基于核心素養培養的高中物理信息化實驗教學

物理實驗教學的信息化不僅能夠提供豐富的教學資源，還能夠增強實驗的互動性和趣味性，進而促進學生核心素養的提升。高中物理信息化實驗教學融合了現代信息技術與物理實驗教學的內涵，致力于通過科技手段激發學生的學習興趣，培養其科學探究能力和創新思維能力。在這一教學模式下，學生學習物理知識的同時，通過實驗操作、數據分析和問題探究鍛煉了解決實際問題的能力。信息化實驗教學通過模擬實驗環境、虛擬實驗操作等手段，突破了傳統實驗教學的時空限制，提高了實驗的可操作性和安全性。因此，將信息技術融入物理實驗教學，對于實現學生核心素養的全面發展具有不可替代的作用。

一、高中物理教學中核心素養的概述

新課標視域下的教育亟需全面改革。在強調個人綜合素質的現代教育中，核心素養成為教育的重中之重。而對于物理而言，該課程本質上既嚴謹又充滿想象力，不僅是關于公式和理論的學科，更是一個探索世界、解決問題的舞臺。而核心素養不僅關注學生基礎知識的掌握，更關注學生綜合能力的發展，如批判性思維、問題解決能力和創新精神等。信息技術為學生提供了一個沒有時間和空間限制的學習環境，使每個學生都能在自己的節奏中深入學習與實踐，從而激發他們對物理世界的好奇心，鍛煉他們的獨立思考能力和實際操作能力。綜上所述，高中物理信息化實驗教學在核心素養培養中的重要性不容忽視，它是教育技術的革新，也是一次深刻的思想和方法論的革命。

二、高中物理信息化實驗教學中核心素養培養的價值

（一）廣開智慧門

在信息化的浪潮中，相較于傳統的教學，高中物理實驗教學的重心逐漸轉向培養學生的綜合素養和創造能力。信息化實驗不是新技術的簡單應用，而是一扇通向未知世界的大門，帶領學生進入一個充滿可能的新領域。這種教學方式能夠有效地拓寬學生的知識視野，使他們在探索科學原理的同時，感受到物理學與現實世界之間的密切聯系。當學生在實驗中使用現代信息技術，如數據采集、模擬仿真等，他們的思維模式會從傳統的接受式轉變為主動探索式，從而在未知的科學旅程中開啟智慧之門。

（二）練就實踐力

信息化實驗教學關注的不只是理論知識的掌握，更重要的是鍛煉學生的實踐操作能力。在實際操作的過程中，學生必須動手構建實驗裝置，調整實驗參數，這有利于培養他們對物理知識的理解和應用能力，也是對其解決問題能力的一種錘煉。通過反復的實驗設計，學生在不斷的試錯中學習，他們的實踐力逐步提升。這種以問題為導向的學習方式使學生在面對復雜問題時更加從容不迫，從而掌握解決實際問題的能力。

（三）激發新思考

創新是推動科學前進的不竭動力。在高中物理信息化實驗教學中，教師設計開放式的實驗項目，激勵學生跳出傳統教科書的框架，鼓勵他們自主探究和創新思考。學生可能會嘗試使用不同的方法來測量一個物理量，或者在模擬實驗中調整變量，探索新的可能性。這種教學模式不僅提供了一個自由探索的平臺，還激發了學生對物理學深層次問題的興趣和好奇心，引導他們在學術的道路上不斷探索和突破。

三、基于核心素養培養的高中物理信息化實驗教學策略

（一）采用信息實驗，深化教材內容

在當前的教育體系中，運用信息工具來深化教學實踐已經成為一種趨勢。而在高中物理教育中，將信息技術與教材內容相結合，不僅能夠激發學生的學習興趣，還能夠幫助他們更好地理解復雜的物理概念。在實驗之中，教師可以借助傳感器、數字化實驗設備等精準測量和實時展示物理量的變化，讓學生清晰觀察到各個物理量之間的關系，突破傳統實驗在數據采集和分析上的局限。同時，利用多媒體模擬實驗，再現微觀世界的物理過程，幫助學生理解難以直接感知的物理現象，促使學生深入理解教材知識，提升科學思維與探究能力。

以人教版高一必修一“實驗：探究小車速度隨時間變化的規律”為例，教師可利用傳感器技術，可實時采集小車運動過程中的速度和時間數據，精準捕捉小車每一時刻的運動信息，將其轉化為電信號并傳輸至計算機。在計算機軟件界面上，學生能清晰看到速度隨時間變化的動態數據展示，對實驗原理有更直觀、深入的認識，明白如何通過測量不同時刻的速度來探究速度與時間的關系，突破了以往僅依靠理論講解帶來的理解局限，培養了學生科學思維，讓他們學會用科學的視角去分析物理問題。

在該實驗的數據處理與規律探究環節，可運用數據采集軟件迅速將采集到的速度和時間數據進行整理，并自動生成速度 - 時間圖像，清晰直觀地展示速度隨時間的變化趨勢，以促使學生能夠更準確地觀察到圖像的特征，從中高效地總結出小車速度隨時間變化的規律。如此，便顯著提高了實驗效率和準確性，推進學生的科學探究能力的提升，讓他們在利用信息化工具探索物理規律的過程中，逐漸形成嚴謹的科學態度和方法，真正將核心素養的培養落到實處。

（二）結合生活領域，展示物理價值

在當今信息化時代，學生不僅需要掌握物理知識，還需要了解科技與社會的關系，以及科技在現實生活中的應用。教師改進教學策略，能夠引導學生深入了解聲現象在現代科技中的廣泛應用，從而培養他們的科技素養和實踐能力。實際上，在日常生活中，學生身邊有許多物理相關的科技或現象，自由落體運動、家庭電路、電器的運作等都與物理息息相關。教師可以從這些方面入手，引入相關物理知識，讓學生深刻意識到物理在生活中的應用，增強學習的興趣和動力，也幫助學生在學習中形成科學的世界觀和方法論，切實落實新課標中的立德樹人的教育理念。

以人教版高二選修一“實驗：用雙縫干涉測量光的波長”為例，通過將實驗內容與日常生活和現代科技緊密結合，能夠幫助學生更深刻地理解光的波動性及其在實際中的應用。在實驗教學中，可以利用激光筆、光傳感器和數據分析軟件等信息化手段模擬雙縫干涉現象，并通過測量干涉條紋的間距計算光的波長，讓學生直觀地觀察到光的波動特性，同時引導他們思考干涉現象在生活中的體現，如肥皂泡表面的彩色條紋、光盤表面的彩虹效應等，通過將實驗現象與生活現象聯系起來，學生能夠更好地理解光的波動理論，并認識到物理知識在解釋自然現象中的重要性。

而光的波長測量在現代科技中的應用更是極為廣泛，教師需要在教學中適度提出光纖通信、激光技術和全息成像等領域的作用，從中掌握實驗操作技能，進一步理解光的波長測量對科技發展的深遠影響。在實踐中，通過讓學生思考為什么光纖通信需要精確控制光的波長，以及激光技術在醫療、工業和娛樂領域的廣泛應用，有效培養學生的科學探究能力和創新思維，深化認識到物理知識在解決實際問題中的價值，由此實現核心素養的全面提升。

（三）具象物理概念，優化學生思維

在高中物理教學過程中，設計與信息技術相結合的教案是一種創新的嘗試。該方法旨在通過信息手段加深學生對物理概念的理解和應用。物理概念大多抽象難懂，傳統教學方式下學生理解和掌握存在困難。借助畫模擬、虛擬實驗等形式的信息化實驗，能將抽象概念轉化為直觀、形象的視覺呈現，讓學生清晰觀察到物理過程，有效幫助學生快速理解概念本質，促使學生能夠伴隨著這種直觀形式的解讀在頭腦中構建起物理模型，優化邏輯思維與抽象思維。

例如，在人教版高一必修三“實驗：電池電動勢和內阻的測量”教學中，電池電動勢和內阻是較為抽象的概念，學生僅從理論講解很難透徹理解其物理意義與測量原理，如果只是機械地按照步驟操作，就更加難以深入思考實驗背后的物理邏輯，不利于核心素養的培養。在信息化背景下，可以借助傳感器、數據采集器等信息化設備，能夠將實驗中的物理量進行實時、精準測量與直觀呈現，通過電壓傳感器和電流傳感器，可迅速采集電池在不同負載下的電壓和電流數據，并傳輸至電腦或大屏幕上展示，使得原本難以直接觀察和分析的物理量變化變得清晰可見，為學生理解電池電動勢和內阻的概念搭建起直觀的認知橋梁。

同時，根據學生自己的選擇，還能夠自動生成精準地展示圖像，學生只需通過觀察圖像的變化趨勢，分析數據與圖像的關系，就能夠深入理解電池電動勢和內阻在不同條件下的特性。在此模式之下，學生不再是死記硬背公式和結論，而是在探索圖像規律的過程中，主動思考物理量之間的內在聯系，邏輯思維和科學探究能力得到有效鍛煉，有助于他們逐步形成科學的物理思維體系，提升物理學科核心素養。

（四）交融相關主題，串聯知識體系

在高中物理教學中，教師可以采用融合不同主題的實踐策略，促進學生對知識的整體理解。高中物理知識具有較強的關聯性與系統性，借助信息化手段，以相關主題為紐帶能實現知識的有機整合，讓學生能夠清晰看到各知識點間的內在聯系，構建完整的知識框架，還能在實驗探究過程中，培養學生科學思維與探究能力，使其深刻理解物理概念和規律，提升運用物理知識解決實際問題的能力，達成核心素養的有效培育。

以人教版高一必修二“實驗：驗證機械能守恒定律”為例，機械能守恒定律涉及動能、重力勢能的轉化，與運動學、動力學知識也存在內在邏輯關系，通過信息化實驗教學，能夠將這些散落的知識以“機械能守恒”這一主題為核心有效串聯起來。同時利用多媒體資源、虛擬實驗軟件等信息化工具，能生動呈現實驗所蘊含的物理原理和知識關聯，幫助學生從更宏觀的角度理解物理知識體系。

在教學之中，教師可以借助動畫展示物體自由下落過程，將物體的位置變化、速度改變與動能、重力勢能的變化直觀呈現，讓學生回顧運動學和能量相關知識，為實驗探究做好鋪墊。實驗過程中，利用傳感器實時采集數據并通過軟件分析，展示動能與重力勢能的變化關系，使學生清晰看到在只有重力做功的情況下機械能守恒的現象。在后續討論環節，引導學生思考實驗與牛頓運動定律等知識的聯系，進一步強化知識串聯，讓學生切實掌握實驗技能，深化培養科學探究和科學思維能力，讓學生能深入理解物理規律，學會運用知識解決問題，提高實踐能力。

（五）優化反饋流程，及時解決問題

及時反饋能夠有效縮短教學周期，提高教學效率和教學質量。信息化手段讓實驗數據的收集與分析更高效，教師應利用這一優勢構建快速、全面的反饋機制。實驗過程中，借助傳感器、數據采集器等設備實時獲取學生實驗數據，通過教學平臺直觀呈現給師生。教師據此迅速了解學生實驗進展與問題所在，并鼓勵學生通過線上交流平臺主動反饋遇到的疑惑。針對從中反饋問題，及時給予學生個性化指導，對于共性問題則集中講解，如此能夠及時糾正學生實驗偏差，保障實驗順利進行，進一步促使學生深入思考，提升科學探究與問題解決能力，促進學生的全面發展。

例如，在人教版高三選修三“實驗：用油膜法估測油酸分子的大小”的教學中，學生按規范操作時，可使用高清攝像頭和數據采集軟件記錄實驗過程。高清攝像頭實時捕捉油膜在水面上的擴散情況，并將圖像傳輸至教師端，而教師通過軟件分析油膜輪廓，快速獲取油膜面積數據。在數據處理階段，學生將測量的油酸體積和計算出的油膜面積輸入系統，則立即反饋數據是否在合理范圍，若出現偏差，會提示可能存在的油酸濃度測量誤差、水面撒痱子粉不均勻等問題。教師借助這一實時反饋，精準洞察每個學生或小組在實驗操作與數據處理中的問題，為后續的針對性指導提供有力支持，確保學生能準確理解實驗原理和操作要點，逐步培養科學思維與探究能力。完成數據采集與初步分析后，組織學生進行線上小組討論，各小組在討論區分享實驗結果與遇到的困難，成員間相互交流看法，提出解決方案，以此營造積極的學習氛圍，促使學生能夠參與，以便于培養其核心素養。

四、結語

綜上所述，基于核心素養培養的高中物理信息化實驗教學是一種創新的教學策略，該策略旨在通過融合信息技術和物理教學內容有效提升學生的科學素養和實驗技能。在實踐應用中，這種教學模式能夠激發學生的學習興趣，加深他們對物理現象的直觀理解，并提高他們解決實際問題的創新思維和應用能力。因此，教師應積極探索并應用各種信息化工具和資源，以豐富教學內容和教學方法，從而更好地滿足學生的學習需求。這樣的教學改革能夠更有效地培養學生的綜合素質，為他們將來的學術和職業生涯奠定堅實的基礎。