高中物理教學(xué)中融合信息技術(shù)開展科學(xué)探究的路徑探析

李捷　戴穎

摘? ?要：在教育信息化2.0背景下，將信息技術(shù)融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，探索將信息技術(shù)應(yīng)用于高中物理教學(xué)中培育學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。基于大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)掌握探究問題、形成猜想和假設(shè)；融合技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)探究方案，獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋；應(yīng)用技術(shù)建構(gòu)多元交流平臺，對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；信息技術(shù)；高中物理教學(xué)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，高中物理課程應(yīng)通過多樣化的教學(xué)方式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)，整體認(rèn)識自然界，形成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)科學(xué)探究能力和解決實(shí)際問題的能力[ 1 ]。信息技術(shù)與教學(xué)深度融合逐漸成為新課改下現(xiàn)代教育的必然趨勢，基于信息技術(shù)開展物理教學(xué)，能更好地引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)本質(zhì)、培育科學(xué)思維、增強(qiáng)科學(xué)探究素養(yǎng)。教育技術(shù)學(xué)被視為教育學(xué)中最前衛(wèi)、最活躍、最主動、最實(shí)用、最富有生命力的學(xué)科[ 2 ]。信息技術(shù)的迅速發(fā)展改變了人們的生活方式，促進(jìn)了教學(xué)方式的變革。新穎的教學(xué)模式能更有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生積極主動地去學(xué)習(xí)；基于大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、“可視化”技術(shù)等信息技術(shù)的科學(xué)探究活動更精準(zhǔn)、更形象、更生動、更高效。

“科學(xué)探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素[ 1 ]?；谛畔⒓夹g(shù)圍繞問題、證據(jù)、解釋、交流四個要素在高中物理教學(xué)扎實(shí)開展教學(xué)實(shí)踐活動，提煉出基于信息技術(shù)培育高中學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的策略并應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，可取得良好的教學(xué)效果。

1? 基于數(shù)據(jù)精準(zhǔn)掌握探究“問題”

“科學(xué)探究”中“問題”要素主要指“提出問題”“猜想與假設(shè)”兩個方面，對于培養(yǎng)高中學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)而言，基于大數(shù)據(jù)能精準(zhǔn)掌握探究問題。精準(zhǔn)教學(xué)可以作為智慧學(xué)習(xí)生態(tài)中的高效教學(xué)方法，與精熟學(xué)習(xí)（Mastery Learning， ML）一起，分別在準(zhǔn)確程度與掌握程度兩方面支持著智慧教育的發(fā)展[ 3 ]。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，教師能夠更加及時、準(zhǔn)確地掌握學(xué)情，能夠更有針對性地制定教與學(xué)的策略，開展精準(zhǔn)教學(xué)。

（1）準(zhǔn)確掌握學(xué)情，精準(zhǔn)設(shè)計探究問題。教師在科學(xué)探究活動前通過大數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確掌握學(xué)情，精準(zhǔn)設(shè)計教學(xué)情境，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生有效提出問題。在展開探究教學(xué)之前，教師可以利用大數(shù)據(jù)分析課程內(nèi)容，采集有效的實(shí)驗(yàn)資料，通過對整個實(shí)驗(yàn)流程的精準(zhǔn)控制明確誤差比率，掌握有利于保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的要領(lǐng)等。教師在全面掌握實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，精心選擇實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、設(shè)計精準(zhǔn)啟發(fā)性問題，高效導(dǎo)引學(xué)生提出探究問題。

（2）跟蹤探究過程，掌握生成性問題?？茖W(xué)探究活動中基于大數(shù)據(jù)有效跟蹤探究過程，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生提出“猜想與假設(shè)”，掌握生成性問題。在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)快速發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計、反饋的軟件已非常成熟且使用便捷。課堂教學(xué)中應(yīng)基于數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行及時、精準(zhǔn)互動反饋，讓課堂教學(xué)有更強(qiáng)的針對性[ 4 ]。教師可以利用信息技術(shù)記錄每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究情況（如：基于信息技術(shù)平臺統(tǒng)計回答問題的準(zhǔn)確度情況、學(xué)生科學(xué)探究實(shí)時問題、學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況、困惑問題），生成精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，教師可以實(shí)時掌握實(shí)驗(yàn)探究過程中的生成性問題，及時調(diào)整教學(xué)安排，及時開展答疑解惑以及個性化指導(dǎo)。

（3）生成過程數(shù)據(jù)，解決發(fā)展性問題。科學(xué)探究活動結(jié)束后基于生成的過程數(shù)據(jù)，科學(xué)安排后續(xù)教學(xué)活動，解決學(xué)生發(fā)展性問題。在信息技術(shù)的輔助下，教師可以建立每名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)個人文檔，其中詳細(xì)地記錄著學(xué)生探究活動的表現(xiàn)，如：實(shí)踐操作的成功率、與教師的互動次數(shù)、回答問題的準(zhǔn)確度，直觀地反映出每次探究活動的具體表現(xiàn)。教師可以利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，發(fā)現(xiàn)他們的進(jìn)步和不足之處，明確日后探究教學(xué)的具體方向，便于展開個性化輔導(dǎo)，促進(jìn)后續(xù)精準(zhǔn)教學(xué)的進(jìn)一步落實(shí)，解決教學(xué)中的學(xué)生發(fā)展性問題。

2? 融合技術(shù)優(yōu)化“證據(jù)”獲取方案

“科學(xué)探究”中“證據(jù)”要素主要指“制定計劃與設(shè)計實(shí)驗(yàn)”“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”兩個方面。在教育信息化2.0背景下，教師融合技術(shù)創(chuàng)新探究教學(xué)授課模式，優(yōu)化探究教學(xué)方案，讓學(xué)生真切地參與到“制定計劃與設(shè)計實(shí)驗(yàn)”“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”流程中，培育學(xué)生設(shè)計探究方案、收集信息、獲取證據(jù)的能力。

（1）融合信息技術(shù)優(yōu)化探究方案。在教育信息化2.0背景下，教師可以從以下三個方面創(chuàng)新教學(xué)方式，優(yōu)化科學(xué)探究教學(xué)方案。第一，應(yīng)用信息技術(shù)豐富探究教學(xué)資源。教師借助網(wǎng)絡(luò)搜索、收集、選取圖片、視頻、動畫等多種形式教學(xué)資源，既可以更形象、更生動、更高效地開展教學(xué)，還可以有效吸引學(xué)生的注意力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，主動參與到科學(xué)探究活動中。第二，應(yīng)用信息技術(shù)優(yōu)化科學(xué)探究過程記錄和結(jié)果展示。師生可以利用信息技術(shù)（如影像、數(shù)據(jù)采集器）對實(shí)驗(yàn)過程、現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行高效、真實(shí)記錄；利用信息技術(shù)（如圖片、視頻、動畫、軟件等）對探究過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、探究結(jié)果等進(jìn)行高效、真實(shí)展示，既形象直觀又真實(shí)有趣，也方便師生交流探討。第三，應(yīng)用信息技術(shù)提升科學(xué)探究分析的精準(zhǔn)性。師生可以利用信息技術(shù)（如傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件、仿真平臺）對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)分析，讓科學(xué)探究活動更加貼近真實(shí)生活，引導(dǎo)將所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到生活實(shí)踐中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神。

（2）融合信息技術(shù)豐富探究過程。科學(xué)探究過程中證據(jù)的獲取可以采取觀察、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)等方式。在教育信息化2.0背景下，教師基于信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案可使觀察更清楚、調(diào)查更準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)更高效。第一，基于信息技術(shù)（如視頻直播、微課、高清圖片等）可使科學(xué)觀察更清楚、更高效。魯科版高一必修第一冊“重力與重心”中“重心與穩(wěn)定”的探究中，教師可以課前制作微課，課堂引導(dǎo)學(xué)生觀察：改變（提高、降低）物體重心、改變（增大、減小）接觸面積等情況下物體的穩(wěn)定性，讓學(xué)生在觀察中領(lǐng)會“重心與穩(wěn)定”的關(guān)系，即清楚又高效。第二，基于信息技術(shù)（如問卷星、微信、QQ等）可使科學(xué)調(diào)查更準(zhǔn)確、更高效，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)的科學(xué)調(diào)查的不足。第三，基于信息技術(shù)可使科學(xué)實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)，比如傳感器結(jié)合數(shù)據(jù)處理軟件，可以引導(dǎo)學(xué)生開展更精確的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，培育學(xué)生科學(xué)探索精神。

（3）融合信息技術(shù)提升證據(jù)效度。科學(xué)探究過程中極其重要的一個環(huán)節(jié)就是收集證據(jù)（數(shù)據(jù)），而基于信息技術(shù)可提升證據(jù)效度，使證據(jù)（數(shù)據(jù)）收集更精準(zhǔn)、更可視化、更低成本。利用傳感器可以收集到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，利用Tracker等軟件可以使現(xiàn)象更可視化，仿真模擬技術(shù)的使用成本更低且能使學(xué)生深入理解難完成、難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。利用信息技術(shù)可幫助學(xué)生更準(zhǔn)確地了解物理現(xiàn)象、理解物理學(xué)本質(zhì)、提升科學(xué)思維。以山科版高一必修第二冊“運(yùn)動的合成與分解”為例，教師可用Tracker軟件追蹤紅蠟塊的運(yùn)動。在長為80～100 cm、一端封閉的管中注滿清水，水中放一個由紅蠟做成的小圓柱體，將管口用膠塞塞緊。而后把它緊貼黑板豎直放置，蠟塊會沿著玻璃管勻速上升，做直線運(yùn)動。然后將玻璃管倒置，在蠟塊上升的同時將玻璃管水平向右勻速移動，觀察到它是向斜右上方移動的，經(jīng)過相同的時間回到管底。紅蠟塊實(shí)際發(fā)生的運(yùn)動是這兩個運(yùn)動合成的結(jié)果，教師用Tracker軟件追蹤紅蠟塊的運(yùn)動，并建立坐標(biāo)分別分析水平方向的運(yùn)用和豎直方向的運(yùn)動特點(diǎn)，將定性實(shí)驗(yàn)進(jìn)階到定量研究，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出什么是分運(yùn)動，什么是合運(yùn)動。

3? 應(yīng)用技術(shù)提升“解釋”“交流”效益

“科學(xué)探究”中“解釋”要素主要指“分析與論證”“評估”兩個方面，“科學(xué)探究”中“交流”要素主要指“交流與合作”。在信息技術(shù)的支持下可使得物理實(shí)驗(yàn)更加直觀、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，幫助學(xué)生在多元化的實(shí)踐中獲得準(zhǔn)確的結(jié)論，使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結(jié)果；培育學(xué)生具有交流的意愿與能力，能準(zhǔn)確表述、評估和反思探究過程與結(jié)果，全面培育學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。

（1）應(yīng)用信息技術(shù)豐富“解釋”“交流”的手段。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，要培育學(xué)生能使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結(jié)果和變化趨勢。應(yīng)用信息技術(shù)能極大豐富“分析與論證”的手段，能用表格、圖形、圖像呈現(xiàn)信息；能用表格、數(shù)學(xué)公式高效分析信息；能用動畫、軟件有效模擬物理情境。在教育信息技術(shù)沒有得到普及之前，師生實(shí)驗(yàn)教學(xué)交流時多是利用語言的轉(zhuǎn)述，缺乏一定的直觀性，很難準(zhǔn)確表達(dá)，也很難讓師生保持注意力的集中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得不到保障。利用信息技術(shù)，可以將無法操作、演示的內(nèi)容、語言不易表達(dá)的內(nèi)容以圖畫、視頻、動畫模擬、仿真實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程、現(xiàn)象、結(jié)果的了解，提升交流準(zhǔn)確性，為物理綜合素養(yǎng)的提升打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

（2）利用信息技術(shù)增強(qiáng)“解釋”“交流”的意愿。在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將信息化技術(shù)與課堂教學(xué)活動有效融合在一起，不僅符合現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢，起到優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)的作用，還能拉近師生間的距離，實(shí)現(xiàn)師生隨時隨地雙向交流。提供除了語言以外的多種交流方式，讓教師和學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間有了更多的交流機(jī)會和平臺。

（3）基于信息技術(shù)拓展“解釋”“交流”的時空。教師利用信息技術(shù)可以進(jìn)行有效的課前指導(dǎo)交流，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓每個學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前做好個性化準(zhǔn)備；利用信息技術(shù)進(jìn)行模擬、仿真能鍛煉學(xué)生的邏輯思維；利用信息技術(shù)制作規(guī)范操作視頻，可以科學(xué)規(guī)范指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作；利用信息技術(shù)可以布置個性化課后作業(yè)，促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容形成深層次的理解，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)；對于物理基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生，通過融合虛擬仿真技術(shù)能幫助他們加深對實(shí)驗(yàn)知識的記憶，鍛煉思維的深刻性，實(shí)現(xiàn)高效率的教學(xué)目標(biāo)。

另外，基于信息技術(shù)培育高中學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)要強(qiáng)化“學(xué)習(xí)中心”地位。可以從以下幾個方面著手：第一，注重學(xué)生的參與性，通過具體的操作使得學(xué)生生成一定的科學(xué)思維，學(xué)會用辯證的角度思考問題，勇于提出不同的觀點(diǎn)或想法，秉持著質(zhì)疑精神解決實(shí)際問題；第二，注重科學(xué)探究的整體設(shè)計，不局限于教材中提供的信息，讓學(xué)生參與到科學(xué)探究的完整流程中，在充分體驗(yàn)的影響下對物理產(chǎn)生研究興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)探究素養(yǎng)；第三，提高信息技術(shù)與科學(xué)探究教學(xué)融合的重視程度，在信息技術(shù)的輔助下開展科學(xué)探究活動，培育學(xué)生探究素養(yǎng)。第四，需要強(qiáng)化教師提高教師信息技術(shù)應(yīng)用的自覺性和主動性。學(xué)校應(yīng)組織教師對教育信息化2.0背景下的物理科學(xué)探究教學(xué)進(jìn)行深入研討，不僅要讓教師意識到信息技術(shù)對探究教學(xué)的重要性，還要讓教師在日常教學(xué)中以積極的態(tài)度將信息技術(shù)應(yīng)用到到探究教學(xué)實(shí)踐中，基于信息技術(shù)開發(fā)探究教學(xué)資源，利用信息技術(shù)合理安排探究教學(xué)流程。這對教師自身的專業(yè)素養(yǎng)也提出較高的要求，教師應(yīng)秉持“終身學(xué)習(xí)”的理念，在不斷的研究中為學(xué)生呈現(xiàn)高質(zhì)量的探究教學(xué)。

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