信息技術與學科教學深度融合的實踐探究

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）17-0098-04

高中階段學科眾多，內容豐富，難度遞增，知識的綜合性越來越突出，對教師和學生的挑戰(zhàn)也越來越大。而傳統(tǒng)的灌輸式、填鴨式等課堂教學方式因課堂容量小，難以完成復雜而有挑戰(zhàn)性的教學任務，同時，由于形式單一、教法陳舊，學生常常覺得枯燥乏味，甚至出現(xiàn)了厭學現(xiàn)象。因此，單一陳舊的教學手段越來越不受學生的喜歡，也越來越難以適應現(xiàn)代教育的需求。為改變這種狀況，激發(fā)學生的學習積極性，提高教學質量，真正提高學生學習能力，學科教師要促進信息技術與學科教學的深度融合，從而提高教學的生動性和有效性。本文以物理學科為例，就信息技術與學科教學深度融合的實踐進行探討。

一、利用信息技術進行直觀教學

高中物理是高中階段難度較大的一門學科，它包括了力學、電磁學、熱學、光學、原子物理等多領域的抽象知識點，傳統(tǒng)的教學方法可能會導致學生對物理知識理解的廣度和深度受限。比如，電磁學中關于電場與磁場概念的知識點，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，學生如果僅憑教材中的文字描述及教師的口頭講解，就難以在腦海當中構建清晰、準確的物理模型；而對于電場線、磁感線這些用于形象描述電場與磁場分布的輔助工具，學生也只能機械記憶，難以準確理解其背后的物理意義。又如，圓周運動的知識概念也較為抽象，如果教師的教學方式方法不夠直觀，學生很難理解物體運動軌跡、速度變化等知識要點。因此，教師可以合理利用信息技術工具對課內物理知識進行直觀教學，加深學生對物理知識點的理解，提高學習效率，進而提高學生的物理學科素養(yǎng)[1]。

例如，在人教版高中物理必修第二冊“圓周運動”教學中，教師可以利用多媒體視頻技術，將其中抽象的物理知識以直觀、形象的方式呈現(xiàn)出來，幫助學生仔細觀察視頻呈現(xiàn)的物體做圓周運動的情景，如物體運動軌跡、速度變化等，進一步加深學生對圓周運動概念的理解。其間，教師可借助多媒體視頻技術，對班級學生展示風車轉動、自行車前后輪轉動、電風扇葉片上某點的轉動等日常生活中常見的情景，讓學生通過仔細觀察物體運動軌跡和速度變化，進而對圓周運動快慢的特性產生直觀理解。此外，在有條件的情況下，教師還可以利用虛擬現(xiàn)實技術（VR），構建虛擬的實驗環(huán)境，引導學生身臨其境地體驗相關物理知識點。如，在“圓周運動的過山車模型\"教學過程中，教師可借助VR技術，使學生身臨其境體驗坐過山車的全過程尤其是當軌道處于最高點的體驗。在這個過程中，學生深刻理解“在軌道最高點時必須要有一定速度才能通過”，進一步加深對“豎直平面內圓周運動的臨界條件”的理解。

又如，在人教版高中物理必修第二冊“向心力”知識點教學中，為實現(xiàn)直觀教學目標，加深學生對向心力知識點的理解，教師可以利用信息技術，把向心力的瞬時作用效果，如“圓周運動中合外力指向圓心”轉化成動態(tài)可視化的過程，有效化解學生對物理知識概念的認知困境。同時，還可以利用信息技術構建多模態(tài)學習路徑，即采取三維動畫、傳感器數(shù)據采集、虛擬實驗等方式方法，對向心力的方向變化性、大小決定因素、能量轉化關系等同步呈現(xiàn)出來，加深學生對向心力知識概念的理解。此外，教師還可以借助虛擬仿真平臺，如NOBOOK及Phyphox等，對質量、半徑、速度等變量進行實時調整，有效避免既往實驗中出現(xiàn)的摩擦力干擾、測量誤差等相關問題，進而提高學生運用控制變量法的能力水平。尤其是對“向心力的方向與來源”這一知識點，在傳統(tǒng)教學模式下，教師通常采取口頭授課方式，學生理解起來有一定的難度。為了加深學生對這一知識概念的直觀理解，教師可借助GeoGebra動態(tài)幾何工具將勻速圓周運動軌跡繪制出來，實時顯示速度矢量（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)，對太空站內懸浮水滴的圓周運動進行模擬，并利用熒光軌跡將水滴受到微小擾動之后由于表面張力形成向心力的過程顯示出來；在此基礎上適量疊加動畫，揭示“向心力是效果力”的本質，比如水平面內向心力為繩拉力、重力、支持力的合力，糾正部分學生以為“向心力是新力”的錯誤認知，使學生加深對向心力知識概念的直觀理解[2]。

二、利用信息技術輔助理解重難點

進入高中階段，物理學科知識的難度加大，如電磁學知識抽象難懂，熱學中的理想氣體狀態(tài)方程、熱力學第一定律和第二定律知識較為復雜，有關機械能量守恒定律的實際應用問題難以理解等。為了幫助學生突破重難點，教師可以利用信息技術直觀性、互動性、資源豐富性等特點，在明確相關重難點物理知識的基礎上，合理利用信息技術[3]。尤其是一些課堂上難以開展的實驗，教師可以利用模擬軟件，通過虛擬實驗，加深學生對物理實驗原理、操作過程的理解。此外，在利用信息技術的基礎上，教師在教學過程中適當引導、講解、總結，結合一些值得思考的問題，幫助學生將通過信息技術獲取的知識進行內化，進一步提高物理學習能力，加深對重難點物理知識的理解。

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

以“自由落體運動中的機械能守恒”教學為例，首先，在課堂導入環(huán)節(jié)，教師可利用多媒體課件，將自由落體運動的動畫或者視頻展示出來，引導學生仔細觀察物體下落過程的速度及高度變化，并提出相關問題引發(fā)學生思考：“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系？”其次，在講解新知過程中，教師可以借助多媒體信息技術，將自由落體運動過程中重力做功情況以動畫的形式演示出來，重點闡述“只有重力做功，物體的機械能守恒”的知識。在此基礎上，教師將機械能守恒定律的數(shù)學表達式推導出來，然后對其中各物理量的含義進行詳細解釋。隨后，在課堂互動環(huán)節(jié)，教師可以設置互動問題：“如果物體從某一高度自由下落，如何求解物體在某一時刻的速度及高度？”借助互動教學平臺，指導學生自行輸入實驗參數(shù)，比如初速度及高度等，然后將相應的物理量計算出來。此外，教師還可以列舉日常生活中常見的自由落體運動，如雨滴下落、跳水運動員跳水過程等，指導學生對其中的機械能守恒情況進行詳細分析，并提出拓展性問題：“物體做自由落體運動下落過程中，空氣阻力因素的影響如何？”以此引發(fā)學生思考、分析、討論，進而解決相關問題，提升學生的實踐應用能力及解決實際問題的能力。

三、利用信息技術拓展課外物理知識

對高中學生來說，學習課內的物理知識是為了能夠在現(xiàn)實生活中應用，解決現(xiàn)實生活中的各種物理問題[4]。在教學中，教師可以利用信息技術講授航天知識，讓學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，強化學生為建設祖國而努力學習的情感，培養(yǎng)學生的愛國情懷。一方面，教師可以指導學生利用信息化在線資源，加強對課外物理知識的學習，如為學生推薦優(yōu)質的航天知識網站、在線課程及科普視頻等，包括美國國家航空航天局（NASA）官方網站、YouTube頻道航天科普視頻等，進一步指導學生借助網絡資源進行自主學習，加深學生對航天器的設計原理、發(fā)射過程及天空環(huán)境對航天器產生的影響等知識的理解。另一方面，教師可組織學生參與課外虛擬實驗活動，借助虛擬實驗軟件、網絡信息在線平臺，指導學生模擬開展航天相關物理實驗。例如，利用虛擬實驗軟件對航天器在太空中的運動軌跡進行模擬，對各種物理原理在航天領域的運用進行分析探究，包括“萬有引力定律”“開普勒定律”等。模擬實驗期間，教師可以指導學生合理調整相關參數(shù)，如航天器質量、發(fā)射角度等，仔細觀察實驗結果變化，進一步加深學生對物理原理的理解，以此掌握豐富的課外物理知識。

此外，在高中物理“機械振動”單元學習中，學生將學習“簡諧運動”“單擺”“受迫振動和共振”等知識。為了使學生能夠拓展認知，學習有關“機械振動”的課外物理知識，教師也可以合理利用信息技術，如通過虛擬仿真實驗對極端條件下的振動現(xiàn)象進行分析探究；利用Unity3D物理引擎工具，對地球內部三維模型進行構建，然后對物體從北極A點穿過地心抵達南極B點的簡諧運動進行模擬，在調整地球半徑、引力常數(shù)等參數(shù)的基礎上，將物體運動軌跡和周期變化情況實時顯示出來，并對物體繞地球近地面飛行的周期進行對比，引導學生結合之前學習的“圓周運動”知識進行分析，如分析兩種路徑用時差異的致因，進而加深對“簡諧運動中回復力和位移之間的線性關系”的理解。具體而言，在上述虛擬仿真實驗過程中，通過探究極端條件下的振動現(xiàn)象，可揭示簡諧運動處于非理想條件下的應用情況，包括地震波傳播、地球內部物質分布情況等，幫助學生拓展課外知識。

四、利用信息技術優(yōu)化教學評價

教學評價是課堂教學的重要環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)教學模式下，物理教學評價以教師單方面的評價為主，且以結果為導向，忽視了對學生學習物理知識過程的了解，也難以客觀、全面地了解學生的學習成果，從而影響物理教學評價的客觀性、全面性及有效性。要提高物理教學評價的有效性，教師需深入了解課堂教學實況，包括教師自身教學效果、學生對課堂知識的掌握情況等，并確保教學評價信息能夠為課堂教學改進提供有效的參考。為優(yōu)化物理課堂教學評價，教師可以合理利用信息技術，對學生在物理課堂上的學習行為、表現(xiàn)數(shù)據進行分析，在全面評估學生物理學習情況的基礎上，持續(xù)優(yōu)化和完善教學評價體系，從而促進學生物理學習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“機械振動”章節(jié)教學評價為例，一方面，教師可以合理利用信息技術，借助在線測試系統(tǒng)或者自動評分軟件，設計有關“機械振動”知識點的測試題，對學生的答題數(shù)據進行自動收集、分析，進一步生成詳細的評價報告。在分析學生答題情況的基礎上，全面了解學生對“機械振動”知識的掌握情況，找出學生在學習過程中遇到的重難點問題。另一方面，教師可以采取多元評價方式，對學生的物理課堂學習過程、結果進行評價，提倡學生自評及互評，利用網絡教學平臺提交自評、互評報告，了解教師、同學對自己學習情況的評價，進而取長補短，不斷提升自我。

此外，教師可以結合課堂評價結果，利用信息技術為學生構建電子學習檔案，并結合學生近期課堂學習表現(xiàn)適當鼓勵學生，使學生對物理知識產生濃厚的學習興趣，并能客觀、理性地了解自身學習能力情況，揚長避短，進而達到持續(xù)提升物理學科核心素養(yǎng)的目標[6][7]。具體而言，教師可結合學生學習實際情況，構建模塊化的電子學習檔案。模塊一為課堂表現(xiàn)雷達圖，利用課堂互動系統(tǒng)（如Classln）以及AI攝像頭表情分析、小組協(xié)作任務記錄等功能，實時生成班級學生課堂參與度、問題解決能力以及創(chuàng)新思維等維度的雷達圖，并對學生在課堂中的表現(xiàn)差異進行量化處理。模塊二為知識掌握熱力圖，在信息技術加持下，利用問卷星、智學網等在線測試平臺，借助實驗數(shù)據上傳系統(tǒng)，動態(tài)更新學生對間歇運動特征、周期公式推導、受迫振動臨界點等相關知識點的掌握情況。模塊三為能力發(fā)展軌跡，利用信息技術，通過Python/MATLAB仿真實驗報告、物理建模作品（如橋梁共振設計）跨學科項目成果獲取相關數(shù)據信息，詳細記錄班級學生從定性分析至定量建模、從單一知識的應用到多學科融合能力提升的過程信息。模塊四為教師一學生對話窗，利用語音轉文字系統(tǒng)，如訊飛聽見、MarginNote在線批注工具等，完整存儲課堂追問記錄、個性化學習建議、學生反思日志等信息，有效形成師生雙向反饋閉環(huán)。當然，在建立模塊化電子學習檔案之后，教師還可以利用自然語言處理（NLP）技術，對學生實驗報告當中的語言模式進行分析，自動標注“經驗型描述”“概念混淆”“理論遷移”等認知階段，了解學生對相關物理知識的實際掌握情況。結合課堂表情識別系統(tǒng)的數(shù)據信息，如學生微笑頻率、皺眉次數(shù)，并根據課后訪談，生成“興趣度”“焦慮值”“自信心”等情感指標。如此利用信息技術優(yōu)化物理課堂教學評價，能夠全面了解學生課堂學習情況，為學生持續(xù)優(yōu)化學習提供客觀、真實、有效的信息參考。

綜上所述，信息技術在高中學科教學中的融合意義顯著，且信息技術的形式多樣，包括多媒體視頻技術、VR技術、大數(shù)據分析技術等，教師可以在課堂教學中靈活運用這些信息技術，促進教學效率及教學質量的提升，發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]盧海春，尹白順.現(xiàn)代信息技術與高中物理實驗教學的融合應用[J].物理教師，2023，44（5）：51-53.

[2]王光賀.探析信息技術與高中物理教學的深度融合[J].廣西物理，2022，43（4）：202-204.

[3]鄭秀蘭.關于信息技術與高中物理教學融合的思考[J].亞太教育，2022（23）：139-142.

[4]段斌.信息技術與高中物理實驗教學融合的實踐研究[J].科技資訊，2021，19（9）：151-153.

[5]耿碧玉.信息技術與高中物理實驗教學融合的策略[J].科技資訊，2021，19（7）：26-28.

[6]楊紅梅.信息技術與高中物理實驗教學融合的策略研究[J].科技資訊，2020，18（14）： 23+25

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

（責編周翠如）