基于信息化課堂的高中物理實驗教學探究

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用于教學中，推動了教育的信息化發(fā)展。就物理學科而言，信息技術(shù)的應用促進了教學理念、教學方法、教學模式的變革，向教育者與學習者提出了更高要求。在時代發(fā)展與物理學科教學改革的前提下，如何基于信息化開展高中物理實驗教學是一個值得思考與探索的問題。文章結(jié)合信息技術(shù)與傳統(tǒng)物理實驗的特點，通過高中物理實驗教學實際案例，提出了基于信息化課堂的高中物理實驗教學方法策略，希望為一線高中物理教師開展信息化物理實驗教學提供參考。

關(guān)鍵詞：信息化課堂；高中物理；物理實驗

在信息網(wǎng)絡技術(shù)與人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的當下，教育信息化程度日益加深。新課標要求物理實驗教學應當注重科學探究，以學生為主體，發(fā)揮物理實驗在提升學生物理學科核心素養(yǎng)中的重要作用。在信息技術(shù)與物理教學融合的過程中，多元化的物理實驗模擬軟件應運而生，師生可以不進入實驗室就能夠融入物理實驗情境、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驗教學的質(zhì)量，而且可以在此過程中提升學生的信息素養(yǎng)。

1? ?傳統(tǒng)高中物理實驗教學的局限

1.1教育觀的局限性

教育是一個教師授課與學生學習的互動過程，教育者本身的教育觀會影響教學質(zhì)量。長期以來，由于教學觀念、教學條件等因素的影響，高中物理實驗教學未受到重視，一部分高中物理教師以“講解實驗”“觀看實驗”“做實驗題”的方式開展教學，大部分實驗以物理教師演示操作，學生觀看思考為主。在整個物理實驗過程中，學生動手操作的機會較少，難以對實驗進行自主性探究，同時也難以調(diào)動高階思維分析、解決問題。

1.2教學方法的局限性

在高中物理新課標實施以前，受應試教育理念的影響以及高中物理課時不足的限制，為了節(jié)省課堂教學時間，物理實驗課的課時被嚴重壓縮，由此形成了兩種物理實驗的教學方法：一是物理實驗教學不再是在實驗室開展，而是教師直接在教室講臺上進行演示；二是雖然在實驗室教學，但基本教學過程為教師先操作，學生模仿操作。無論上述哪種教學方法，都忽視了學生的主體性與對其探究能力的培養(yǎng)。同時，對于物理實驗教學要達到什么樣的標準、取得什么樣的效果、培養(yǎng)學生什么樣的能力方面，許多物理教師沒有明確的評價標準，這就導致物理實驗教學仍然在很大程度上是為應試教育服務，而忽視對學生物理學科核心素養(yǎng)的提升。

1.3實驗操作的局限性

由于物理知識涉及方方面面，很多物理實驗的條件不容易或者不可能實現(xiàn)。例如，理想狀態(tài)下無摩擦力狀態(tài)就不可能實現(xiàn)。如果只依靠學校實驗室有限的實驗器材，許多有意義的物理實驗根本不能進行。因此，在沒有信息技術(shù)輔助的前提下，學生對于難以通過實驗探究的知識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)建物理知識體系。另外，有的學校實驗條件有限，實驗儀器陳舊破損，難以保證數(shù)據(jù)的準確，這樣也難以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)奈锢韺嶒炗^。

2? ?信息技術(shù)與高中物理實驗課堂融合的“三要素”

2.1 教師要素

高中物理新課標的實施對一線高中物理教師的教學理念、教學方法與教學技術(shù)等提出了更高的要求。因此，高中物理教師必須摒棄以學生能夠解答實驗題目為主要目標的落后教學觀念，改革創(chuàng)新物理實驗的教學方法，將物理實驗教學的目標與新課標的要求結(jié)合起來，將學生的探究能力與思維能力的培養(yǎng)作為物理實驗教學的目標，不斷提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。同時，一線高中物理教師應時刻關(guān)注物理學科的發(fā)展動態(tài)，了解一些物理學科的前沿知識，并且要熟練地掌握與運用信息技術(shù)，將物理學科、教學方法、信息技術(shù)三者有機地整合起來，開展基于信息化課堂的高中物理實驗教學。

2.2學生要素

學生是教育活動的主體。從教育角度而言，高中生最主要的特征就是對新鮮事物好奇且學習與接受能力較強。初中階段的物理學習為高中學習奠定了一定的基礎(chǔ)，但初中物理與高中物理之間的差別較大，不僅知識的內(nèi)容、難度增加，各知識模塊之間的聯(lián)系也更為緊密。在此情形下，僅依靠知識的講解難以使學生掌握如此龐大的知識體系，而物理實驗就成為學生驗證已學知識、探究新知識并內(nèi)化吸收這些知識的有效途徑。在高中物理實驗教學中，如果學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)學生的物理學習興趣。因此，信息技術(shù)與物理實驗的有機融合既能夠滿足學生的好奇心、激發(fā)學生的學習興趣，又能夠讓學生通過物理實驗探究與掌握物理知識，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驗教學的實施策略

3.1基于信息化課堂的高中物理實驗教學原則

3.1.1科學性原則

即基于信息化課堂的高中物理實驗教學的設計、實施過程、結(jié)果都要科學準確。物理實驗中教授的知識、操作方法、產(chǎn)生的結(jié)果等必須嚴謹、準確，不能因為融入了信息技術(shù)就降低了科學性要求。

3.1.2優(yōu)化原則

基于信息化課堂的高中物理實驗教學并不是直接、簡單地將信息技術(shù)與物理實驗教學捆綁在一處，而是將兩者有機融合起來，相互補充、相互促進，使一些傳統(tǒng)物理實驗借助信息技術(shù)手段來實現(xiàn)。因此，基于信息化課堂的高中物理實驗教學必須遵循優(yōu)化原則，在信息技術(shù)與物理實驗教學的融合過程中不斷探索、開發(fā)、評價與改進，使基于信息化課堂的高中物理實驗教學效率與質(zhì)量得以提高。

3.2基于信息化課堂的高中物理實驗教學策略

3.2.1確立基于信息化課堂的高中物理實驗教學方法

要實現(xiàn)基于信息化課堂的高中物理實驗教學，教師與學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所需信息技術(shù)的同時，也要為學生創(chuàng)立多元化的學習環(huán)境，引導學生逐步掌握基本的信息化基礎(chǔ)知識與操作能力。例如，在人教版高中物理必修第二冊第三章“相互作用——力”中，學生對于“力”這一不可見的概念的理解較為困難。此時，教師可運用計算機輔助試驗系統(tǒng)（DIS）引導學生進行實驗：將兩個測力探頭的掛鉤相互勾連，而后與學生一同觀察顯示器上兩個測力探頭受力隨著時間的變化曲線，讓學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識相互作用力。同時，在這一信息化物理實驗的教學過程中，教師與學生不需要耗費過多的時間與精力計算數(shù)據(jù)，而是賦予學生更多自主探究、自主觀察、構(gòu)建知識的時間，以提升學生的學習探究能力。

高中物理教師應當根據(jù)不同的教學內(nèi)容設計不同的實驗，基于不同的實驗選擇恰當?shù)男畔④浖⒋_定具體的教學方法，這樣，才能引導學生借助信息技術(shù)開展多種多樣的物理實驗，既能夠使學生在物理實驗的過程中更形象地認識物理現(xiàn)象、更深入地探究物理知識，同時，也能夠促進師生信息素養(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驗教學模式

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驗教學，讓各種具有趣味性、探究性且有價值的實驗穿插于整個高中物理教學過程中，讓學生能夠通過實驗探究物理知識，提升物理學科核心素養(yǎng)。基于信息化課堂的高中物理實驗教學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第七章“萬有引力與宇宙航行”一章的教學中，教師在課堂上向?qū)W生展示天體在萬有引力的作用下運動的演示動畫，讓學生更為直觀地了解天體的運動規(guī)律，這樣便對萬有引力的作用過程與效果有更深入的認識。這一實驗為簡單的展示性實驗，以演示的方式促成學生探究并構(gòu)建知識。

第二，教師與學生共同實驗。在學生的基礎(chǔ)信息技術(shù)水平尚未達到自主實驗要求時，教師可與學生一同基于信息技術(shù)開展物理實驗，這樣既能夠避免學生因掌握信息技術(shù)不足而使物理實驗受阻甚至是難以繼續(xù)，同時也能夠進一步提升學生的信息化素養(yǎng)。例如，在利用Algodoo軟件進行“自由落體運動”實驗時，由于該實驗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，同時要對不同空氣阻力以及真空狀態(tài)下四個小球的運動情況進行觀察、對比。對于學生而言，要在有限的信息技術(shù)實驗課中充分考慮這些因素較為困難，因此，可以通過教師引導、學生操作的方式展開實驗。

第三，教師引導學生以信息技術(shù)模擬物理實驗。在某些物理知識的教學中，教師可以讓學生自行或者以小組合作的方式展開探究。例如，在“彈力”知識點的教學中，由于傳統(tǒng)物理實驗無法體現(xiàn)出力的突變，因此學生難以理解相關(guān)概念。在講解時，教師可為學生準備彈簧和小球，讓每組學生從家中帶來一部手機，統(tǒng)一安裝Phyphox軟件，讓學生以小組合作的方式展開實驗。首先，讓學生使用手機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。這種感知實驗只能讓學生粗略看到力的突變現(xiàn)象，而不能準確地進行定量分析。接著，教師再引導學生利用小球和彈簧連接，再與手機相連，通過Phypox軟件的加速度傳感器功能記錄與復現(xiàn)對應瞬間小球加速度的變化情況，通過曲線上的數(shù)據(jù)對力的變化進行準確分析。這種物理實驗由學生獨立完成，教師在其中僅起到實驗的組織者、引導者的作用。通過感官體驗與軟件測量，學生經(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，這樣能夠使其對物理知識的掌握更為深刻。

在教育信息化發(fā)展的背景下，各學科教育與信息技術(shù)的融合逐步深入。信息技術(shù)的應用能夠打破傳統(tǒng)物理實驗教學受時間、空間與其他條件的限制，為物理實驗提供更為便利的條件。高中物理教師應當充分認識到基于信息化課堂的高中物理實驗教學的重要價值，在提升自身信息化素養(yǎng)的同時實現(xiàn)信息技術(shù)與物理實驗教學的有機融合，從教學理念、教學方法、教學模式與教學評價等方面采取多元化措施，讓信息技術(shù)為物理實驗教學發(fā)揮更大效用，以此更好地提升學生的物理學核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]夏麗.高中物理實驗探究課的線上教學探索：以“探究單擺的周期公式”為例[J].物理教學，2022，44（11）：28-30，27.

[2]呂春景.信息技術(shù)環(huán)境下的高中物理實驗教學[J].西部素質(zhì)教育，2020，6（9）：131-132.