陳穎

【摘 要】 落實學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)是課程教學(xué)的重要任務(wù)，在課堂教學(xué)中促進學(xué)生核心素養(yǎng)的生成是一線教師關(guān)注的焦點話題，本文以高中物理課堂教學(xué)為探究載體，以“傳感器、幾何畫板、數(shù)據(jù)處理軟件”融入物理教學(xué)為案例，重點探討信息技術(shù)融合物理教學(xué)的有效途徑，進而實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效落實，希望能夠給教育同仁帶來一些幫助.

【關(guān)鍵詞】 高中物理;核心素養(yǎng);信息技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)科教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的融合直接影響著課程教學(xué)的效率與質(zhì)量.《普通高中物理課程標(biāo)準（2017年版）》明確要求：“利用現(xiàn)代信息技術(shù)，采取多元化的教學(xué)方式，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力”.顯然，信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)的融合是課程發(fā)展的必然要求，是改變教與學(xué)的方式、提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要手段.本文筆者根據(jù)教學(xué)實踐，借助于典型案例的有效分析，闡述信息技術(shù)與物理教學(xué)有機融合的重要方法，以饗讀者.

1 傳感器融入物理實驗，提升學(xué)生實驗探究能力

物理是一門實驗型自然科學(xué)，物理實驗是探尋物理規(guī)律、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要載體.在科學(xué)技術(shù)相對比較落后的年代，有些物理規(guī)律和結(jié)論的發(fā)現(xiàn)是實驗無法直接完成驗證，但數(shù)字化先進儀器（傳感器）能夠精準的測量微小量及微小變化量，這使得很多物理實驗驗證物理規(guī)律與結(jié)論的可能性大幅提升.因此，物理教師可以根據(jù)實際需要，引導(dǎo)學(xué)生利用傳感器進行實驗設(shè)計，實施以前難以完成的實驗探究，進而提升學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維的能力.

例如 在理想氣體狀態(tài)方程教學(xué)時，根據(jù)課本教材可知，由于當(dāng)時實驗條件的限制，克拉珀龍方程（理想氣體狀態(tài)方程）是理論推導(dǎo)得出的規(guī)律，無法進行有效的實驗驗證;物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用先進的儀器設(shè)計實驗進行驗證，如圖1所示，氣缸中氣體溫度變化由玻璃罐中水溫變化控制，活塞連桿運動改變氣缸中的氣體體積，體積標(biāo)度桿、壓強傳感器、溫度傳感器分別呈現(xiàn)氣體體積、壓強和溫度的數(shù)值.實驗中改變?nèi)齻€狀態(tài)參量（溫度、體積、壓強）得出實驗具體數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)表格數(shù)據(jù)可以看出，對于一定質(zhì)量的氣體PV/T為一定值，說明理想氣體狀態(tài)方程的正確性.顯然，利用現(xiàn)代信息技術(shù)（傳感器）進行物理實驗，能夠有效突破常規(guī)工具測量的限制，充分展示傳感器的優(yōu)越性，促進學(xué)生思維能力和實驗探究能力的提升.

2 幾何畫板引入物理教學(xué)，提升學(xué)生科學(xué)思維能力

物理與數(shù)學(xué)之間存著密切的聯(lián)系，平面幾何與物理中光學(xué)、電磁學(xué)等關(guān)系甚密，在教學(xué)實踐中，借助于幾何圖形處理抽象的物理問題是一種行之有效的解題方法;物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)學(xué)科中的幾何畫板進行作圖，有助于提升解題效率，有助于學(xué)生科學(xué)思維能力的提升.

例如 凸透鏡成像是中學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容之一，人眼中晶狀體成像本質(zhì)為凸透鏡成像規(guī)律，在教學(xué)中不少學(xué)生難于理解此類問題，物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行親手操作，利用幾何畫板軟件進行操作，呈現(xiàn)人眼中晶狀體成像規(guī)律，學(xué)生根據(jù)圖2所示的圖像進一步熟悉人眼看清物體的本質(zhì).人眼看物體時的距離和晶狀體的焦距是變化的，若像在視網(wǎng)膜上表明人清楚看見物體，若晶狀體焦距變化范圍不大，就會導(dǎo)致成像在視網(wǎng)膜的前方，當(dāng)看近的物體能夠滿足像在視網(wǎng)膜上，但是對于遠處的物體成像就不能落在視網(wǎng)膜上，這樣就形成近視.此情況下，我們可以利用近視眼鏡（凹透鏡）進行作圖矯正，重新將像落在視網(wǎng)膜上.此番動態(tài)作圖操作過程，形象化的呈現(xiàn)透鏡成像規(guī)律，實現(xiàn)抽象向形象的轉(zhuǎn)化，有助于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng).

3 數(shù)據(jù)軟件用于物理問題，凸顯物理思維品質(zhì)與素養(yǎng)

數(shù)學(xué)是一門工具型學(xué)科，數(shù)學(xué)知識在物理課程教學(xué)中的應(yīng)用十分廣泛，多數(shù)物理學(xué)家同時也是數(shù)學(xué)家，數(shù)學(xué)規(guī)律的有效運用是發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的重要途徑.實踐表明，在某些物理問題中涉及比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運用，對于高中學(xué)生的數(shù)學(xué)知識，難以完美解決此類問題，學(xué)生對物理知識本質(zhì)和物理規(guī)律的理解難以透徹，有時候甚至出現(xiàn)錯誤的判斷.物理教師可以靈活引入數(shù)據(jù)處理軟件，對復(fù)雜的物理表達式進行數(shù)據(jù)演算處理，有時候可以獲得意想不到的效果.

例如 如圖3所示，在力水平恒力F作用下整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，劈形木塊和小球的質(zhì)量均為為m，斜面的傾角為300，長為L的細繩與斜面平行，當(dāng)撤去F后劈形木塊向左運動，試求：當(dāng)小球與斜面分離時細繩與豎直方向之間的夾角為多少？

物理教師引導(dǎo)學(xué)生進行協(xié)調(diào)分析小球及斜面運動情況，讓學(xué)生知道小球和斜面在垂直于斜面方向上的速度相等是兩個物體分離的臨界條件，如圖4所示，當(dāng)撤去外力F后至兩者分離這一過程中，小球和斜面組成的系統(tǒng)機械能守恒，根據(jù)分析可知，v1cos（θ-300）=v2cos600，mgL（sinθ-sin300）=12mv21+12mv22;則v22=2gL（sinθ-sin300）1+1/4cos2（θ-300），根據(jù)運動性質(zhì)特點，小球與斜面分離時斜面速度達到最大值，但是此時是比較復(fù)雜的三角函數(shù)表達式，高中階段的數(shù)學(xué)知識進行求解是比較困難的，可以說無法求解;在實際教學(xué)過程中，不少學(xué)生糾結(jié)與小球與斜面分離的位置，不少學(xué)生認為小球在最低點與斜面分離，也有部分學(xué)生認為不在最低點，但是又無法準確解釋具體的位置，主要因素是無法利用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)知識進行求解最值;這里物理教師可以引入數(shù)據(jù)處理軟件MATLAB編程求解1/v22的最小值，此時對應(yīng)的角度θ即為所求.具體的命令代碼為：>>[x，～]=fminbnd（‘（1+1/（4*（cos（（x-30）/190*pi）^2）））

/（sin（x/180*pi）-sin（30/180*pi）），30，90）;則x=73.5983，即為小球與斜面分離時細繩與水平天花板的夾角.顯而易見，利用數(shù)學(xué)處理軟件能夠有效解決極值求解問題.

復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算有時候直接影響學(xué)生對物理問題的判斷，從教學(xué)實踐來看，復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算題經(jīng)常出現(xiàn)于物理學(xué)科競賽試題之中，物理教師引導(dǎo)學(xué)生認識到數(shù)學(xué)處理軟件的強大功能，對于學(xué)生進一步深入探究物理問題起到一種促進和推動作用.

4 結(jié)語

信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)的有機融合，是信息化教育教學(xué)發(fā)展下的必然要求，在實際教學(xué)中，投影儀器、幻燈片、幾何畫板、電子白板……等都是信息技術(shù)融合學(xué)科教學(xué)的硬件措施，對一線教學(xué)的教師而言，物理教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生認識信息技術(shù)硬件和軟件的具體作用，引導(dǎo)學(xué)生進行問題的自主探究，促進學(xué)生科學(xué)思維與探究能力的提升;對于高中學(xué)生而言，在物理課程學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)該熟悉信息技術(shù)與課堂融合的實效性;大量的實踐表明，在高中物理課堂教學(xué)過程中，有效融入信息技術(shù)進行教學(xué)呈現(xiàn)，有助于提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣，有助于優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，有助于提高課堂教學(xué)的效益，有助于促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的生成與發(fā)展.

參考文獻：

[1] 梁鴻輝.信息技術(shù)深度融合下的高中物理核心素養(yǎng)教學(xué)研究[J].中小學(xué)電教，2020（4）：54-55.

[2] 李友興.凸顯學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)實施路徑研究[J].物理教學(xué)探討，2020（7）：12-18.