信息技術(shù)融合物理教學(xué)的途徑

陳穎

【摘 要】 落實(shí)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(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的生成是一線教師關(guān)注的焦點(diǎn)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(diǎn)探討信息技術(shù)融合物理教學(xué)的有效途徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效落實(shí)，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(zhǔn)（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(shí)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(jī)融合的重要方法，以饗讀者.

1 傳感器融入物理實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力

物理是一門實(shí)驗(yàn)型自然科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)無法直接完成驗(yàn)證，但數(shù)字化先進(jìn)儀器（傳感器）能夠精準(zhǔn)的測量微小量及微小變化量，這使得很多物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)際需要，引導(dǎo)學(xué)生利用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)施以前難以完成的實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)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(shí)，根據(jù)課本教材可知，由于當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用先進(jìn)的儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)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(yùn)動改變氣缸中的氣體體積，體積標(biāo)度桿、壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器分別呈現(xiàn)氣體體積、壓強(qiáng)和溫度的數(shù)值.實(shí)驗(yàn)中改變?nèi)齻€(gè)狀態(tài)參量（溫度、體積、壓強(qiáng)）得出實(shí)驗(yàn)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(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，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(jìn)學(xué)生思維能力和實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行親手操作，利用幾何畫板軟件進(jìn)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(jìn)一步熟悉人眼看清物體的本質(zhì).人眼看物體時(shí)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(yuǎn)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(jìn)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(shí)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(shí)也是數(shù)學(xué)家，數(shù)學(xué)規(guī)律的有效運(yùn)用是發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的重要途徑.實(shí)踐表明，在某些物理問題中涉及比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)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(shí)候甚至出現(xiàn)錯(cuò)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(dá)式進(jìn)行數(shù)據(jù)演算處理，有時(shí)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(gè)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(xì)繩與斜面平行，當(dāng)撤去F后劈形木塊向左運(yùn)動，試求：當(dāng)小球與斜面分離時(shí)細(xì)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(jìn)行協(xié)調(diào)分析小球及斜面運(yùn)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(gè)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(jī)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(yùn)動性質(zhì)特點(diǎn)，小球與斜面分離時(shí)斜面速度達(dá)到最大值，但是此時(shí)是比較復(fù)雜的三角函數(shù)表達(dá)式，高中階段的數(shù)學(xué)知識進(jìn)行求解是比較困難的，可以說無法求解;在實(shí)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(rèn)為小球在最低點(diǎn)與斜面分離，也有部分學(xué)生認(rèn)為不在最低點(diǎn)，但是又無法準(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(shí)細(xì)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(yùn)算有時(shí)候直接影響學(xué)生對物理問題的判斷，從教學(xué)實(shí)踐來看，復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)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(rèn)識到數(shù)學(xué)處理軟件的強(qiáng)大功能，對于學(xué)生進(jìn)一步深入探究物理問題起到一種促進(jìn)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(jī)融合，是信息化教育教學(xué)發(fā)展下的必然要求，在實(shí)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(rèn)識信息技術(shù)硬件和軟件的具體作用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題的自主探究，促進(jìn)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(shí)效性;大量的實(shí)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(jìn)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(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的生成與發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

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