基于Python的高中物理可视化教学研究——以力学过程中的能量转化为例.pdf

摘要

摘要

教育现代化是国家现代化的基础和先导，是实现2035年建成教育强国目标的

必由之路。教育信息化支撑引领教育现代化，应该大力提高教育技术手段现代化

水平。从2010年制定的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》，

到年启动实施的《教育信息化行动计划》，以及《普通高中物理课程标准

20182.0

20172020

（年版年修订）》等一系列文件都旨在加快信息化时代教育变革，推进

教育数字化建设，提高教师信息技术应用能力和改进教学方法。高中物理因知识

点抽象复杂、更加注重思维逻辑和方式方法而难学难教，因此，使用合适的软件

模拟物理情境、探索相关物理规律，成为教师开展信息化教学实践的助手，形成

多元化教学方式是极为重要的。Python作为近年来最流行、最开放且高开发效率

的软件，具有极强定制性，可以通过编程来进行运动模拟、过程分析、规律总结，

适合用于高中物理教学。

以信息加工理论、建构主义理论、视觉思维理论和最近发展区理论为基础，

通过分析Python的特点，结合高中物理力学部分教学重难点，明确设计原则。在

此基础上，设计Python相关程序，并依据《普通高中物理课程标准（2017年版2020

年修订）》、人教版普通高中物理教科书以及教学设计的要点，进行了《自由落体

运动》《抛体运动的规律》《斜面上物块运动问题的能量转化》《单摆》《简谐运动

的回复力和能量》等五节课的案例开发，以及《自由落体运动》《单摆》《简谐运

动的回复力和能量》三节课的教学设计，并将后两个教学设计进行了教学实践。

通过调查问卷和访谈的方式，对将Python应用于高中物理可视化教学的效果进行

调查和分析，以了解学生和一线教师对应用Python进行高中物理可视化教学的接

受度和成效。最后，基于以上分析进行了讨论和总结，并提出了相应教学的建议。

研究结果表明，超过80%的学生对于将Python应用于高中物理可视化教学持

有积极的态度，喜欢这种新型的教学方式，超过80%的学生认为使用Python进行

物理知识可视化，可以提高学生对物理学习的兴趣，动态化的呈现方式更容易加

深自己对于物理规律的理解。教师认为使用Python以可视化的方式，可以帮助学

生更好地理解物理过程，探究物理规律，从而突出重点，突破难点。应用Python

进行物理教学时，应以学生为中心，选择最典型的模型进行建构，帮助学生更深

刻地理解和掌握相关知识点。鼓励学生实践，超过50%的学生愿意利用课余时间

I

摘要

探索用Python学习物理知识。作为具有信息化素养的教师，可以分享源代码给学

生，使其探索获得成就感，提高逻辑思维能力，帮助探求现象背后的物理本质。

关键词：Python；可视化教学；高中物理；教学设计；实践调查

II

Abstract

Abstract

Modernisationofeducationisthefoundationandprecursorofnational

modernisation,andisthenecessarywaytoachievethegoalofbuildingastrong

educationalcountryby2035.Educationalinformatisationsupportsandleadsthe

modernisationofeducation,andthelevelofmodernisationofthetechnicalmeansof

educationshouldbevigorouslyimproved.Aseriesofdocuments,fromtheOutlineof

theNationalMedium-andLong-TermEducationR