信息技术和网络技术在现代社会的快速发展和普遍应用，为充实、提高物理课程资源的质量创造了重要条件，促进物理课堂教学向以素养为导向的方向发展。《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）在课程实施部分中强调：“教师要充分发挥信息技术的优势，将信息技术有效融入物理教学，创新教学方式，提升教学效率。同时，应鼓励学生将信息技术运用到物理学习中，帮助学生适应数字时代的要求，提升学生运用信息技术的能力”
［1］。
1 信息技术与实验融合是培养科学探究能力的有效途径
科学探究引导学生从“学会”到“会学”、从“硬套”到“运用”、从“知道”到“理解”，帮助学生在真实情境下探究、归纳、表达、演绎、运用，是物理观念形成、科学思维提升和突出科学态度与责任的平台。物理学是以实验探究为基础，测量、收集证据并推导、运用的科学，实验在物理学发展中有着极其重要的地位。实验是物理概念的形成、物理规律的发现、物理理论的建立的共同基础。在传统的实验教学中，教师往往容易受到内容和器材上的限制，学生科学探究能力无法得到针对性的培养。信息技术与物理实验融合，是培养学生科学探究能力的有效途径。与传统的实验教学相比，信息技术浸润下实验教学可以使物理现象和过程更加直观，可以得出海量实验数据，可以应用技术使实验数据处理更加快捷高效，可以运用数字化程序进行辅助、模拟，从而对一些现象不明显甚至不能做的实验进行完善。
2 信息技术浸润下初中物理科学探究能力培养的探索
以“凸透镜成像的规律”教学为例，本节是承上启下、规律生成的重点章节，通过之前一节的学习，学生已经有了对常见透镜的认识基础，本节通过实验探究凸透镜具体成像规律，建立在“光的折射”“透镜”知识基础上，同时又是“照相机与眼球 视力的矫正”“望远镜与显微镜”等应用内容的基础。新课标对“凸透镜成像的规律”的教学目标是：“探究并了解凸透镜成像的规律。”在学业质量要求中强调要引导学生达到：通过思考、研讨能够设计出基本的实验步骤；基于数据、证据对比与分析，揭示其中的规律，并进行初步的推导，以得出实验结论；能够清晰阐述实验流程与结果，并撰写详尽的实验报告。基于此，本节课的教学重点在于探究并归纳凸透镜成像规律；难点在于如何引导学生对实验数据处理与分析，并归纳与总结成像规律。
2.1 传统的实验教学
常规的实验方案是教师带领学生选用焦距相同的凸透镜在物理实验室里完成教学。教师先做演示实验，使点燃的蜡烛或F形光源按设定好的距离从远到近，从而在透镜另一侧的光屏上得到像，再让学生调节光屏，改变它与凸透镜之间的距离，并多次比较，直到光屏上出现F光源的像最清晰，依次得到倒立缩小的实像、倒立放大的实像和正立放大的虚像。再把物体放在2倍焦距处，移动光屏直到像清晰，比较像与物大小、正倒等关系；再把物体放在1倍焦距处，移动光屏，引导学生发现光屏上的光斑大小不变，说明是平行光（不成像）。最后进行归纳总结，得出在不同物距下成像的规律。学生虽然感兴趣，但由于缺少情境引导和信息技术的支撑，往往按照教师指导的方案，依次进行实验、观察，只要光屏上能成像就觉得满足了，草草结束实验探究。这种伪探究实验教学会让学生产生一种错觉，仅凭有限的几组数据就能得到普遍的规律；对凸透镜成像规律的两个重要分界点（1倍焦距和2倍焦距）核心问题没有解决，学生只能机械性记忆，不符合科学探究培养学生物理观念，科学方法、态度和精神的要求。
2.2 信息技术浸润下的实验教学
信息技术浸润下的实验教学能改变传统的“灌输式”教学，坚持课程重构，对教材进行重新建构，基于教材而超越教材；灵活而交替地引导学生自学、合学、展学，在信息技术支持下，推动自主学习、小组合作、探究交流、展示总结等流程。从以知道凸透镜成像知识为目的的浅显学习到通过情境提出疑问、通过思考设计方案、通过探究得到证据并归纳推导规律的理解性、深层次学习，学生在信息技术支持下，高效开展与科学工作者相似的探究过程，更好地理解科学探究方法，体验科学思维过程，增强合作探究能力，在课堂中探究学习，提高科学探究的效率。
（1） 关注情境，培养学生发现和提出问题的能力。
师：上节课我们学习了透镜的知识，透镜利用了光的折射原理。凸透镜、凹透镜分别叫什么透镜？为什么？
【学生活动1】寻找身边的凸透镜，试一试透过它观察物体，你会发现透过凸透镜能观察到几种不同的像呢？
生1：我们身边的凸透镜有照相机、投影机、显微镜、放大镜等。
生2：物体通过凸透镜既可以成放大的像，也可以成缩小的像；既可以成倒立的像，也可以成正立的像。（通过投屏把学生的发现展示在投影幕上，以增加直观印象）
师：凸透镜可以成哪些类型的像？成像的性质又可能跟哪些因素有关呢？（教师一边提问一边引导学生发现距离变化后的改变，进行适当启发）
生3：凸透镜成不同性质的像与物体到凸透镜的距离有关。（还有的学生会说与光屏到凸透镜的距离有关，可以引导学生在物距不变时，改变光屏到凸透镜的距离进行观察、比较，从而排除误解）
【学生活动2】透过两个焦距不同的凸透镜观察相同距离的物体，你会有什么发现？
生4：所成像的大小不一样。
师：看来，凸透镜所成像的性质不仅与物体到凸透镜的距离有关，也与凸透镜自身的焦距有关。
【设计意图】从真实的生活情境入手，突出物理问题导向，组织科学探究，引导学生不断探索、分析归纳、解决问题。一是创设问题情境，让学生在活动中感知：在改变物体与透镜的距离、更换不同的透镜时，都会引起像大小的变化（通过投屏展示，引导学生观察、思考），创造线索引导学生猜想成不同像的可能原因，培养学生发现问题、提出问题的能力。二是引起学生认知冲突，学生在学习本节前往往认为凸透镜只能成放大的像，而我们运用信息技术将放大镜既可以成放大像，也可以成缩小的像显示于学生面前，引导学生通过现象的对比，引发思维冲突，消除迷思概念。学生通过直观感受，知道了像的大小、正倒等凸透镜成像特点，其中一些特点是平时不易关注到的，从而增强学习和探究的兴趣。
（2） 关注证据，培养学生信息搜集和证据获取的能力。
实验目的：探究凸透镜成像规律。
实验器材：实验装置如
图1所示，包括光具座、凸透镜、F形LED光源、光屏等。
【学生活动3】结合课本以及实验活动单与小组其他同学讨论：如何设计本实验？
生5：将凸透镜、F形LED光源、光屏放置在光具座上，并使物体、光屏的中心、凸透镜的中心位于同一水平高度。
生6：先要使F形LED光源从距离较远处，反复改变光屏到凸透镜的距离，观察并比较成像的清晰程度，直到光屏上成像最清晰，记录物距u、像距v，同时注意观察像的大小、正倒情况；再逐渐减小物距并移动光屏寻找最清晰的像，观察像的性质随物距减小的变化情况。
师：好，请同学们先记录好所选凸透镜的焦距
f，把实验数据填在
表1中，并将本组实验的数据填写到iPad上，实时通过网络发送到教师所用的终端设备。
师：实验后，我们把物距按照从大到小进行排列，当物距u由大变小时，观察像距v的大致变化趋势，对明显不合理的数据要加以验证或者剔除。
生7：当u=38.2 cm时，v=23.1 cm这组数据不合理，需要加以验证。实际上，当u=38.2 cm时，调整光屏，v=13.5 cm时光屏上的像最清晰。
师：解决好不合适的数据后，将相同性质的像进行合并，请同学们分析表格，你能发现什么？
生8：当u<20 cm，成倒立放大的实像，此时v>20 cm；当u>20 cm，成倒立缩小的实像，此时v<20 cm；当u<10 cm，成正立、放大的虚像。
【设计意图】将学生分成两大组（f1=5 cm、f2=10 cm），每组有若干学习小组（每学习小组2人），利用提供的实验器材进行实验，记录物距和像距。教师在实验前设计好Excel电子表格模板，并分发到每个学生的电脑端，便于学生收集和处理数据，由于信息技术的交互功能强大，学生得以迅速记录实验数据，并通过下拉菜单快速选择成像性质（大小、正倒、虚实等），并将实验数据通过iPad实时发送到教师所用的终端设备。教师引导学生一起利用Excel软件将大量的实验数据进行归纳总结，根据成像性质对数据范围进行分类，既找出相同点、又归纳不同处，得出具有普遍意义的凸透镜成像规律。这是在一种比较开放的环境下的数据采集，得到的结论相对准确可靠，以帮助学生养成基于证据分析问题的习惯。
（3） 关注思维，培养学生思维品质和推理论证能力。
【学生活动4】请同学们观察并思考：你能找出缩小像和放大像的分界点吗？实像和虚像的分界点呢？如何来验证你的猜想。为了使同学们更好地理解，我们先根据实验数据画出
v-
u图象，并在图象上作出相应分析，结果如
图2所示。
生9：从
图2可知，
u=20 cm是缩小像和放大像的分界点；
u=10 cm是实像和虚像的分界点。
生10：当物距u小于10 cm时，在光屏上看不到F形光源的像，可以取一个放大镜靠近课本进行验证，通过放大镜看课本上的文字，成正立放大的虚像。
生11：当物距u趋近于10 cm时，F形光源成像于无穷远处，从先前学习过的教材第87页课外小实验中知道，当把小电灯放在凸透镜的焦点处，小电灯发出的光通过凸透镜将会成为平行光，成像于无穷远处。
生12：当物距u=20 cm时，光屏上v=20 cm时成清晰的、与光源等大的倒立的像。
生13：当物距u趋向于无穷远处时，像距v趋向于10 cm，虽然无法在光具座上验证该实验，但是，我们知道，平行光源通过凸透镜将会聚于焦点。
师：用同样的方法，我们也可以求凸透镜焦距f=5 cm时的成像情况。
【学生活动5】请同学们结合图3中的数据归纳凸透镜成像的一般规律。
u<10 cm 正立放大的虚像
u=10 cm 不成像
10 cm<u<20 cm 倒立、放大的实像 v>20 cm
u=20 cm 倒立、等大的实像 v=20 cm
u>20 cm 倒立、缩小的实像 10 cm<v<20 cm
f=5 cm
u<5 cm 正立放大的虚像
u=5 cm 不成像
5 cm<u<10 cm 倒立、放大的实像 v>10 cm
u=10 cm 倒立、等大的实像 v=10 cm
u>10 cm 倒立、缩小的实像 5 cm<v<10 cm
图3 不同焦距下凸透镜成像情况
生14：当u>2f时，f<v<2f，成倒立缩小的实像；当f<u<2f时，v>2f，倒立放大的实像；当u=2f时，此时v=2f，成倒立等大的实像；当u<f时，成正立放大的虚像；当u=f时，不成像。
师：刚才的初步结论表明，物体在二倍焦距处，成倒立等大的实像；而物体位于二倍焦距外则成倒立缩小的实像、位于二倍焦距内且位于一倍焦距外则成倒立放大的实像，说明2f是物体成缩小像与放大像的分界点；当物体位于一倍焦距处什么像也得不到，一倍焦距内则成虚像，说明焦点是实像与虚像的分界点。
【设计意图】八年级学生对实验数据的处理能力相对较弱，在教学设计时，除了对数据进行分类、归纳外，还应该强化图象法的应用：根据实验数据，利用信息技术在坐标图上快速绘制像距与物距的变化图象，引导学生利用数轴将看似无序的数据按由大到小的顺序排列，再分别将成倒立缩小实像的区域和倒立放大实像的区域标在图象上，从图象中即可发现凸透镜成倒立缩小实像和倒立放大实像的分界点坐标；运用同样的方法进一步根据数据找到成实像与虚像的分界点——焦点，推导出更全面的凸透镜成像规律。在当前的大数据时代背景下，通过数字化技术让数据可视化图象形象地呈现，清晰有效地传达信息，让思维看得见、听得到、抓得着，从而帮助学生“揭示趋势、探索来源、获取新知”。
（4） 关注评价，培养学生的科学态度和科学品质。
师：请同学们运用所学的凸透镜成像规律来解释下列现象：同一凸透镜观察到远近不同的物体所成的像不同的原因是什么？用焦距不同的凸透镜观察距离凸透镜相同距离的物体所成像不同的原因又是什么？
生15：同一凸透镜，由于物距不一样，物体所成的像不一样；焦距不同的凸透镜，虽然物距相同，物体所成的像也不一样。
师：在实验过程中，用F形LED光源代替烛焰，对比后思考这样做的好处是什么。
生16：烛焰受多种因素影响，会导致像不清晰、不稳定，而且使用火焰做实验需要一定的防火、防风等安全措施，增加了操作复杂性和风险。同时，烛焰成像后物与像上下相反很容易判断，左右是否相反却无法判断。使用F形LED光源更好，因为LED光源稳定，可清楚显示像的左右、正倒立情况，且结合带方格的光屏更容易比较像和物的大小。
【学生活动6】引导学生观察计算机上的v-u图象并思考：当物体成实像时，物体距离透镜越远，像距与焦距差值如何？（越小，即像距与焦距越接近）进一步提问：若物体距离透镜足够远（大于10倍焦距）时，所成的像与透镜间的距离就近似等于什么？在这样的基础上，你能设计一种估测凸透镜焦距的简便方法吗？
生17：让凸透镜正对太阳光，在凸透镜后面与镜片平行的方向放一张白纸，调节白纸到镜片的距离，使白纸上的光斑最亮、最小（太阳最小的实像），则该光点就是凸透镜的焦点，用刻度尺测量光点到凸透镜的距离，该长度大约就是焦距。
【设计意图】信息技术强化了学生的科学思维，由于建立在数据基础上的图象的辅助，学生更容易得出答案。在探究过程中，需要对问题进行交流评价，判断提出的问题是不是科学的问题、是不是有探究价值的问题等。在评估环节，除了一些常规的知识内容外，比如，猜测特殊点（
u=
f和
u=2
f）的成像情况并利用实验验证；在实践应用环节，测定凸透镜焦距的方法；探究活动用F形LED光源代替烛焰等都是学生交流评价的结果。此外，还可以引导学生辩证地看问题，虽然蜡烛在探究凸透镜成像规律中有缺点，但有来源广泛、价格实惠等优点
［2］。
3 结语
信息技术改变着人类的生产方式和生活方式，也改变着人们的思维方式和学习方式。在新课程标准理念下，初中物理实验教学需要紧扣信息时代要求，与时俱进，给物理实验教学注入新的活力。信息技术浸润下的初中物理科学探究能力培养实践借力于信息技术，关注证据意识与数据处理，凸显思维过程与品质，是一项有益的探索与实践。随着大数据时代的发展，教育工作者也需要不断地进行教学探索与实践，通过信息技术优化课堂教学，提升学生学习效果，发展学生学科素养。
江苏省中小学教学研究室第十五期课题“指向物理观念建构的大单元教学设计实践研究”(2023JY15-L247)
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