念；引導學生發(fā)現(xiàn)存在的問題，并解決相關(guān)問題。

（二）案例二“萬有引力概念的應(yīng)用”

2018年12月8日，嫦娥四號探測器在西昌發(fā)射成功；2019年1月3日嫦娥四號探測器在月球背面成功軟著陸；以及北斗導航系統(tǒng)實現(xiàn)全球全覆蓋導航，無不說明我國航空事業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進入了突飛猛進時代。

利用信息技術(shù)，播放嫦娥四號發(fā)射過程和相關(guān)新聞?；谶@些時事新聞，結(jié)合嫦娥四號探測器的發(fā)射、變軌、繞月飛行的情境，在屏幕上展示“嫦娥四號”發(fā)射—奔月過程。根據(jù)以上創(chuàng)設(shè)的情境設(shè)計如下三個問題：

問題一：發(fā)射嫦娥四號探測器的發(fā)射速度在哪個范圍？

問題二：嫦娥四號探測器從低軌道如何進入高軌道？從地月軌道進入近月軌道，為什么要制動？

問題三：通過查閱數(shù)據(jù)，結(jié)合嫦娥四號探測器繞月飛行數(shù)據(jù)，可否估算出月球的密度？

以科技時事為情境提出問題，引導學生分別對宇宙速度、變軌、萬有引力、向心力等概念加深理解。在物理概念教學過程中，教師要有意識地培養(yǎng)學生主動關(guān)心時事、關(guān)心物理領(lǐng)域的發(fā)展情況，促成學生科學思維、科學態(tài)度與社會責任的形成。

四、結(jié)語

物理概念是學生學習物理的重點，也是學習的難點。信息技術(shù)與物理概念教學的深度融合，可將概念由枯燥的、抽象的變?yōu)橛腥さ?、形象的，可將一些復雜的、抽象的概念細化為簡單的、直觀的模型，從而實現(xiàn)高效課堂。在課堂教學中，利用信息技術(shù)，可將更多的時間還給學生，充分調(diào)動學生的主觀能動性，增強學生間合作意識，培養(yǎng)科學思維，將物理學科素養(yǎng)落到實處。