數字化技術輔助高中物理項目式教學實踐探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2025）19-0113-04

項目式教學強調通過讓學生參與真實的項目實踐、問題驅動的形式，來發展學生的探究能力、批判性思維和協作精神。高中物理課程作為培養學生科學素養的核心學科之一，具有復雜的知識結構和較強的邏輯性。傳統的物理教學模式以教師講授為主，注重概念傳授和知識記憶，忽視學生在學習過程中自主探究和動手實踐的能力發展。在高中物理教學中引人項目式教學，既符合新課標對培養學生核心素養的要求，也有助于提高學生的學習興趣和動手能力。

一、理論基礎

（一）項目式教學的現狀及問題

項目式教學的核心在于讓學生圍繞真實或模擬的物理問題，開展自主探究、合作解決的項目活動，激發他們的學習動機。與傳統教學相比，項目式教學在物理學科中能夠讓學生更直接地接觸物理概念和規律，進行動手實驗、數據分析和結論推導等活動，切身體驗科學探究的過程。項目式教學對增強學生的學習興趣、自主學習能力和合作意識具有促進作用，在較為復雜的物理問題中，引導學生親身參與實驗設計和問題解決過程，能夠有效提升他們的批判性思維和創新能力。

項目式教學通常需要更多的教學資源支持和實驗設備條件，而部分學校受限于硬件設施不足，無法為每個項目提供充足的物理實驗器材，導致學生在項目開展過程中可能缺乏足夠的操作機會。高中物理的知識難度較大，學生在項目中自我管理和問題解決能力的不足也會導致項目活動偏離預期目標。教師在項目式教學中角色的轉變也面臨適應問題，項目式教學要求教師更多地扮演“引導者”角色而非“傳授者”角色，這對傳統的教學觀念提出了挑戰。項目式教學中實現有效的學生引導、保持教學活動的目標一致性，成為教師普遍面臨的實際困難。

（二）數字化技術在教學中的應用與瓶頸

在高中物理這一高度依賴實驗和數據的學科領域，數字化技術的應用為項目式教學提供了新的支持路徑。數字化技術能夠有效拓展物理實驗的實施條件，學生能夠在數字環境中開展復雜的實驗項目。例如，數字化傳感器能夠幫助學生實時獲取實驗數據并將其可視化，為物理現象的觀察和分析提供更加直觀的體驗。虛擬實驗室和仿真技術也為學生提供了豐富的實驗環境，補充了實際實驗條件的不足。學生在虛擬平臺上進行實驗設計、數據記錄和結果分析，提升項目式教學的靈活性和操作性。盡管數字化技術在教學中展現出諸多優勢，但其應用也存在一些瓶頸問題。數字化設備和軟件的使用需要學生具備一定的數字素養，而當前高中生的技術水平參不齊，部分學生難以迅速掌握設備操作技能。教師在運用數字化技術進行項目式教學時，面臨設備管理、軟件選擇及教學設計等多方面的難題。學校的技術支持和教師的專業培訓不足，導致數字化技術的應用難以在項自式教學中完全發揮其應有的作用。

（三）創新點與策略定位

在現有數字化技術輔助教學的研究基礎上，探索更為適合高中生學習特點的數字化工具與項目式教學結合路徑，優化實驗數據的采集和分析流程，為學生提供便捷的實驗支持，引人靈活的數字化評估手段，幫助教師更好地了解學生在項目中的學習成效。在教學設計中注重策略性引導，提出基于學生個體差異的技術支持方案，幫助學生逐步提升數字素養，應對數字化技術使用中的操作挑戰。

二、數字化技術在物理項目式教學中的策略設計與實施

（一）項目任務設計與學生引導

借助數字化工具，教師能夠設計出多樣化、富有吸引力的任務，實現對學生的有效引導，并為他們的自主學習和思維發展創造條件。在任務分配方面，數字化工具的引入提高了教師對項自的組織能力。教師利用數字化平臺將任務分解為多個階段，每個階段的任務根據學生的學習進度進行動態調整，以圖表、視頻或交互式的任務描述形式進行呈現，學生能夠更清晰地理解每個任務的目標和要求。數字化工具的使用也讓教師能夠實時監控學生的任務完成情況，及時對出現的問題進行個性化的指導和反饋。

數字化平臺展示物理概念和現象，還提供基于學生水平的多層次問題。例如，在學習“牛頓第二定律\"這一主題時，教師利用數字化仿真工具設計出不同質量和加速度的物體，讓學生觀察實驗現象并提出問題，探究物體受力與運動關系。借助這些數字化仿真工具，學生能夠通過直觀的視覺體驗加深對物理現象的理解，還能夠在與仿真實驗的互動中發現問題，激發探究興趣。數字化工具還支持學生在學習平臺上記錄思考過程和問題反饋，教師能夠全面了解學生的思維路徑，對教學設計進行有針對性的調整。基于數字化的任務設計和問題引導，幫助學生在項自中獲得科學探究的體驗，豐富的互動方式激發了他們的學習興趣和創新意識

（二）數據收集與實驗分析的技術支持

數字化技術在這個過程中提供了技術支持，學生能夠更加高效、準確地完成實驗任務。在傳統的物理實驗中，數據的測量和分析往往需要耗費較多時間，學生在操作過程中也會受到人為誤差的干擾。數字化技術的引人，使這一過程得到極大的優化。例如，數字化傳感器實時采集物理量的變化，如溫度、壓力、速度等，并直接將數據傳輸至數字平臺，供學生分析。學生通過數字化平臺能夠直觀地觀察數據隨時間的動態變化，理解實驗過程中的物理規律。實時數據采集的方式減少了人為測量誤差，提高了實驗數據的精確度，使得學生能夠將更多精力投人數據分析和理論推導中。

數字化技術也為學生提供了多種分析工具和可視化手段，他們能夠更全面地理解數據內涵。例如，學生使用數據分析軟件將實驗數據轉化為圖表、曲線，與物理理論進行對照找出數據間的關系和規律。數據分析工具的輔助，有助于學生將抽象的物理概念與具體的實驗數據相結合，增強對物理規律的直觀理解。教師還可以引導學生應用數字化技術進行假設驗證，在實驗數據的基礎上提出假設并進行驗證試驗，學生在不斷地實驗調整和數據分析中逐步深化對物理知識的掌握。

（三）成果展示與互動反饋

借助數字化工具，教師能夠為學生創建更具互動性和可視化的展示平臺，學生在項目成果的分享中更加自信，加強了團隊成員之間的合作與交流。數字化工具的應用使成果展示更加生動，還提升了展示效率，促進學生的深度學習與反思

數字化平臺能夠支持多種形式的展示方式，學生能夠更加靈活地呈現項目成果。學生通過多媒體平臺將實驗結果制作為幻燈片、視頻或可視化的數據圖表，便于清晰直觀地展示實驗結果和發現的規律。學生還可以利用數字化工具制作動態模型、模擬動畫，演示項目中的實驗過程和物理現象，讓展示更加生動形象。數字化展示方式改善了傳統課堂中單一的文字或圖表展示形式，也讓學生的思考過程更加直觀易懂，有助于增強他們的表達能力和展示信心。

在學生展示項目成果的過程中，數字化平臺允許其他學生或教師進行即時反饋。教師利用在線評估工具對學生的展示進行實時評價，提供個性化的建議與鼓勵。數字化平臺還實現了同伴間的反饋互動，學生通過在線評論、問答等功能發表自己的見解，向展示者提出問題或分享自己的思考。多層次的反饋機制有效地促進了學生之間的交流，在相互評價和討論中取長補短，加深對項目內容的理解。

（四）案例分析

在一個關于“彈性碰撞與能量守恒”的項目式教學案例中，教師利用數字化平臺將學生分為若干小組，每組負責完成不同條件下的碰撞實驗，在項目完成后通過數字化展示呈現實驗結果。各小組使用傳感器實時采集小球碰撞前后的速度、質量等數據，在數據分析軟件中生成碰撞過程中的動量、能量圖表。學生將數據可視化成果上傳至共享平臺，使用幻燈片和視頻結合的方式詳細演示不同碰撞條件下的能量變化情況。為了加深理解，教師還引導學生利用仿真軟件模擬不同碰撞條件下的能量分布情況，讓同學們觀察到實際實驗與理論計算的差異，鼓勵他們在展示過程中總結數據誤差的原因和可能的改進方向。

教師利用在線平臺對各組的展示進行即時評價，指出數據處理的優點與不足，建議改進的方向。其他學生也在展示后發表評論，提出自己在項目中的心得或不同的見解。例如，有小組提出將傳感器更換為高精度傳感器以減少誤差，獲得其他學生的支持和討論。通過互動反饋，學生之間的知識共享和觀點交流得以實現，不同小組之間也能夠互相借鑒彼此的實驗方法和數據分析技巧。

三、實施效果評估與策略反思

（一）評估設計與執行

評估設計需要基于明確的標準和科學的評估方法，方便對教學效果進行客觀的檢測和反饋，提供后續策略改進的依據。為全面評估數字化技術輔助的項目式教學效果，從學生理解能力、學習參與度、問題解決能力和自主學習能力等方面設定了詳細的評估指標，采用量化與質性分析相結合的方法，力求獲得真實、全面的評估結果。

評估包括學生在項目式教學過程中是否能夠正確運用物理概念解決實際問題，是否能夠透徹理解實驗現象與物理規律之間的關系。教師依據隨堂小測、期中測試和期末測試等方式來收集學生的學業表現數據。在各階段的項目任務完成后，教師會設計開放性問題，考查學生對項目成果的解釋能力和對實驗數據的分析邏輯，更深入地了解學生對知識的理解情況

教師設置了學習日志和觀察記錄，每個學生在學習日志中記錄自己的學習進展、問題思考和解決方案，教師觀察學生在課堂中的互動表現以及對任務的主動性記錄相關數據。學習平臺的使用數據（如學生登錄頻率、使用時長、任務完成率等）也為教師提供了客觀的參與度數據支持。

在實驗設計環節，教師根據評分量表評估學生是否能夠根據實驗需求合理設計方案，能否獨立使用數字化工具進行數據收集和分析。自主學習能力則體現在學生的自我管理、學習計劃制訂和任務完成效率上，通過學生的學習日志記錄、教師的觀察以及學生的反思報告等資料進行評估。教師系統化地分析學生在解決問題和自主學習方面的發展情況，驗證項目式教學在培養學生綜合素養方面的效果。

（二）數據分析

教師對期中測試成績和期末測試成績進行對比分析，判斷學生在理解能力上的進步情況。在實施項目式教學后，學生的平均成績較傳統教學模式下有所提高，數字化技術輔助下的項目式教學在提升學生對物理知識的掌握上取得了積極成效。對學生的學習日志和反思報告進行質性分析，教師能夠深入了解學生在參與項目中的思維變化過程。多數學生在項目完成后能夠對物理概念和實驗數據進行深刻反思，證實項目式教學在提高學生理解深度和自主學習能力方面的有效性。

分析學習平臺的使用記錄數據，教師發現學生在項目式教學中對任務的參與度有所提升。多數學生在整個項目期間保持了較高的登錄頻率和任務完成率，說明數字化平臺的使用在一定程度上激發了學生的學習興趣，幫助他們更積極地投入項目活動中。學生在課堂中的互動和團隊合作情況也有所改善，許多學生表現出較強的團隊意識和協作能力，變化表明項自式教學在提升學生參與度和社交技能方面具有積極作用。

（三）策略反思

數字化技術的應用提升了學生的數據處理效率，但在項目式教學中，部分學生在初期對數字化工具的掌握存在困難。教師反思認為在項目開始階段應提供更多的技術培訓，幫助學生熟練掌握數字化平臺的操作，減輕因技術障礙帶來的學習壓力。盡管項目式教學提升了多數學生的自主學習能力，但仍有少數學生在任務推進過程中表現出一定的依賴性，缺乏獨立完成任務的意愿。教師計劃在后續項目中加入更具挑戰性的任務和更多的自我管理支持策略，增強學生的自主性和獨立性。

由于項目式教學的實施較為復雜，教師在進行實時反饋時偶爾會出現反饋滯后的情況，影響了學生的學習體驗。教師建議在后續項目中引入更多的在線反饋工具，讓學生能夠在任務完成后及時收到教師的指導和建議。教師希望提升項目式教學的效果，讓其在數字化技術的支持下更好地服務于學生的物理學習和能力發展。

四、數字化技術應用的挑戰與解決策略

（一）挑戰分析

部分學校的數字化設備有限，很難滿足大規模教學需求，班級人數較多的情況下，每個學生或小組的設備使用機會受到限制，一定程度上削弱了數字化技術的優勢。物理項目式教學通常需要使用傳感器、實驗分析軟件以及仿真模擬工具等設備和資源，而這些硬件和軟件的成本較高，導致部分學校很難在設備配置上做到全面覆蓋。

數字化技術在物理教學中的應用，涉及多種專業軟件，如數據分析、仿真模擬等工具。雖然功能豐富，但其操作流程相對復雜，初次接觸的學生和教師可能有較長的適應期，在項目式教學的過程中，如果學生很難迅速掌握軟件操作，會影響他們的學習效果。對許多教師而言，這些數字化工具的使用并不屬于傳統教學技能范疇，在技術適應度上也存在一定難度。教師要同時承擔教學設計和技術操作兩方面的任務，技術操作上的困難容易導致教學效果的波動。

部分學生較為熟悉數字設備和軟件，能夠靈活使用這些工具進行學習活動，有一部分學生缺乏相應的基礎，對數字化工具的操作存在畏難情緒，在數據分析、仿真模擬等較為專業的環節，這些學生常常需要更多的幫助，拉長了教學時間，影響了項目進程。

（二）針對性解決策略

學校為教師提供系統化的數字化教學培訓，在設備操作、軟件使用和教學設計整合等方面，幫助教師掌握基本技能，鼓勵教師在項目中靈活運用這些技術手段。對項目式教學中的技術難點，學校邀請技術專家或資深教師進行分享和講解，提供案例指導，教師對這些工具的使用更加熟悉和自信。提升教師的技術適應度，使教師更加自如地將數字化技術融人教學，更好地服務于學生的學習需求。

安排不同班級或不同小組在不同時間段使用設備，避免設備閑置的現象。學校開發和利用虛擬實驗室或在線仿真平臺，緩解實際設備不足的壓力。虛擬實驗室讓學生在數字平臺上進行實驗模擬，部分替代真實設備的需求，既節省了資源，又讓學生能夠體驗實驗操作過程。在資源條件允許的情況下，學校探索與社會資源的合作，如與大學實驗室、科研機構等建立合作關系，為學生提供更多的實驗資源和學習機會。

在項目啟動階段，教師開設短期的技術培訓班、在線教程，或者進行小組教學，幫助學生克服對數字工具的陌生感。在項目式教學過程中，教師通過任務驅動的方式，逐步提升學生的數字化操作能力。例如，小任務的逐步完成，讓學生逐步理解傳感器使用、數據分析、圖表生成等過程，使學生在實踐中提高操作熟練度。對操作能力較弱的學生，教師安排技術熟練的學生進行同伴互助，形成良好的學習氛圍，縮小學生間的技術能力差距。

五、結論

數字化技術輔助下的項目式教學能夠增強學生的自主探究能力、合作意識以及對物理知識的理解和應用能力。學校應制訂策略優化傳統教學中的實驗過程，根據可視化和數據化的支持幫助學生更加清晰地觀察和分析物理現象，提高教學的互動性和有效性。

參考文獻：

[1]趙新宇.數字化技術輔助高中物理項目式教學的實踐研究[D].開封：河南大學，2023

[2]郭守鋒.核心素養下“教、學、評”一體的高中物理教學探討[J].學周刊，2024（32）：53-55.