信息技术与高中物理课堂教学融合的案例研究

引言

传统高中物理教学常因抽象概念难以具象化、实验条件受限等问题导致学生理解困难。例如在“万有引力定律”教学中，学生难以直观感受天体运动的动态规律；在“单摆周期公式”推导中，高等数学工具的应用超出了学生的认知范围。信息技术的引入为解决这些问题提供了新思路，通过虚拟仿真、动态建模、数据可视化等技术手段，可将抽象物理现象转化为直观体验，为构建“自主、探究、合作”的新型课堂模式提供支撑。

一、信息技术融合教学的理论支撑

信息技术通过创设沉浸式学习情境，为知识体系的自主构建开辟了新路径。其核心在于利用虚拟现实、增强现实等技术，将抽象物理概念转化为可交互的动态模型。例如，在微观粒子运动或宏观天体现象的教学中，学生可通过多感官通道与虚拟环境互动，自主调整参数观察系统变化规律。这种“具身认知”模式突破了传统课堂“教师讲授—学生记忆”的被动接受范式，使学习者在动态探究中完成从感性经验到理性抽象的思维跃迁，有效促进了知识的意义建构。

信息技术与线下教学的深度融合，构建了“预习—探究—巩固”的闭环学习生态。线上资源通过微课、虚拟实验等形式提供差异化预习材料，支持学生根据认知水平自主控制学习节奏；线下课堂则聚焦高阶思维培养，教师借助交互式白板、实时反馈系统等工具，组织小组协作与深度讨论。这种混合式模式既发挥了技术手段在资源整合与个性化推送方面的优势，又保留了师生面对面交流中情感共鸣与思维碰撞的独特价值，形成“技术赋能”与“人文关怀”的有机统一。

作为跨学科整合的催化剂，信息技术打破了学科壁垒，催生出“物理 + 技术+工程”的融合教学新形态。传感器、编程工具与数据分析软件的引入，使学生能够像工程师一样设计实验方案、采集处理数据，并通过数学建模解释物理规律。这种项目式学习不仅强化了物理知识的实践应用，更培养了计算思维、系统思维等跨学科素养，为培养适应未来社会的复合型人才提供了创新范式。

二、典型教学案例分析

在传统“验证动量守恒定律”实验中，气垫导轨的摩擦力、光电门计时误差以及小球碰撞后的形变等因素，常导致实验数据与理论值偏差较大，学生难以深入理解动量守恒的严格条件。而“仿真物理虚拟实验室”软件通过数字化建模技术，构建了理想化的实验环境：学生可在参数设置界面自由调整两小球的质量比、碰撞角度（0°至 180^∘ °可调）及初速度大小，模拟从完全弹性碰撞到完全非弹性碰撞的全过程；数据采集模块能实时记录碰撞前后两小球在 x 、y 方向的分动量，并自动计算总动量变化率；误差分析功能通过生成多次模拟的数据分布云图，直观呈现摩擦力、空气阻力等系统误差对结果的影响程度。重庆市两江育才中学的实践表明，使用该软件后，学生对“系统不受外力或外力合力为零”这一守恒条件的理解正确率显著提升，并能基于仿真数据自主推导动能损失与碰撞形变量的定量关系，实现了从“验证规律”到“探究规律”的认知跃迁。

在新人教版高中物理教材里， ∝ 粒子散射实验是理解原子核式结构模型的关键，但教材中仅以文字和静态图片呈现，学生难以直观感受微观粒子的相互作用机制。教师引入 3D 动画技术后，通过动态演示功能，以不同颜色区分 ∝ 粒子与金原子核，清晰呈现高速 ∝ 粒子接近金箔时，受原子核库仑斥力作用而发生大角度偏转甚至反弹的完整过程，让抽象的“散射”现象变得可视可感。交互操作环节中，学生拖动滑块改变原子核电荷量，动画立即响应并更新散射轨迹，直观揭示“电荷量越大，偏转角度越显著”的规律。对比分析模块则同步展示卢瑟福模型与汤姆逊“枣糕模型”下 ∝ 粒子的运动差异，引导学生发现“枣糕模型”无法解释大角度散射的缺陷。课后调查数据显示，学生对“原子核集中了原子绝大部分质量且带正电”的认知准确率大幅提升，并能结合库仑定律，从力与运动角度合理解释实验现象，实现了从感性认知到理性分析的跨越。

三、融合教学的实施路径

在信息技术赋能的物理教学中，精准化、动态化与个性化的资源设计贯穿教学全流程，有效提升了学习效能。课前阶段，教师依托学情分析数据定制微课资源，针对认知难点进行靶向突破。以“电场强度”教学为例，通过分屏对比实验视频，左侧直观呈现带电小球在电场中的受力方向与大小变化，右侧同步显示电场强度传感器的数值波动，将抽象概念转化为可视化数据。底部嵌入的选择题实时检测理解程度，若学生误选“电场力越大电场强度越强”，系统立即推送“电场强度由电场本身决定”的提示动画，强化概念辨析。

课中环节，课堂应答系统成为教学调控的“智慧中枢”。在“牛顿第二定律”探究中，教师推送的两道随堂测验题，系统 10 秒内生成柱状图：若 80% 学生正确回答加速度与合外力的正比关系，但仅 50% 理解加速度与质量的反比关系，教师随即调用交互式白板，动态演示质量变化对加速度的影响，并通过拖拽滑块让学生自主调整参数，深化对公式 F=ma 的理解。

课后阶段，学习平台基于学生课堂表现推送分层任务。基础层学生通过虚拟过山车实验记录重力势能与动能的转化数据，巩固守恒条件；拓展层学生设计“最速降线”模型，分析摩擦力对运动时间的影响，培养工程思维；挑战层学生编写 Python 程序模拟双摆运动，在探究混沌现象中发展计算思维。这种“基础巩固—能力拓展—创新挑战”的三阶任务链，实现了“一人一策”的精准教学。

四、融合教学的挑战与对策

在信息技术与物理教学深度融合的过程中，三大现实挑战制约着教育数字化转型的推进。首先是教师技术素养的结构性缺失，部分教师长期依赖“PPT+板书”的传统模式，对虚拟实验平台的参数设置、数据分析工具的函数调用等操作存在畏难情绪。为此学校需构建“专家引领 同伴互助”的培训体系：一方面邀请信息技术专家开展虚拟实验操作、Python 编程等专题实训，另一方面组建“物理+技术”跨学科教研组，通过共同开发“电磁感应可视化”等教学资源，实现技术能力与学科知识的协同生长。

资源质量方面，网络平台物理模拟软件的科学性存疑现象突出，如部分光的折射模拟未遵循斯涅尔定律，磁场线绘制出现方向性错误。这要求学校建立资源审核机制，优先选用教育部认证的虚拟实验平台，同时组织骨干教师对开源软件进行二次开发，例如在“平抛运动”模拟中嵌入误差分析模块，确保技术工具既符合教学规律又具备科学严谨性。

面对城乡技术设备投入的鸿沟，农村学校可采取“轻量化+离线化”的解决方案：推广“手机物理工坊”APP，利用智能手机传感器完成声速测量等基础实验；开发包含虚拟实验程序的 U 盘资源包，通过教育部门统一配发，使“验证牛顿第二定律”等经典实验在无网络环境下仍可开展，切实保障教育公平的技术供给。

结束语：信息技术与高中物理课堂的融合，不仅是工具的革新，更是教育理念的转型。通过虚拟实验、多媒体动画、交互式白板等手段，教师得以构建“直观感知—科学探究—思维深化”的三阶课堂模型。然而技术融合需避免“为用而用”的形式化倾向，应始终服务于物理学科核心素养的培养。未来研究可进一步探索人工智能在个性化学习路径规划中的应用，以及 5G 技术支持下的远程协同实验模式，为教育公平与质量提升提供新动能。

参考文献：

[1]陈钟鸣.信息技术与高中物理深度融合的教学案例研究——以“万有引力定律”为例[J].高考,2024,(35):69-71.

[2]王萍儿.高中物理教学中信息技术深度融合的课堂实践[J].第二课堂(D),2024,(04):57.

[3]张军红.浅析如何将信息技术与高中物理课堂教学有效融合[J].中学课程辅导(教师教育),2021,(18):97-98.