物理學(xué)科特點(diǎn)與教學(xué)挑戰(zhàn)學(xué)科特征概念、規(guī)律具有抽象性理論與實(shí)踐高度統(tǒng)一建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上學(xué)生需求鮮明豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)靈活理性的思維能力科學(xué)探究和創(chuàng)新能力教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展物理觀念提升科學(xué)思維增強(qiáng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任第九章信息技術(shù)支持下的中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)——探索信息技術(shù)與物理教學(xué)的深度融合信息技術(shù)的定義與發(fā)展信息技術(shù)（InformationTechnology,IT）是指利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)處理、存儲(chǔ)、傳輸和展示信息的技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)領(lǐng)域涵蓋計(jì)算機(jī)硬件與軟件網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)人工智能技術(shù)從20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，信息技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)教育教學(xué)產(chǎn)生了極其深刻的影響。信息技術(shù)在物理教學(xué)中的主要應(yīng)用方向01助力教學(xué)管理克服時(shí)空限制，提供在線教學(xué)支持，實(shí)現(xiàn)智能化分析與評(píng)估02開發(fā)物理課件創(chuàng)設(shè)生動(dòng)教學(xué)情境，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)演示、定量模擬和交互體驗(yàn)03創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用DIS系統(tǒng)和移動(dòng)設(shè)備，開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究04建構(gòu)資源體系整合多媒體教學(xué)資源，構(gòu)建系統(tǒng)化資源庫(kù)教學(xué)管理中的信息技術(shù)應(yīng)用靈活組織教學(xué)克服時(shí)空條件限制，應(yīng)對(duì)特殊情況，支持不同規(guī)模的教學(xué)活動(dòng)資源共享平臺(tái)學(xué)生和教師便捷共享學(xué)習(xí)資源，如課堂筆記、資料、試卷等大數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化記錄和智能化分析學(xué)生發(fā)展變化情況，提供個(gè)性化指導(dǎo)實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)跟蹤個(gè)體表現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)群體變化，幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略基于AI的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容、路徑和節(jié)奏，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。物理課件開發(fā)的技術(shù)要求物理課件的三個(gè)核心要求1動(dòng)態(tài)演示將靜態(tài)概念轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)過程，幫助學(xué)生理解物理現(xiàn)象的發(fā)展變化2定量模擬準(zhǔn)確模擬物理定律和數(shù)值關(guān)系，支持精確的物理計(jì)算和分析3交互性允許用戶參數(shù)調(diào)節(jié)和實(shí)時(shí)反饋，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探究性主要教學(xué)軟件對(duì)比分析軟件名稱主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)InteractivePhysics(WorkingModel)二維動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，功能強(qiáng)大，使用簡(jiǎn)單方便開發(fā)較早，界面不夠精美GeoGebra全平臺(tái)支持，入門容易，界面美觀，功能強(qiáng)大，資源豐富編程功能相對(duì)較弱Mathematica功能強(qiáng)大，資源豐富，相對(duì)簡(jiǎn)單，可用AI輔助編程入門門檻較高Python編程功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛需要編程基礎(chǔ)人工智能平臺(tái)如ChatGPT的出現(xiàn)，極大降低了編程門檻，教師可以專注于教學(xué)設(shè)計(jì)而非軟件操作。DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述DIS（數(shù)字信息系統(tǒng)）是能夠?qū)崟r(shí)采集和處理數(shù)據(jù)的智能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2006年被列入中小學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。硬件組成多種傳感器數(shù)據(jù)采集器計(jì)算機(jī)設(shè)備軟件功能設(shè)置采樣方式控制實(shí)驗(yàn)啟停數(shù)據(jù)分析處理圖像可視化傳感器類型位移、光電門、電壓、電流、溫度、壓強(qiáng)、力、磁感應(yīng)強(qiáng)度、聲波傳感器等DIS實(shí)驗(yàn)的移動(dòng)化發(fā)展移動(dòng)設(shè)備優(yōu)勢(shì)手機(jī)和平板自帶多種傳感器，計(jì)算處理能力強(qiáng)，聯(lián)網(wǎng)便捷傳感器豐富磁感應(yīng)、加速度、聲音、氣壓、光強(qiáng)、GPS定位等多種傳感器應(yīng)用便捷使用方便快捷，測(cè)量準(zhǔn)確，成本低廉，可自由發(fā)揮空間大《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中，"利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置"已列為必做實(shí)驗(yàn)。DIS實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的提升01超重失重現(xiàn)象利用加速度傳感器實(shí)時(shí)繪制a-t圖像，量化分析運(yùn)動(dòng)過程02氣體定律研究利用氣壓和溫度傳感器研究等容、等溫變化，繪制P-T圖像03力與加速度關(guān)系直接測(cè)量力和加速度，避免傳統(tǒng)方法的系統(tǒng)誤差創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)示例聲波頻率測(cè)量利用手機(jī)聲音傳感器測(cè)量音叉固有頻率，探究共振現(xiàn)象聲波干涉體驗(yàn)通過雙音響播放同頻聲波，讓學(xué)生體驗(yàn)干涉現(xiàn)象電梯運(yùn)動(dòng)分析用加速度傳感器分析電梯運(yùn)動(dòng)規(guī)律并測(cè)算樓高聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)開發(fā)回聲測(cè)距實(shí)驗(yàn)，在生活場(chǎng)景中驗(yàn)證物理原理教學(xué)資源體系建構(gòu)利用各類軟件工具整理和組織多年積累的教學(xué)資源：文字材料圖像資源音頻文件視頻內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)鏈接通過思維導(dǎo)圖軟件或文件管理器，形成系統(tǒng)的教學(xué)資源庫(kù)，支持課堂教學(xué)和教學(xué)研究的快速調(diào)用。信息技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)多媒體交互課件的優(yōu)勢(shì)思維結(jié)合抽象思維和形象思維相結(jié)合，多感官協(xié)同學(xué)習(xí)，直觀生動(dòng)突破限制突破時(shí)間和空間限制，放大縮小、加快減慢、動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)支持突破實(shí)驗(yàn)條件限制，動(dòng)態(tài)交互改變物理?xiàng)l件信息效率信息傳遞效率高，支持共享和協(xié)作編輯DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)硬件優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化采集精確快捷定制化程度高傻瓜式操作軟件優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)圖像繪制便捷曲線擬合快速微分積分運(yùn)算信息技術(shù)應(yīng)用的誤區(qū)與原則常見誤區(qū)迷信手段把手段當(dāng)目的，課件成為中心，教學(xué)形式單一僵化信息充塞內(nèi)容膨脹，節(jié)奏過快，主次不分，影響深度學(xué)習(xí)弱化培養(yǎng)過度依賴技術(shù)，弱化想象力、推理能力和探究能力培養(yǎng)正確應(yīng)用原則1以人為中心以學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為中心，信息技術(shù)作為輔助補(bǔ)充手段2先真實(shí)后模擬先讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)情境，充分思考后再觀看模擬3低技術(shù)高思維實(shí)驗(yàn)技術(shù)含量要低，思維含量要高，注重素養(yǎng)培養(yǎng)過程素養(yǎng)培養(yǎng)是漸進(jìn)的內(nèi)化過程，需要時(shí)間和等待，需要滲透式教學(xué)。案例展示概覽以下將通過9個(gè)具體案例，展示信息技術(shù)在物理教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用：01案例1基于手機(jī)phyphox的學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)02案例2探究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律03案例3測(cè)算長(zhǎng)征五號(hào)火箭推力04案例4-5多物體復(fù)雜相互作用模擬案例1:基于手機(jī)PHYPHOX的磁場(chǎng)探究實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)尋找手機(jī)磁傳感器位置練習(xí)使用phyphox軟件探究通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)分布探究溫度對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響主要器材手機(jī)、條形磁體、學(xué)生電源、滑動(dòng)變阻器、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線等教學(xué)價(jià)值學(xué)生利用日常設(shè)備開展科學(xué)探究，體驗(yàn)完整的科學(xué)探究過程，培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。案例2:探究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律技術(shù)方案視頻錄制手機(jī)攝像記錄彈簧振子運(yùn)動(dòng)，30fps高清錄制幀提取用potplayer軟件提取等時(shí)間間隔連續(xù)幀圖像排列PowerPoint中橫向排列對(duì)齊圖片規(guī)律驗(yàn)證GeoGebra軟件擬合正弦函數(shù)驗(yàn)證教學(xué)效果真實(shí)實(shí)驗(yàn)與理論規(guī)律完美吻合，學(xué)生深刻感受簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的"簡(jiǎn)單"與"和諧"之美。案例3:測(cè)算長(zhǎng)征五號(hào)火箭推力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路01情境創(chuàng)設(shè)觀看火箭發(fā)射視頻，了解航天事業(yè)發(fā)展02模型建構(gòu)判斷運(yùn)動(dòng)類型，建立物理模型：F=G+ma03數(shù)據(jù)處理Tracker軟件分析視頻，計(jì)算加速度04結(jié)果驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果與官方數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差僅4.02%教學(xué)意義學(xué)生在真實(shí)情境中運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，激發(fā)探究熱情，體驗(yàn)科學(xué)之美。案例4-5:復(fù)雜相互作用模擬技術(shù)特點(diǎn)利用InteractivePhysics軟件模擬多物體多階段復(fù)雜相互作用過程環(huán)境設(shè)置設(shè)置重力場(chǎng)、電場(chǎng)、空氣阻力等物理?xiàng)l件物體建模繪制物體，設(shè)置質(zhì)量、位置、速度等屬性數(shù)據(jù)分析測(cè)量物理量，繪制圖像，分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律教學(xué)策略先引導(dǎo)分析推理，再用模擬驗(yàn)證，最后發(fā)現(xiàn)規(guī)律拓展探究。案例6:干涉法檢查平面原理教學(xué)難點(diǎn)劈尖干涉是立體物理模型，學(xué)生難以想象凸起物對(duì)條紋形態(tài)的影響技術(shù)解決方案GeoGebra建模制作三維立體圖形，可視化空氣膜厚度變化動(dòng)態(tài)演示展示等厚面與球面相交形成的條紋形態(tài)教學(xué)價(jià)值幫助學(xué)生突破空間想象難點(diǎn)，理解干涉條紋彎曲規(guī)律。案例7-8:聲學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新案例7:雙手機(jī)測(cè)聲速創(chuàng)新思路利用phyphox"聲音秒表"功能，巧妙解決雙機(jī)計(jì)時(shí)同步問題實(shí)驗(yàn)原理ΔtA=t?+t?+t?ΔtB=t?t?

=t?=(ΔtA-ΔtB)/2案例8:

GeoGebra輔助編程用自然語(yǔ)言描述需求，AI生成Mathematica代碼，制作波的干涉動(dòng)畫。大大降低課件制作門檻。案例9:光的偏振實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新技術(shù)方案MATLAB可視化模擬點(diǎn)光源波動(dòng)傳播呈現(xiàn)光束振動(dòng)過程動(dòng)態(tài)展示橫波特性ESP32硬件自制檢偏器光強(qiáng)傳感器BH1705OLED顯示屏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集教學(xué)效果學(xué)生直觀理解光的橫波特性，定量探究光強(qiáng)與偏振片夾角的關(guān)系，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。信息技術(shù)應(yīng)用的總體建議1服務(wù)教學(xué)目標(biāo)信息技術(shù)應(yīng)服務(wù)于核心素養(yǎng)培養(yǎng)，而非替代基礎(chǔ)能力訓(xùn)練2注重教學(xué)設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)放在創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計(jì)思想和清晰的表達(dá)能力上3平衡技術(shù)與思維實(shí)驗(yàn)技術(shù)含量要低，思維含量要高，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維4促進(jìn)深度學(xué)習(xí)避免浮躁的技術(shù)追求，注重學(xué)生的深度理解和能力發(fā)展總結(jié)與展望信息技術(shù)為中學(xué)物理教學(xué)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。教學(xué)目標(biāo)始終以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為中心目標(biāo)技術(shù)手段合理運(yùn)用技術(shù)，避免本末倒置創(chuàng)新設(shè)計(jì)重視教學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和優(yōu)化持續(xù)發(fā)展與