高中物理教學中融合信息技術開展科學探究的路徑探析

李捷　戴穎

摘? ?要：在教育信息化2.0背景下，將信息技術融入到實驗教學中，探索將信息技術應用于高中物理教學中培育學生科學探究素養。基于大數據精準掌握探究問題、形成猜想和假設；融合技術優化實驗探究方案，獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋；應用技術建構多元交流平臺，對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思。

關鍵詞：科學探究；信息技術；高中物理教學

《普通高中物理課程標準》指出，高中物理課程應通過多樣化的教學方式，利用現代信息技術，引導學生理解物理學的本質，整體認識自然界，形成科學思維習慣，增強科學探究能力和解決實際問題的能力[ 1 ]。信息技術與教學深度融合逐漸成為新課改下現代教育的必然趨勢，基于信息技術開展物理教學，能更好地引導學生理解物理學本質、培育科學思維、增強科學探究素養。教育技術學被視為教育學中最前衛、最活躍、最主動、最實用、最富有生命力的學科[ 2 ]。信息技術的迅速發展改變了人們的生活方式，促進了教學方式的變革。新穎的教學模式能更有效調動學生的學習熱情，激發學生積極主動地去學習；基于大數據、網絡互聯、“可視化”技術等信息技術的科學探究活動更精準、更形象、更生動、更高效。

“科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素[ 1 ]。基于信息技術圍繞問題、證據、解釋、交流四個要素在高中物理教學扎實開展教學實踐活動，提煉出基于信息技術培育高中學生科學探究素養的策略并應用到教學實踐中，可取得良好的教學效果。

1? 基于數據精準掌握探究“問題”

“科學探究”中“問題”要素主要指“提出問題”“猜想與假設”兩個方面，對于培養高中學生科學探究素養而言，基于大數據能精準掌握探究問題。精準教學可以作為智慧學習生態中的高效教學方法，與精熟學習（Mastery Learning， ML）一起，分別在準確程度與掌握程度兩方面支持著智慧教育的發展[ 3 ]。在大數據技術的支持下，教師能夠更加及時、準確地掌握學情，能夠更有針對性地制定教與學的策略，開展精準教學。

（1）準確掌握學情，精準設計探究問題。教師在科學探究活動前通過大數據能準確掌握學情，精準設計教學情境，啟發引導學生有效提出問題。在展開探究教學之前，教師可以利用大數據分析課程內容，采集有效的實驗資料，通過對整個實驗流程的精準控制明確誤差比率，掌握有利于保證實驗結果準確性的要領等。教師在全面掌握實驗基礎上，精心選擇實驗教學資源、設計精準啟發性問題，高效導引學生提出探究問題。

（2）跟蹤探究過程，掌握生成性問題。科學探究活動中基于大數據有效跟蹤探究過程，啟發引導學生提出“猜想與假設”，掌握生成性問題。在互聯網大數據快速發展的背景下，數據收集、統計、反饋的軟件已非常成熟且使用便捷。課堂教學中應基于數據軟件進行及時、精準互動反饋，讓課堂教學有更強的針對性[ 4 ]。教師可以利用信息技術記錄每個學生的實驗探究情況（如：基于信息技術平臺統計回答問題的準確度情況、學生科學探究實時問題、學生實驗完成情況、困惑問題），生成精準的數據，教師可以實時掌握實驗探究過程中的生成性問題，及時調整教學安排，及時開展答疑解惑以及個性化指導。

（3）生成過程數據，解決發展性問題。科學探究活動結束后基于生成的過程數據，科學安排后續教學活動，解決學生發展性問題。在信息技術的輔助下，教師可以建立每名學生的實驗學習個人文檔，其中詳細地記錄著學生探究活動的表現，如：實踐操作的成功率、與教師的互動次數、回答問題的準確度，直觀地反映出每次探究活動的具體表現。教師可以利用大數據進行科學的分析，發現他們的進步和不足之處，明確日后探究教學的具體方向，便于展開個性化輔導，促進后續精準教學的進一步落實，解決教學中的學生發展性問題。

2? 融合技術優化“證據”獲取方案

“科學探究”中“證據”要素主要指“制定計劃與設計實驗”“進行實驗與收集證據”兩個方面。在教育信息化2.0背景下，教師融合技術創新探究教學授課模式，優化探究教學方案，讓學生真切地參與到“制定計劃與設計實驗”“進行實驗與收集證據”流程中，培育學生設計探究方案、收集信息、獲取證據的能力。

（1）融合信息技術優化探究方案。在教育信息化2.0背景下，教師可以從以下三個方面創新教學方式，優化科學探究教學方案。第一，應用信息技術豐富探究教學資源。教師借助網絡搜索、收集、選取圖片、視頻、動畫等多種形式教學資源，既可以更形象、更生動、更高效地開展教學，還可以有效吸引學生的注意力、激發學生學習興趣，主動參與到科學探究活動中。第二，應用信息技術優化科學探究過程記錄和結果展示。師生可以利用信息技術（如影像、數據采集器）對實驗過程、現象、結果進行高效、真實記錄；利用信息技術（如圖片、視頻、動畫、軟件等）對探究過程、實驗現象、探究結果等進行高效、真實展示，既形象直觀又真實有趣，也方便師生交流探討。第三，應用信息技術提升科學探究分析的精準性。師生可以利用信息技術（如傳感器、數據處理軟件、仿真平臺）對實驗現象、結果進行精準分析，讓科學探究活動更加貼近真實生活，引導將所學內容應用到生活實踐中，培養學生科學探究精神。

（2）融合信息技術豐富探究過程。科學探究過程中證據的獲取可以采取觀察、調查、實驗等方式。在教育信息化2.0背景下，教師基于信息技術優化實驗教學方案可使觀察更清楚、調查更準確、實驗更高效。第一，基于信息技術（如視頻直播、微課、高清圖片等）可使科學觀察更清楚、更高效。魯科版高一必修第一冊“重力與重心”中“重心與穩定”的探究中，教師可以課前制作微課，課堂引導學生觀察：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定性，讓學生在觀察中領會“重心與穩定”的關系，即清楚又高效。第二，基于信息技術（如問卷星、微信、QQ等）可使科學調查更準確、更高效，可以有效彌補傳統的科學調查的不足。第三，基于信息技術可使科學實驗更精準，比如傳感器結合數據處理軟件，可以引導學生開展更精確的科學實驗，培育學生科學探索精神。

（3）融合信息技術提升證據效度。科學探究過程中極其重要的一個環節就是收集證據（數據），而基于信息技術可提升證據效度，使證據（數據）收集更精準、更可視化、更低成本。利用傳感器可以收集到更精準的數據，利用Tracker等軟件可以使現象更可視化，仿真模擬技術的使用成本更低且能使學生深入理解難完成、難實現的實驗現象。利用信息技術可幫助學生更準確地了解物理現象、理解物理學本質、提升科學思維。以山科版高一必修第二冊“運動的合成與分解”為例，教師可用Tracker軟件追蹤紅蠟塊的運動。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，經過相同的時間回到管底。紅蠟塊實際發生的運動是這兩個運動合成的結果，教師用Tracker軟件追蹤紅蠟塊的運動，并建立坐標分別分析水平方向的運用和豎直方向的運動特點，將定性實驗進階到定量研究，引導學生總結出什么是分運動，什么是合運動。

3? 應用技術提升“解釋”“交流”效益

“科學探究”中“解釋”要素主要指“分析與論證”“評估”兩個方面，“科學探究”中“交流”要素主要指“交流與合作”。在信息技術的支持下可使得物理實驗更加直觀、科學、嚴謹，幫助學生在多元化的實踐中獲得準確的結論，使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結果；培育學生具有交流的意愿與能力，能準確表述、評估和反思探究過程與結果，全面培育學生科學探究素養。

（1）應用信息技術豐富“解釋”“交流”的手段。《普通高中物理課程標準》指出，要培育學生能使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結果和變化趨勢。應用信息技術能極大豐富“分析與論證”的手段，能用表格、圖形、圖像呈現信息；能用表格、數學公式高效分析信息；能用動畫、軟件有效模擬物理情境。在教育信息技術沒有得到普及之前，師生實驗教學交流時多是利用語言的轉述，缺乏一定的直觀性，很難準確表達，也很難讓師生保持注意力的集中，導致實驗教學質量得不到保障。利用信息技術，可以將無法操作、演示的內容、語言不易表達的內容以圖畫、視頻、動畫模擬、仿真實驗的形式呈現，增強學生對實驗過程、現象、結果的了解，提升交流準確性，為物理綜合素養的提升打下扎實基礎。

（2）利用信息技術增強“解釋”“交流”的意愿。在高中物理實驗教學中，將信息化技術與課堂教學活動有效融合在一起，不僅符合現代教育的發展趨勢，起到優化課堂結構的作用，還能拉近師生間的距離，實現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，讓教師和學生、學生與學生之間有了更多的交流機會和平臺。

（3）基于信息技術拓展“解釋”“交流”的時空。教師利用信息技術可以進行有效的課前指導交流，幫助學生自主學習，讓每個學生在實驗前做好個性化準備；利用信息技術進行模擬、仿真能鍛煉學生的邏輯思維；利用信息技術制作規范操作視頻，可以科學規范指導學生實驗操作；利用信息技術可以布置個性化課后作業，促進學生對課程內容形成深層次的理解，實施精準教學；對于物理基礎相對薄弱的學生，通過融合虛擬仿真技術能幫助他們加深對實驗知識的記憶，鍛煉思維的深刻性，實現高效率的教學目標。

另外，基于信息技術培育高中學生科學探究素養要強化“學習中心”地位。可以從以下幾個方面著手：第一，注重學生的參與性，通過具體的操作使得學生生成一定的科學思維，學會用辯證的角度思考問題，勇于提出不同的觀點或想法，秉持著質疑精神解決實際問題；第二，注重科學探究的整體設計，不局限于教材中提供的信息，讓學生參與到科學探究的完整流程中，在充分體驗的影響下對物理產生研究興趣，培養他們的科學探究素養；第三，提高信息技術與科學探究教學融合的重視程度，在信息技術的輔助下開展科學探究活動，培育學生探究素養。第四，需要強化教師提高教師信息技術應用的自覺性和主動性。學校應組織教師對教育信息化2.0背景下的物理科學探究教學進行深入研討，不僅要讓教師意識到信息技術對探究教學的重要性，還要讓教師在日常教學中以積極的態度將信息技術應用到到探究教學實踐中，基于信息技術開發探究教學資源，利用信息技術合理安排探究教學流程。這對教師自身的專業素養也提出較高的要求，教師應秉持“終身學習”的理念，在不斷的研究中為學生呈現高質量的探究教學。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020 年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020（5）：3，5.

［2］ 李芒，張華陽.論教育技術的三大天鍵矛盾[J].中國電化教育，2022（9）：1-15.

［3］ 祝智庭，彭紅超.信息技術支持的高效知識教學：激發精準教學的活力[J].中國電化教育，2016（1）：18-25.

［4］ 李永程.以學生為中心：大數據背景下智慧教學的思考與實踐[J].福建基礎教育研究，2019（7）：22-23.