信息技术融合物理教学的途径

陈颖

【摘 要】 落实学生学科核心素养是课程教学的重要任务，在课堂教学中促进学生核心素养的生成是一线教师关注的焦点话题，本文以高中物理课堂教学为探究载体，以“传感器、几何画板、数据处理软件”融入物理教学为案例，重点探讨信息技术融合物理教学的有效途径，进而实现学科核心素养的有效落实，希望能够给教育同仁带来一些帮助.

【关键词】 高中物理;核心素养;信息技术

随着信息技术的不断发展，学科教学与现代信息技术的融合直接影响着课程教学的效率与质量.《普通高中物理课程标准（2017年版）》明确要求：“利用现代信息技术，采取多元化的教学方式，提升学生分析问题、解决问题的能力”.显然，信息技术与物理学科教学的融合是课程发展的必然要求，是改变教与学的方式、提升学生核心素养的重要手段.本文笔者根据教学实践，借助于典型案例的有效分析，阐述信息技术与物理教学有机融合的重要方法，以飨读者.

1 传感器融入物理实验，提升学生实验探究能力

物理是一门实验型自然科学，物理实验是探寻物理规律、培养学生科学思维能力的重要载体.在科学技术相对比较落后的年代，有些物理規律和结论的发现是实验无法直接完成验证，但数字化先进仪器（传感器）能够精准的测量微小量及微小变化量，这使得很多物理实验验证物理规律与结论的可能性大幅提升.因此，物理教师可以根据实际需要，引导学生利用传感器进行实验设计，实施以前难以完成的实验探究，进而提升学生科学探究和科学思维的能力.

例如 在理想气体状态方程教学时，根据课本教材可知，由于当时实验条件的限制，克拉珀龙方程（理想气体状态方程）是理论推导得出的规律，无法进行有效的实验验证;物理教师可以引导学生利用先进的仪器设计实验进行验证，如图1所示，气缸中气体温度变化由玻璃罐中水温变化控制，活塞连杆运动改变气缸中的气体体积，体积标度杆、压强传感器、温度传感器分别呈现气体体积、压强和温度的数值.实验中改变三个状态参量（温度、体积、压强）得出实验具体数据如下：

根据表格数据可以看出，对于一定质量的气体PV/T为一定值，说明理想气体状态方程的正确性.显然，利用现代信息技术（传感器）进行物理实验，能够有效突破常规工具测量的限制，充分展示传感器的优越性，促进学生思维能力和实验探究能力的提升.

2 几何画板引入物理教学，提升学生科学思维能力

物理与数学之间存着密切的联系，平面几何与物理中光学、电磁学等关系甚密，在教学实践中，借助于几何图形处理抽象的物理问题是一种行之有效的解题方法;物理教师可以引导学生利用数学学科中的几何画板进行作图，有助于提升解题效率，有助于学生科学思维能力的提升.

例如 凸透镜成像是中学物理课程教学内容之一，人眼中晶状体成像本质为凸透镜成像规律，在教学中不少学生难于理解此类问题，物理教师可以引导学生进行亲手操作，利用几何画板软件进行操作，呈现人眼中晶状体成像规律，学生根据图2所示的图像进一步熟悉人眼看清物体的本质.人眼看物体时的距离和晶状体的焦距是变化的，若像在视网膜上表明人清楚看见物体，若晶状体焦距变化范围不大，就会导致成像在视网膜的前方，当看近的物体能够满足像在视网膜上，但是对于远处的物体成像就不能落在视网膜上，这样就形成近视.此情况下，我们可以利用近视眼镜（凹透镜）进行作图矫正，重新将像落在视网膜上.此番动态作图操作过程，形象化的呈现透镜成像规律，实现抽象向形象的转化，有助于学生科学思维的培养.

3 数据软件用于物理问题，凸显物理思维品质与素养

数学是一门工具型学科，数学知识在物理课程教学中的应用十分广泛，多数物理学家同时也是数学家，数学规律的有效运用是发现物理规律的重要途径.实践表明，在某些物理问题中涉及比较复杂的数学运用，对于高中学生的数学知识，难以完美解决此类问题，学生对物理知识本质和物理规律的理解难以透彻，有时候甚至出现错误的判断.物理教师可以灵活引入数据处理软件，对复杂的物理表达式进行数据演算处理，有时候可以获得意想不到的效果.

例如 如图3所示，在力水平恒力F作用下整个装置处于静止状态，劈形木块和小球的质量均为为m，斜面的倾角为300，长为L的细绳与斜面平行，当撤去F后劈形木块向左运动，试求：当小球与斜面分离时细绳与竖直方向之间的夹角为多少？

物理教师引导学生进行协调分析小球及斜面运动情况，让学生知道小球和斜面在垂直于斜面方向上的速度相等是两个物体分离的临界条件，如图4所示，当撤去外力F后至两者分离这一过程中，小球和斜面组成的系统机械能守恒，根据分析可知，v1cos（θ-300）=v2cos600，mgL（sinθ-sin300）=12mv21+12mv22;则v22=2gL（sinθ-sin300）1+1/4cos2（θ-300），根据运动性质特点，小球与斜面分离时斜面速度达到最大值，但是此时是比较复杂的三角函数表达式，高中阶段的数学知识进行求解是比较困难的，可以说无法求解;在实际教学过程中，不少学生纠结与小球与斜面分离的位置，不少学生认为小球在最低点与斜面分离，也有部分学生认为不在最低点，但是又无法准确解释具体的位置，主要因素是无法利用现有的数学知识进行求解最值;这里物理教师可以引入数据处理软件MATLAB编程求解1/v22的最小值，此时对应的角度θ即为所求.具体的命令代码为：>>[x，～]=fminbnd（‘（1+1/（4*（cos（（x-30）/190*pi）^2）））

/（sin（x/180*pi）-sin（30/180*pi）），30，90）;则x=73.5983，即为小球与斜面分离时细绳与水平天花板的夹角.显而易见，利用数学处理软件能够有效解决极值求解问题.

复杂的数学运算有时候直接影响学生对物理问题的判断，从教学实践来看，复杂的数学运算题经常出现于物理学科竞赛试题之中，物理教师引导学生认识到数学处理软件的强大功能，对于学生进一步深入探究物理问题起到一种促进和推动作用.

4 结语

信息技术与物理学科教学的有机融合，是信息化教育教学发展下的必然要求，在实际教学中，投影仪器、幻灯片、几何画板、电子白板……等都是信息技术融合学科教学的硬件措施，对一线教学的教师而言，物理教师应该引导学生认识信息技术硬件和软件的具体作用，引导学生进行问题的自主探究，促进学生科学思维与探究能力的提升;对于高中学生而言，在物理课程学习过程中，应该熟悉信息技术与课堂融合的实效性;大量的实践表明，在高中物理课堂教学过程中，有效融入信息技术进行教学呈现，有助于提升学生物理学习的兴趣，有助于优化课堂教学环节，有助于提高课堂教学的效益，有助于促进学生学科核心素养的生成与发展.

参考文献：

[1] 梁鸿辉.信息技术深度融合下的高中物理核心素养教学研究[J].中小学电教，2020（4）：54-55.

[2] 李友兴.凸显学科核心素养的高中物理教学实施路径研究[J].物理教学探讨，2020（7）：12-18.