信息技术与高中物理概念教学融合的实践*

李安佩

（岭南师范学院附属中学，广东湛江 524048）

如果说物理定律和理论是基础，则物理概念是基础的基础，是进入理性认识的第一步。根据物理学科特点，阎金泽教授将物理概念定义为“物理概念是反映物理现象、物理过程本质属性的一种抽象，它是在大量观察物理实验的基础上，运用逻辑思维的方法，把一些事物本质的、共同的特征集中起来加以概括而形成的”。[1]吴有训先生多次告诫学生“学物理首先要概念清楚”，李政道先生也非常重视对概念的理解与思考[2]。学生只有掌握了物理概念，才可能进一步学好物理定律。物理概念的教学过程，是学生对概念的认知过程，是从感性认知到理性认知的过程，也是培养学生形成物理观念的过程，是落实物理学科素养、培养关键能力的必要途径。

一、高中物理概念教学存在的主要问题

（一）在概念教学中，重“知识”轻“应用”

高中物理概念内容简洁，但内涵丰富，学生对概念了解、识记容易，应用物理概念解决实际问题却困难。如质点，本义简单：用一个点替代物体。其深层含义：当物体的大小、形状对研究的问题影响很小或没有影响，则可把物体看成质点。但是学生通过学习质点，构建物理模型，形成物理观念却会遇到困难。例如：通过学习质点，学生分析“运动员跑步时，在什么情况下可将运动员视为质点？在什么情况下运动员一定不能视为质点？”普遍存在考虑问题不全面或出现错误。

（二）在概念教学中，重“讲”轻“学”

在物理概念教学中，常常会出现两种“抱怨”：一是教师的“抱怨”，“这类问题明明已经讲过许多遍，但还是有很多学生不懂，更谈不上运用”；二是学生的“抱怨”，“老师讲的时候我听得明白，上课也认真做了笔记，但到自己做题时却漏这漏那，找不到突破口”。如对“电势”“电场强度”的理解，教师对电势、电场强度的概念不管讲得多么透彻，总是会有部分学生认为“电势高的位置，电场强度就大”。出现这种错误理解，主要原因有两点：一是教师过度重视“讲”，忽视了学生学的过程；二是学生对概念的内涵与外延理解不清楚。

（三）在概念教学中，重“结果”轻“过程”

高中物理概念教学，普遍存在“重结果，轻过程”，缺少对学生物理学科素养的培养。如滑动摩擦力，在教学中通常从“力的产生原因”“力的大小”“力的方向”三方面入手，再根据力的本质不同完善教学设计。在课后，对学生的检测中，发现学生对滑动摩擦力的理解常犯两个错误：一是“两个物体相互接触、且接触面粗糙，则两个物体间就会产生摩擦力”；二是滑动摩擦力的大小f=μmg。犯以上错误的主要原因，就是轻视了概念的形成过程，忽视了对学生形成运动与相互作用观念、科学思维的培养。

二、信息技术在高中物理概念教学中的优势与作用

信息技术与学科教学融合是信息时代对教育的要求，也是教育发展的必然趋势。北京师范大学何克抗教授认为“所谓信息技术与学科课程的整合，就是通过将信息技术有效融合于各学科的教学过程来营造一种新型教学环境，实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以‘自主、探究、合作’为特征的教与学方式”[3]。从而把学生的主动性、积极性、创造性充分地发挥出来，使传统的以教师为中心的课堂教学结构发生根本性变革，使学生的创造精神与实践能力的培养真正落到实处。

（一）利用信息技术将复杂抽象的概念转变为简单直观的模型

在高中物理概念中，有一些物理概念复杂抽象，在教学中不便于学生理解，可利用视频、3D模拟动画，转化为简单直观的模型，从而有助于学生对概念的理解。如电场线。不同电荷的电场线分布，物理课本（选修3-1）中提供的是平面图，那么如何准确理解电场线的空间分布规律？此时，利用信息技术将电场线的立体分布呈现出来，学生通过直观了解，就可自主归纳出电场线的分布规律。又如超重、失重。将一重物放在台秤上随电梯加速、减速上升，用手机将这一过程拍摄成视频，在教学中通过多媒体使用慢动作播放，引导学生观察台秤的示数变化情况，由学生归纳整理超重、失重的特点。

（二）利用信息技术进行精确测量，可视化呈现

在实验探究过程中，利用信息技术，进行精确测量，并把测量结果非常直观地呈现在屏幕上，即可准确地找出物理量之间的定量关系。如探究弹力大小跟弹簧伸长量的定量关系。在实验中，利用位移传感器、力传感器和多媒体，即可在屏幕上呈现弹力大小F跟伸长量x的一次函数图象，学生通过观察与体验即可得出弹力大小跟弹簧伸长量的定量关系。

（三）利用信息技术实现翻转课堂

在学习物理概念前，学生充分利用网络、云端数据做好预习工作；同时，教师精心备课，优化教学设计，做好精讲精练的准备工作；在课堂教学中，教师充分调动学生的主观能动性，突出学生主体地位，实现翻转课堂。如洛伦兹力的概念抽象、难理解。在课前，提出问题“什么是洛伦兹力”、“洛伦兹力有什么特点”，通过引导学生利用信息技术，观看视频，查阅云端数据，要求学生完成相关问题，并提出新的质疑；在课堂教学时，利用平板电脑互动，小组讨论、交流，总结归纳洛伦兹力的概念，教师有针对性地答疑；在课后，引领学生了解当前洛伦兹力应用情况，完成课外作业，如有疑惑，可与教师、同学进行线上交流。

三、信息技术与物理概念教学融合的典型案例分析

（一）案例一“作用力与反作用力”

作用力与反作用力揭示了物体间力的相互作用、力不能脱离受力物体和施力物体而独立存在。学习作用力与反作用力，是为了学习力与运动作铺垫，为将来学习万有引力、研究物体碰撞与动量守恒打好基础。“作用力与反作用力”的教学流程（如图1）：

图1 “作用力与反作用力”教学流程图

1.概念形成

通过以下三个实例，引导学生观察、体验、实验，由视觉、听觉、触觉，从感性到理性认知作用力与反作用力，帮助学生构建物理模型，培养科学思维。

利用信息技术，播放两车撞车事故，两辆车都受损（如图2），提出问题一：从图中，你得出什么结论？

图2 案例一示意图（1）

利用信息技术，展示图片（如图3），提出问题二：请用你的右手食指按压左手的手心，你感觉到什么？从体验中，你得到什么结论？

图3 案例一示意图（2）

利用手机投屏功能，将学生实验操作过程，用手机拍摄并投放到屏幕。在甲、乙两小车上各自捆绑一块磁体，将两辆小车靠近，突然释放（如图4），提出问题三：你观察到什么现象？通过现象，你得出什么结论？

图4 案例一示意图（3）

通过以下探究过程，引领学生动手操作、科学推理，达成对作用力与反作用力的深度认识，用手机拍摄其中一个学习小组的实验过程，并投放到屏幕。从而引出牛顿第三定律，提升学习物理的关键能力。

利用力传感器与多媒体，探究作用力与反作用力的特点。将实验结果将直接呈现在屏幕上（如图5），提出问题四：通过观察与分析，你认为作用力与反作用力有哪些特点？

图5 案例一示意图（4）

2.能力提升

学生学习物理概念，形成能力，分为三个阶段：认知、理解、应用。通过实例分析，检测学生的学习效率，培养学生养成学以致用、科学思维。根据学生掌握物理概念的情况，在教学中做出及时调整。

利用电脑动画模拟，演示“以卵击石”，引出问题五：鸡蛋打石头，为什么鸡蛋碎了而石头没碎？

通过实例分析，让学生更深层次的理解了作用力与反作用力的特点，作用力的效果与反作用力的效果一般不同，并培养了学生运用物理知识解决实际问题的能力。

3.问题拓展

拔河比赛是一项非常有趣的竞技活动。由于参与的人较多，并能充分展示集体精神风貌，深受大家喜爱。请两名男生（一名力气大的男生、一名力气小的男生）参加如下两个活动，用手机拍摄活动过程，并投放到屏幕。

活动1：两名男生现场拔河比赛。

活动2：让力大的男生穿上旱冰鞋，再与力小的男生进行拔河比赛。

引出问题六：在拔河比赛中，力气大的人一定能赢吗？

在教学互动中，通过活动构建情境，引领学生积极参与教学互动，让学生的思维漏洞充分暴露出来。结合学生存在的问题，教师引导学生科学思维，分析整理物理概念；引导学生发现存在的问题，并解决相关问题。

（二）案例二“万有引力概念的应用”

2018年12月8日，嫦娥四号探测器在西昌发射成功；2019年1月3日嫦娥四号探测器在月球背面成功软着陆；以及北斗导航系统实现全球全覆盖导航，无不说明我国航空事业的发展已经进入了突飞猛进时代。

利用信息技术，播放嫦娥四号发射过程和相关新闻。基于这些时事新闻，结合嫦娥四号探测器的发射、变轨、绕月飞行的情境，在屏幕上展示“嫦娥四号”发射—奔月过程。根据以上创设的情境设计如下三个问题：

问题一：发射嫦娥四号探测器的发射速度在哪个范围？

问题二：嫦娥四号探测器从低轨道如何进入高轨道？从地月轨道进入近月轨道，为什么要制动？

问题三：通过查阅数据，结合嫦娥四号探测器绕月飞行数据，可否估算出月球的密度？

以科技时事为情境提出问题，引导学生分别对宇宙速度、变轨、万有引力、向心力等概念加深理解。在物理概念教学过程中，教师要有意识地培养学生主动关心时事、关心物理领域的发展情况，促成学生科学思维、科学态度与社会责任的形成。

四、结语

物理概念是学生学习物理的重点，也是学习的难点。信息技术与物理概念教学的深度融合，可将概念由枯燥的、抽象的变为有趣的、形象的，可将一些复杂的、抽象的概念细化为简单的、直观的模型，从而实现高效课堂。在课堂教学中，利用信息技术，可将更多的时间还给学生，充分调动学生的主观能动性，增强学生间合作意识，培养科学思维，将物理学科素养落到实处。