厦门实验中学 伊晓红
摘要：传统教学模式已经无法达到新的教学目标，在新的教学模式中要求教学者引入更多元化的教学方法，融合更多信息资源的教学模式，使教学效果达到最优化是新课程改革的要求。本文阐述了三个可深度融合的方向和可操作的教学案例。[ 作者：福建省厦门市同安区滨海西大道6666号 厦门实验中学 伊晓红 18750270769]
关键： 核心素养 信息技术 Vernier Video physics DIS传感器 phyphox
一、引言问题的提出
2017版《普通高中物理课程标准》提出：“通过多样化的教学方式，利用现代信息技术，引导学生理解物理学的本质，整体认识自然界，形成科学思维习惯，增强科学探究能力和解决实际问题的能力”[1]。2019年中共中央、国务院印发《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》指出“坚持教学相长，注重启发式、互动式、探究式教学，教师课前要指导学生做好预习，课上要讲清重点难点、知识体系，引导学生主动思考、积极提问、自主探究。融合运用传统与现代技术手段，重视情境教学；探索基于学科的课程综合化教学，开展研究型、项目化、合作式学习。”概括基于核心素养的教育教学方式的改革方向如图一所示
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“互联网+教学”模式应运而生，而针对如何培养基于学科核心素养的物理教学与信息技术的融合是值得我们思考的。笔者做了一些经验交流。要深刻认识课堂教学结构变革的具体内容、要实施能有效变革课堂教学结构的创新“教学模式”、开发出相关学科的丰富学习资源，以便作为学生的认知探究工具、协作交流工具和情感体验与内化工具。
二、深度融合的信息技术案例
（一）视频分析软件的融合
新课程改革更加重视对学生解决实际问题能力的培养，而运动学中的匀加速运动，平抛运动和自由落体运动等都是生活中常见的运动问题，将生活中的物理问题利用信息技术手段建构物理模型，联系理论知识从而解决实际问题，增加学生的实践性经历。达到学科育人的核心素养。
目前，在国内外有开发不少视频分析软件，例如Tracker 、Vernier Video physics 、Motion Video Analysis（MVA）、Coach软件等都可以对实验视频片段进行分析。原理是利用追踪功能对运动物体自动追踪，定位研究对象的时空位置，显示运动轨迹。通过导出表格、图像研究其运动的速度、位移与时间关系。有助于物理规律的探究与教学。
如“研究抛体运动规律”一节，利用“化曲为直”的思想，使用运动的合成与分解的理论，合运动与分运动具有独立性、同时性、等效性等。本节内容的难点在于学生能从运动合成与分解角度认识抛体运动，分解为水平和竖直两个方向的是独立运动。通过使用Vernier Video physics软件对物体做抛体运动的视频进行分析，能快速得到运动轨迹和物体的位置点。建立动态粒子模型将运动的轨迹与实际运动的轨迹进行对比。实际运动轨迹如图2所示，然后软件分析出建立的水平方向和竖直方向物体位移和速度与时间的关系图像，如图3所示。使用视频分析软件辅助课堂教学可以更直观解决抛体运动教学的重难点，帮助学生正确建立物理规律，理解和记忆所学知识。而且相对于传统抛体运动的教学，这种方法可以快速得到做抛体运动的规律，增大课堂容量，提高教学的质量和效率。
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利用Vernier Video Physics 研究了实际生活中最常见的投篮过程中篮球的运动。做为二维斜抛运动的特例，得到了篮球运动的轨迹图以及两个方向上的x-t、v-t图像。通过对图像的分析提高学生对这些运动的深刻认识，解决了传统教学中学生很难理解将曲线运动分解到两个方向的直线运动，使得教学更具可视化。将现代化教学设备应用到课堂教学，提高学生处理、分析图象的能力，体现了核心素养对高中物理教学的基本要求。
（二）数字化实验系统（DISLab）的融合
数字化实验系统是利用现代信息技术进行实验研究，是由传感器+数据采集器+计算机构成的系统。信息技术传感器的应用为微小量、变化量等的测量提供了可能，他是利用将一些信号转化为数字信号
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应用一：利用力的传感器演示物体处于超重、失重时的力大小。
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用DIS实验器材，学生可以自主探究超重失重现象，收集、分析数据并得出结论。优点是可以实时采集记录数据。
应用二：利用力的传感器记录相互作用力的两个力大小和方向随时间变化的关系，攻克本节内容的重难点，有助于理解作用力与反作用力是大小相等、方向相反的相互作用力。
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（三）基于传感器应用的手机软件Phyphox
Phyphox 软件通过调用手机的内置传感器， 包括加速度传感器、磁力传感器、陀螺仪（旋转传感器）、光传感器、压力传感器、麦克风以及 GPS 等，可根据手机的运动情况和周围环境进行相应的数据测量。目前可实现 29 种内置功能，例如测量加速度、角速度、光照强度、磁场强度、压力和声音的幅度和频率等基本物理量，并且将这些数据以图形或数字的形式呈现。 除此之外，还有基于传感器而开发的实用工具，如秒表（声学秒表、运动秒表、光学秒表）、角度测量仪、音频发生器等。 除了直接使用实用工具和单独的传感器， Phyphox 软件还将传感器进行模块化组合， 方便使用者研究和分析转动、滚动、弹性碰撞、弹簧振动、单摆、失重与超重等多种基本运动。
应用一：验证向心加速度与角速度的关系
目前智能手机在物理实验中的应用已有一些案例，但大部分都是基于加速度传感器的应用，陀螺仪传感器得到的关注较少。此外，在讲授《向心加速度》这节内容时教师一般都通过理论推导来得出向心加速度的表达式 ac=ω2r。 实际上，我们可以利用 Phyphox 中的 Centrifugal acceleration（离心/向心加速度）功能来验证向心加速度与角速度的关系，以此作为对理论知识的一种补充。
Centrifugal acceleration 功能调用陀螺仪传感器测量手机转动时的角速度，调用加速度传感器测量向心加速度，并分别绘制向心加速度ac与角速度ω以及角速度平方ω2的函数图像。选择将手机放在倒置的自行车车轮中间（利用脚踏板容易控制转动速度），并用尼龙扎带将手机固定。 打开Centrifugal acceleration， 转动脚踏板使手机随着后轮缓慢均匀地加速，尽量尝试不同的速度使生成的点迹分布均匀。
在手机转动过程中生成的图像，可以看出向心加速度与角速度呈现抛物线拟合的关系，与角速度的平方呈现正比的线性关系，有效地验证了公式 ac=ω2r。
信息技术对图形、图像、动画等的综合处理及强大交互式特点使多媒体课堂能充分创造一个图文并茂的、生动逼真的教学环境，使学生始终保持兴奋、愉悦的心理状态，激发学习兴趣。
三、信息技术与物理教学深度融合的优势
随着信息技术的发展，科技产品更多的满足于教学硬件设施的需求。而随着新高考改革的大环境，教学方法也应该有效融合信息技术手段，开发更多资源融合教学模式，完成培养未来科技发展人才储备的基础教育。可把信息技术当作教育辅助提升学习的新鲜感和生动性师生协作比提供信息图要好知识准确与形式合理都重要。减少认知负载，增强处理复杂知识系统所需的记忆能力简洁明了地传递信息，高效地对思维活动进行解释说明信息化作为学习工具，促进提炼和优化知识体系的能力引导学习者洞察知识体系的内在逻辑，促进有效的决策
教学要善于运用信息技术中学物理学科具有抽象性及逻辑性强的特点，而信息技术对图形、图像、动画等的综合处理及强大交互式特点使多媒体课能充分创造一个图文并茂的、生动逼真的教学环境，使学生始终保持兴奋、愉悦的心理状态，激发学习兴趣。 教学中出现的一些抽象问题，通过多媒婆体辅助教学展现在学生面前，能够极大地激起学生探讨知识的兴趣。
总之，随着信息技术的发展，科技产品更多的满足于教学硬件设施的需求。而随着新高考改革的大环境，教学方法也应该有效融合信息技术手段，开发更多资源融合教学模式，完成培养未来科技发展人才储备的基础教育。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部. 普通物理课程标准[S]. 北京：人民教育出版社,2018.1
[2]汤清修. 中学物理单元教学设计指南[S]. 北京：人民教育出版社，2018.7
[3]李宝业. 信息技术与高中物理教学深度融合探讨[J].成才之路，2017,09:78.
[4] 林厚从. 融合信息技术，培养学生核心素养的实践研究[J].物理教学，2020,3:42.