数字化实验和智慧课堂的高中物理探究式教学模式研究

张亨科

【摘要】在高中阶段的物理教学中，部分物理课堂已经实现运用数字化实验和智慧课堂开展教学活动的举措，并取得了显著的教学效果.在数字化实验和智慧课堂结合的物理课堂上，学生不仅可以获得个性化的学习机会，还能够自主操作物理实验，这对学生探究能力的培养有积极意义.本文从三个阶段“预习探索阶段、规律探究阶段、拓展联结阶段”入手，分析如何开展基于数字化实验和智慧课堂下的高中物理探究式教学.

【关键词】智慧课堂;高中物理;探究式教学

在高中物理教学中，实验是学生学好物理知识、有效应用物理知识的重要基础，但传统课堂由于受到客观条件的限制，使得许多物理实验无法进行展示，这就限制了学生对物理知识的学习.而在当下的教育环境下，信息技术已经普及高中课堂，教师可以运用数字化实验和智慧课堂的方式，带领学生探究物理知识，开展探究式物理教学，从而有效提高物理课堂的教学效率与教学质量.

1 数字化实验的定义、构成与特点

应用在物理课堂中的数字化实验是指，在教学中借助对传感器与计算机等新型数字化技术的使用，进行物理实验展示，并进行相关实验数据的采集与分析，从而获得完成实验内容的一种实验教学模式.根据相关研究显示，数字化实验的实施是由实验环境、传感器、数据采集器、计算机四个部分组成，且这四个部分相互连接、缺一不可.传感器是将非电信号转换为电信号，而数据采集器则是将电信号转变为数据信号，并存储到计算机中，最后借助计算机中的配套软件进行数据处理，完成可视化的过程.数字化实验具有定量化、可视化、反复学习、及时保存与导出等特点，这些特点的存在使得数字化实验的应用具备传统实验不具备的优势，能够提高物理课堂的教学效率[1].

2 智慧课堂的定义、构成与特点

智慧课堂是指，在物理课堂上，借助对智能技术的运用，将学习数据、学习资源与素材、学习活动等内容融为一体，让学生可以在一体化的智能环境中进行个性化学习，而教师则可以进行精准教学的一种新型课堂教学形式.智慧课堂教学模式下的物理课堂，注重对学生核心素养的培养，让学生可以在智能手段的辅助下，实现可视化学习、个性化学习、高效化学习.在智慧课堂中，教师开展的教学活动可以突破时空限制，做到教学资源及时共享、教学反馈及时推送，能够让学生感受到智能手段对物理课堂的优化与创新.同时，借助对智能手段的运用，学生会有更高的学习兴趣、更积极参与物理教学，实现高效学习.

3 基于数字化实验和智慧课堂的高中物理探究式教学的实施策略

3.1 预习探索阶段：通过微课情境，引导学生自主预习

预习探索阶段是学生初步认知新知识、了解新知识的阶段.在此阶段内，教师可以采用情境创设的方式，引入学生进行自主预习活动.而情境的打造，需要教师将新知识内容以微课形式进行录制，并在微课中展示具体的数字化实验内容，进而提高学生的自主预习效率与效果[2].

例如 以人教版物理必修1第四章第1节“牛顿第一定律”为例.在预习的过程中，学生需要完成三个具体学习目标认知：伽利略理想实验及其推理过程、了解牛顿第一定律的内容及意义、认识惯性及惯性相关的现象.基于此，教师需要将相关知识点内容以数字化实验的形式录制成微课，供学生进行预习学习.在设计内容的录制形式时，可以采取“实验问题+理论认知”的形式，这样学生在预习时，便可以先进行物理问题的思考，而后再进行理论的理解与记忆.如在理解理想实验时，教师可以先提出问题：在马拉车现象中，我们会发现，当马拉动车子时，车子便会前进，如果马停止用力，车子也会停下来.那么根据该现象，是否可以说明只有当力作用在物体上，物体才能运动？而且为什么当马不拉车行进时，车子会停下来呢？在该实验问题后，教师会给出思考答案，即需要学生理解的知识点：关于阻力的作用，并借此引导学生预习教材中关于伽利略的理想实验内容，让学生进行进一步的思考.再如认识惯性时，教师可以结合“坐公交车时，当车突然启动或突然停止时，人会明显前倾或后倾”的现象，引导学生思考，并引导出惯性以及惯性与质量的知识点，从而让学生实现对该现象的深入认知.

在上述微课情境中，教师借助对“实验问题+理论认知”的设计，为学生提供了良好的自主预习环境，且学生可以按照“先现象、后理论”的认知顺序，完成对新知识的预习，做到有效了解新知识、准确掌握重点知识，为后续的深入学习做好准备.

3.2 规律探究阶段：通过物理实验，引导学生应用实践

3.2.1 结合具体现象，积极提出思考问题

在该阶段的学习中，结合具体现象提出思考问题，是对学生思考能力、问题发现能力、提炼能力等多种能力的锻炼，是学生实现有效学习物理知识的重要基础.在引导学生提出思考问题时，教师需要在学生已经预习的基础上，更新现象内容，让学生结合自己的预习成果，尝试提出思考问题，而教师则需要帮助学生把控问题的有效性.

例如 以人教版物理必修1第三章第1节“重力 基本相互作用”为例.在本次课程学习中，学生需要完成对力的概念、作用效果、性质、三要素以及重力的定义、产生条件、三要素等知识的学习，并了解基本相互作用知识.首先，教师需要借助对智慧工具的运用展示具体现象.在认识力的概念时，教师展示了人们用脚踢足球、守门员拦足球等运动场景，而学生则需要从中看到与课堂相关的问题，即足球的运动状态发生了怎样的变化？接着，教师继续展示生活中的现象：如撑竿跳运动中，运动员在进行跳跃时，被压弯的撑竿；如北方下大雪时，厚重的雪落在树上，使得树枝被压弯.根据上述现象，学生可以提出的问题，即为什么撑杆、树枝会被压弯？其形状的变化与哪些因素相關？在思考这些问题时，学生便能够根据现象中出现的元素联系到本次课程要学习的内容，从而对问题形成初步的认知.如撑杆弯曲是因为人与挡杆的台子对撑杆施加了一定的力，而树枝被压弯是厚重的雪对树枝施加了力.在此基础上，教师可以引导学生进一步学习关于力的知识内容，并借助对力的知识的学习，进一步理解上述生活现象，知晓撑杆，树杆被压弯的过程中都受到了哪些力的作用，从而实现对力的知识的掌握.

3.2.2 设计实验流程，进行有效问题探究

在完成对现象的初步认知后，教师便可以带领学生进行下一环节的学习，即根据对具体现象的分析，设计实验流程，完成对物理知识的深入学习.在上文的分析中，学生可以认识到物体相互作用力或重力的影响，物体的运动状态或形状会发生改变.基于此，为了让学生对该部分的知识点做到进一步理解，教师需要引导学生借助物理实验完成知识的探究.

例如 以人教版物理必修1第三章第1节“重力 基本相互作用”为例.为了进一步了解重力、相互作用力的内容，学生可以在教师的指导下进行物理实验.在进行关于重力的实验时，学生可以运用砝码、弹簧秤进行实验操作.在操作中，学生需要记录下未施加砝码时，弹簧秤的数值.而后，依次在弹簧秤上增加50g砝码、100g砝码、150g砝码，并分别记录下此时弹簧秤的数值.在该实验中，学生会发现，当施加的砝码重量越大时，弹簧秤受到的重力便越大，其数值也越大.此外，学生还可以借助实心球完成“重力的方向是向下的实验”.具体而言，学生可以用绳子固定好实心球，并将其分别挂在与地面垂直的物体以及与地面不垂直的物体上，以此理解重力作用的方向是向下的知识点.在引导学生亲自完成实验后，教师可以借助智能工具，为学生展示生活中对重力知识的运用，如利用水平仪测量物体是否水平、利用重垂线校准墙壁是否竖直等，以此引导学生实现对重力知识的深度理解和掌握.

在上述教学过程中，教师是借助对具体实验器材的使用，带领学生进行实验体验，从而完成对课程知识的认知与理解.同时，教师还可以借助对数字化实验智慧课堂的运用，带领学生进行深入的学习，了解重力、基本相互作用等知识在生活中的实际运用，以及运用原理，让学生能够深入掌握.

3.3 拓展联结阶段：通过课后总结，巩固物理知识基础

当课程进入到该阶段，便意味着教学即将进入尾声.那么，在本阶段的学习中，教师需要借助对智慧课堂的使用，带领学生进行知识的总结性学习，即梳理本次教学中的重点知识内容，再次加深学生的记忆.在教学中，教师应做到对知识点的串联，避免出现知识点各自为营、不成系统的情况，从而帮助学生做到巩固基础知识、形成结构性认知[3].同时，在该阶段，教师可以为学生布置适当的练习题目，让学生可以进行适当的应用练习.

例如 以人教版物理必修1第三章第1节“重力 基本相互作用”为例.在完成课堂教学环节后，教师应带领学生进行课堂知识的总结，使其形成结构性框架，做到对知识的巩固.在此过程中，教师应突出学生的主体性，尝试让学生自主完成框架搭建，教师做到适当指点即可.

在完成上述知识的结构性总结后，教师可以适当布置一些选择题、解答题对学生进行及时训练，让学生在题目中进一步理解所学知识，并运用知识解决练习题目.

4 结语

综上所述，数字化实验和智慧课堂下的高中物理探究式教学，不仅是对物理教学模式的创新、升级，也是对学生知识学习与获取方式的优化、创新，有助于提高学生学习物理知识的兴趣，促进学生积极探究物理知识、高效完成物理实验，推动学生实现对物理知識的熟练掌握与有效运用.

【课题项目：本文是甘肃省教育科学“十四五”规划的一般课题，课题名称：教育信息化背景下数字仿真实验在高中物理教学中的实践与研究，课题编号GS【2022】GHB0817】

参考文献：

[1]蓝勇谋.数字化实验在高中物理教学中的应用[J].广西教育，2022（35）：122-124.

[2]朱蕾.智慧课堂背景下的高中物理教学策略[J].新课程教学（电子版），2022（09）：140-141.

[3]赵秀萍.信息技术环境下的高中物理教学改革与创新[J].数理化解题研究，2021（21）：78-79.

[4]李燕.高中物理探究式教学策略[J].高考，2022（19）：51-54.

[5]门建明.探究式教学在高中物理实验教学中的运用[J].理科爱好者，2022（03）：35-37.