信息技術環境下高中物理探究學習策略研究

陳利軍 （江蘇省淮陰中學）

物理是中學階段的重要科目，高中物理教學不僅承擔著提高學生綜合素質、推動學生健康發展和豐富學生人格魅力的重要責任，而且需要把學生思想行為帶上正軌。在這種條件下，很多學生對高中物理學習產生迷茫和恐懼心態。如何打破這種困境，實現物理學習的靈活生動轉變，成為廣大教師和教育工作者不得不思考的問題，高中物理教學需要進行相應的實踐探究操作。教育部門頒發的綱領性文件指出，基礎教育改革是社會各界廣泛關注的話題，在對相關課程體系、課程結構、課程內容進行改革或調整時，需要創建與學生學習成長相適應的教學模式。高中物理教學宗旨包括：徹底轉變以往的灌輸式教育思想，提高學生學習物理的積極性和主動性，讓學生在學習基礎知識和科學概念的過程中，樹立先進科學的發展觀念；教師要轉變以往的教學態度，把對學生的局限和束縛轉變成學生學習成長的不竭動力，激發學生思考探索的想法和意愿，讓學生在物理學習過程中能夠發現問題、思考問題并且解決問題，了解物理學科所蘊藏的巨大魅力。調查研究表明，傳統物理教學會對學生思考探索能力造成很大限制，信息技術的產生與發展，為學生思考探索提供了更廣闊的發展空間，同時為教師教學提供更多參考借鑒方案，高中物理教學質量和學習效果都達到全新高度。

一、高中物理教學常見信息手段

（一）線上學習平臺-智學網等應用程序

智學網等應用程序是科大訊飛自主開發的一款AI+大數據教學服務平臺，主要包含教師端、學生端、家長端和智學網校等板塊。智學網在國內一萬多所學校中推廣使用，服務對象高達兩千多萬人次，是中國目前為止擁有較大規模、較高智能、較完整體系和應用效果比較突出的個性化教學服務平臺。智學網的發展目標是建立以學生為核心的學習評價系統，提高教師檢驗考核的靈活性和準確性。智學網應用程序根據不同受眾群體提供個性化服務，能夠幫助教師制定特色教學方案，為學生創造個性化學習環境，為父母提供健康的管理平臺。與此同時，該應用程序具有很強的系統性和完整性，具備“選題組卷——批改——學情分析與報告——個性化作業”等連貫流程，利用大數據信息科技對部分功能和用途做出調整，從而增強線上學習平臺的優勢和價值。

（二）線上教學視頻-簡易學習網

北京簡單科技公司于2007年成立，公司致力于中小學教育事業的研究，同時提供了大量的高中物理教學視頻以及課程資源。該平臺教學內容與教材保持同步，分別設有“同步基礎課”“同步提升課”“滿分沖刺”等不同難度的課程，能夠滿足不同水平和要求的學生自主選擇學習板塊，做好課程內容的練習與鞏固。簡而言之，線上教學是在傳統教育基礎上，對課程內容和學習資源進行的延伸與擴展，線上教學通過利用個性化教育錄像，最終實現以人為本、因材施教的教育目的。網絡教育相對于傳統教學方式，具有很強的先進性和科學性，信息技術的引進和融入能夠徹底打破時空限制。使學生能夠在任何時間、任何地點進行自主學習，不但使學生對所學知識有著更深的理解，同時增強學生學習的積極性和主動程度。有效解決優質教育資源分布不合理的問題，促進教學資源利用和分享，為高中物理教學提供參考和借鑒。

（三）電子白板—“希沃”

交互式電子白板在推動教學改革與教育事業信息化發展過程中起到不可或缺的作用，電子白板的產生和應用使多媒體教學更加豐富。交互式電子白板融合了傳統黑板與多媒體教學平臺的雙重優勢，既具有普通黑板的書寫交流功能，也具有多媒體教學工具的豐富特征，真正實現人機交互和信息覆蓋。“希沃”互動電子白板把計算機與電子白板連接起來，然后利用投影設備把計算機中的各種教學資源投射到電子白板上。并且在專門的操作軟件當中實現對粉筆和其他書寫工具的徹底替換，構建出一套簡單高效的教學模式。電子白板的引進使用既能提高課堂教學成效，又能激發學生的學習興趣，讓學生全神貫注地參加課堂學習，增強電子白板應用能力和使用效果。在過去的教學當中，教師需要把教材內容書寫在黑板上，這會導致學生對物理教學產生厭惡和恐懼，最終喪失課堂學習的積極性和主動性。教師在“希沃”互動電子白板上進行知識內容的書寫時，還可以通過多媒體教學軟件及網絡資源完成課堂內容的講授，增加師生交流與互動頻次，把課堂教學氛圍烘托到最佳程度。傳統多媒體課件都是由教師通過計算機向學生展示，在實際應用過程中，不能迅速補充或講解。例如，在物理演示實驗中，需要把實驗數據填入具體表格中，不僅繁瑣而且容易造成數據丟失和遺漏。這也導致學生在課堂上浪費很多的教學時間，師生交流與互動被明顯壓縮。而利用“希沃”互動電子白板，教師可以實時進行講授和注解，把教學重心與核心內容刻畫出來。不僅如此，“希沃”互動電子白板能夠實現多人聯動操作，教師與學生能夠同時使用電子白板，這對課堂教學質量和教學成效而言無疑是巨大的推動作用。

（四）虛擬實驗室— NOBOOK物理虛擬試驗

在 NOBOOK物理虛擬實驗系統的支持輔助下，實驗室可以分成多個板塊，分別是力學、力和運動、電磁學、家庭電路、聲學、光學、熱學、近代物理等。實驗室不同板塊具有不同的優勢和價值，如，利用機械發動機建立的實驗平臺，可以自由調節空氣阻力、重力加速度等實驗條件，再現“理想”和“非理想”兩種實驗狀態，充分利用想象設計新實驗。在電路引擎的支撐下，電、磁模塊制造出電場和磁場環境，能夠模擬不同電荷相互作用的場景，方便磁極之間的相互作用。學生也可以在這個平臺上進行開放式的探索操作，做好線路連接和優化部署工作。力與運動板塊主要提供彈簧、輕桿、輕繩、導軌等實驗材料，并且營造出重力場、電場、磁場等多種實驗環境。不僅可以進行自由落體運動的研究，還能進行平拋運動、機械守恒定律驗證，很多傳統實驗無法實現的探索和研究都能在虛擬實驗室完成，例如，發射地球衛星、帶電粒子在電、磁場環境中的運動軌跡等。

二、信息技術環境下高中物理探究學習策略

（一）創造情景，引導學生提出問題

提問是探究式學習的基礎和關鍵，它能激發學生的探究欲望和動機，引導學生進入積極探索和研究的學習狀態。物理問題是在物理環境下誕生的，學生在觀察物理場景中的概念信息時，容易產生疑惑和困惑，進而逐步發展成為新的問題。因此，在實施探究性教學過程中，創設探究性情境是一項十分必要的工作。探究情景的設置應與教學目標相適應，盡可能符合學生的認知水平，適應學生發展規律，同時要有大量的實物資料，形式要生動、形象、便于理解。與傳統課本、教師傳授方法相比，由計算機多媒體和互聯網為主導的信息科技，更容易建立與學生生活、學習環境相關聯的“情景模式”。通過運用多媒體聲音、圖像、動畫、視頻等手段，可以把學習內容變得更加生動有趣。豐富學生學習感受和認知體驗，讓學生在思考探索過程中產生問題和疑慮，培養學生勤于思考和勇于探索的精神，在問題形成之后，更加積極主動地投身問題解決方案的思考與研究當中。

在“人造衛星宇宙速度”的教學中，教師可以通過信息技術來分別創造下列情景：蘇聯首顆人造衛星發射成功案例；中國第一顆人造衛星發射案例；中國航天事業首次實現繞地飛行案例；同時包括神舟六號成功飛天案例。教師可以選擇恰當的時機提出疑問：這些東西是如何在宇宙中飛行的？學生由此產生問題。教師利用多媒體教學軟件演示不同拋出速度下的物體運動軌跡。學生進一步產生物體是否能夠拋向太空的疑問。這些猜想自然而然地引起學生的關注和重視，進而增強學生探究物理現象和相關原理的興趣程度。

（二）觀察問題，提出假設

物理探究性教學的關鍵在于對物理問題的假定，這也是整個物理探索過程中最神秘、最誘人的環節。常規的物理實驗方法在展示某些物理現象時，往往會給學生帶來很多限制，而某些模糊的物理探究過程也會造成學生產生厭惡、恐懼心態，人類可以迅速處理并記住直覺類的訊息，這種訊息可以幫助我們思考和探索。在這種條件下，信息技術使傳統物理教學得到延伸和擴展。學生可以用模擬實驗對物理現象進行檢驗和探查。通過調整數量關系，可以改善模型或者假定條件。信息科技可以讓學生看到自己的問題和成果，幫助學生進行更深入的研究或者探索。

運用信息科技，能夠由快變慢，由動至靜，全面客觀地觀察問題，讓學生透過問題觀察和理解，撥開迷霧，發現有價值的線索，從而得出合理的假定。合理利用信息技術的多方位攝像或透徹的立體模擬，讓學生從多角度、多渠道思考探索問題，把看不著的微觀理論通過宏觀現象表達出來。利用信息科技建立最真實的實驗全息動態畫面，激發學生思考探索精神，讓學生合理猜想或者有效分析，在多種可能性的情況下，作出合理的決策、發現問題的假定條件、明確具體論證方向和論證依據。

在教授“人造衛星宇宙速度”的時候，教師可以制作一個假設的多媒體課件：把相同的物體在山上以不同的初始速度扔出四條軌道。教師設疑：通過對四個軌跡的觀察和對比，你會從中找出哪些問題？為什么所有的東西都會掉到地上？同學們在課堂上進行問答。教師總結：1.物體在重力的作用下，都會向下墜落。2.一個物體的初始速度愈高，它的飛行距離就愈大。教師設問：從這四個軌跡中，你還能想到些什么？學生中有人說：物體運動速度越快，發生離心運動的可能性越高；部分學生認為：物體也許會飛出太陽系；還有人說：天體會繞著地球運行。教師通過對學生的猜想和假設進行深入思考，然后提取有價值的訊息，并對敢于猜想和假設的同學進行鼓勵和肯定。

（三）利用信息技術開展探究實驗

在信息技術的背景條件下，中學物理實驗應該采用多媒體方式進行，因為物理學科具有很強的包容性和覆蓋程度，大到天體，小到粒子，每個實驗都有詳細的操作步驟和注意事項，因此，物理實驗是非常嚴謹的，如果學生不能正確地完成每一步操作，就會影響到實驗效果或者原理判定。在這種條件下，教師利用多媒體手段開展物理教學，使實驗過程能夠生動呈現，學生記憶也會更加深刻、清晰。如，教師要用動畫來模擬地球周圍的人造衛星，還可以用盧瑟福的粒子散射做動畫，這樣可以讓學生對物理現象有一個清晰的認識，從而激發他們的求知欲和探索精神，積極主動地參與各個環節的學習探索過程當中。值得注意的是，在進行物理現象探究的時候，由于很多物理實驗都存在轉瞬即逝的情況，因此，學生很難在較短時間內了解物體發生變化的過程，利用多媒體教學，可以把原本短暫迅速的物理現象緩慢呈現給學生，讓學生有充足的時間觀察或者思考。

教師在給學生講解“自由落體運動”的時候，由于物體自由落體運動比較迅速，因此留給學生的觀察思考時間少之又少，僅靠具體的試驗很難讓學生理解。此時教師可以利用動畫來模擬自由落體，并將其下落的過程進行緩慢播放，使學生能夠看到物體整個運動過程以及速度變化情況。同時，教師也要利用計算機等先進設備，合理地設置物體在同一時間間隔內的位置，并鼓勵學生通過觀察思考來了解物體的運動規律。高中階段的學生理論知識相對豐富，但他們的抽象思維比較弱，對于很多比較隱晦的知識現象理解不準確或者不到位。

有些物理實驗本身就是一種非常危險的行為，一旦出現操作錯誤，就會導致設備損傷，更有甚者會危及師生生命安全。針對這種實驗情況，如果不進行深入探索和有效交流，僅靠教師口頭講述，難以取得預期成效。教師通過合理利用虛擬物理實驗室，使物理實驗達到全過程模擬，既讓學生了解操作不當所造成的危害，又能深化學生對物理現象的觀察和記憶。如，教師給學生做電池試驗時，要求電池組不能短路，電流表的連接方式要符合相關要求，電壓計測量不能超出范圍。在進行實驗探索之前，教師要在虛擬實驗室中模擬各種錯誤操作的結果，使學生掌握正確的操作方法同時建立安全意識。因此，在中學物理實驗探究教學中，應采取多媒體教學模式相結合的手段，既要保證教學質量，又要提高教學成效，使學生對各種問題產生更深刻的理解或者認識，準確解決物理教學中的一些難點和疑惑。與此同時，教師要用正確的眼光看待這種教學方式，盡可能發揮信息技術的優勢和長處，把傳統物理教學上升至全新高度。