淺論信息技術與高職物理實驗教學的整合

　　摘 要： 將信息技術恰當地應用于高職物理實驗教學中是實驗教學的改革和創新。信息技術可豐富實驗教學的內容，強化實驗教學的效果，提升實驗教學的層次，有利于提高教學質量和學生的操作技能。在教學實踐中可充分應用多媒體技術輔助物理實驗教學，將信息技術作為信息加工工具、研究工具和交流工具。要注重培養學生自主探究的精神，不斷強化計算機網絡知識技能的培訓，處理好“實”與“虛”的關系，使信息技術與高職物理實驗教學實現完美結合。
　　關鍵詞： 職業教育 物理實驗 信息技術 整合應用
　　
　　物理學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學在高職物理中約占1/3的比例，學生通過做實驗不僅可以鞏固和加深對物理理論知識的理解和消化，而且有利于培養學生在實踐中提出問題、分析問題和解決問題的能力。作為以培養應用型技術人才為主要目標的高職院校，物理實驗教學還是培養學生動手和創新能力，連接相關專業技能教學的重要通道［１］。然而，受教學實驗設備所限，傳統的實驗教學遠不能適應現代物理學科的發展，更無法滿足高職教育人才培養目標的需要。隨著計算機技術的迅速發展和網絡平臺的進一步開發，現代信息技術不僅可彌補傳統實驗教學的不足，而且可極大地拓展實驗教學的內容和方式。信息技術與物理實驗教學的整合不僅是先進教學理念的必然趨勢，而且是高職教育特點和物理學科發展的現實要求和必然選擇。
　　一、信息技術與高職物理實驗教學整合的方向
　　1.憑借信息技術豐富實驗教學的內容。
　　受時間和空間等客觀條件及儀器本身因素的限制，許多實驗靠傳統實驗教學方式是不可能完成的，但如果利用計算機模擬，就可以突破時空限制，這將極大豐富物理實驗教學內容。如“演示α粒子散射實驗”、“理想氣體模型”、“布朗運動”、“鏈式反應”、“自轉的地球繞太陽公轉”等實驗教學內容都可以也只能以用計算機模擬進行。一些如光滑、空氣阻力不計、理想氣體、質點、勻速直線運動等物理規律現實生活中很難找到完全相符的實例，有些現象甚至連近似都無法輕易達到；“海市蜃樓”、“大炮反沖的現象”、“火箭發射”等物理現象和科技成果更是在課堂和實驗室內無法觀摩。但是在計算機中可以進行理想化的模擬實驗。就是現代物理學中的氣墊、磁懸浮、真空等也可利用信息技術“搬”到課堂上和實驗室，虛擬技術彌補了現實條件的不足，使物理實驗的范疇大大延伸。
　　2.通過信息技術強化實驗教學的效果。
　　許多物理現象都是瞬間變化的，普通的教學實驗很難觀察，而信息技術可以重復再現，可以隨意調節大小、遠近、動靜、快慢，把微觀世界加以放大，把龐然大物加以縮小，這將大大提高實驗教學效率。高職物理實驗不僅是觀摩和體驗，更主要的還要進行原理總結，進行必要的探討和研究，要在實驗中發現問題、分析問題，并總結、歸納解決問題的途徑和辦法，將信息技術引入實驗教學中，借助相關軟件，可以迅速、準確、方便地記錄數據，保存圖像，推導公式，形成理想的實驗報告。因此，把多媒體技術信息技術引入物理實驗教學，會起到事半功倍的教學效果。
　　3.利用信息技術，提升實驗教學的層次。
　　物理學有三個層次：第一個層次是實驗，就是收集數據；第二個層次是對實驗收集到的數據進行歸納總結，得出唯象理論；第三個層次是尋找唯象理論背后的根本規律，即所謂理論物理。信息技術與物理課程整合，可能將三個層次中事實性、過程性、概念性、原理性的內容數字化，將數字化的各個部分內容的呈現、儲存，以及傳播形成具有明確內在關系的24549d5c3b9121cbd033b634ffb251e4680654c96af40b698ad02891abccf27f集合，成為一體化［2］。隨著信息技術在實驗教學中的廣泛應用，已經從過去單一的“計算機輔助教學”轉變為當前的“信息技術與課程的整合”。從單純的媒體演示工具轉變為教師教學活動的體現者和學生學習的工具，師生、生生可以借助網絡進行教學指導、信息交換和問題探討，信息技術應用遠遠超出媒體的概念，不但豐富了實驗教學信息量，而且讓學生有了獨立思考的空間和探討問題的平臺，從而引起了實驗教學結構的轉變。
　　二、信息技術與高職物理實驗教學的整合的途徑
　　信息技術的飛速發展正使人類社會發生重大變革，同樣對各種教學活動也產生了重大影響。在物理實驗教學運用現代信息技術媒體進行演示、闡述、展現，不僅能夠對抽象的物理概念、規律和稍縱即逝的實驗現象進行模擬，創造良好的教學情境，而且能充分讓學生動眼、動耳，動腦、動手、動口，并通過實驗，演示、操作相結合，邊看、邊想、邊做、邊練來感知事物，領悟概念、掌握原理，從而有效地培養中職學生思維的創造性、發散性、求異性、逆向性［3］。
　　1.多媒體技術輔助物理實驗教學（CAI）。
　　將CAI引入物理實驗教學中是信息技術與高職物理實驗教學整合最常見的形式，通過多媒體演示實驗的展示，仿真與模擬物理實驗，不但可將復雜問題層次化，變靜態為動態，化抽象為形象、化微觀為宏觀、化不可操作為可操作過程，還可解決一些實物難以演示的困難，彌補常規實驗儀器的不足。目前高職物理實驗教學中應用較廣的是Multimedia Computer AssistitedInstruction（MCAI），包括助教和助學型兩種［4］。
　　2.信息加工。
　　信息技術與物理實驗教學的整合不只是把它作為多媒體展示工具來使用，更重要的是作為信息加工工具，計算機處理信息的高速化和智能化，為物理課堂演示實驗的數據的獲取、分析、處理提供了廣闊的應用空間。如microsoft Excel的數據處理界面形式非常接近物理實驗數據的記錄方式，而且能夠將數據以表格和圖表的形式給出，把實驗數據表轉化為自變量和因變量對應關系的數據表，繪制點線圖，有助于尋找相關物理量的關系。再如建立數字信息系統實驗室（Digital lnformation SystelnLaboratory，DIS），這是由“傳感器+數據采集器+實驗軟件包+計算機”構成的新型實驗系統，它使得傳統物理實驗變得既真實又準確，同時通過接口與計算機連接，完成數據的采集、分析，如壓力傳感、溫度傳感、濕度傳感等［5］。
　　3.研究工具。
　　實驗不僅是一種驗證性或操作性的實踐活動，而且是一種探究性的實踐活動，信息技術為學生提供了進一步研究和探索的平臺。虛擬儀器就是利用現有的計算機配上相應的硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價的新型儀器。這種技術實質上是充分利用最新的計算機技術來實現和擴展傳統儀器的功能，目前高職物理實驗中將信息技術應用于研究主要有兩個方面：一是利用交互性物理（Interactire Physics，IP）、“仿真物理實驗室”等，為學生提供了自我動手、探素問題的模擬實驗環境；二是用DIS進行數字化實驗，為學生的探究活動提供了工具保證［2］。
　　4.信息交流。
　　通過計算機網絡，學生可在老師在線指導和網絡技術環境下進行多媒體實驗操作，建立專題網站，師生間、同學間可對各項實驗操作方法、實驗結果進行交流、討論；還可以對大型實驗進行分協作、分步驟實施，專題實驗網站上還有大量的資源可以共享，或交流展示學生的實驗成果。
　　三、信息技術與高職物理實驗教學整合的實踐體會
　　1.注重培養學生自主探究的精神。
　　借助于多媒體技術和工具軟件，創設虛擬仿真環境，信息技術為學生提供了“研究、探索”的有利條件。教師要充分發揮主導作用，突擊學生的主體地位。教師始終是教學過程的設計、組織、傳授者，教學中應創造條件，積極參與課件的設計、制作，引導學生思考和理解所涉及物理內容的含義和本質，還要把這樣的思維方式傳授給學生，“授之以魚，不如授之以漁”。要組織學生討論、探究，激發學生提出問題、分析問題、解決問題，幫助學生在頭腦中逐步建立物理模型，促進學生思維能力的發展、動手和操作能力的提高。
　　2.不斷強化計算機網絡知識技能的培訓。
　　隨著各類計算軟件功能的不斷強大，其在物理實驗教學中的應用日益廣泛，在實驗教學中要把應用于物理實驗中的信息技術作為一項重要的實驗操作技能傳授給學生，如MCAI課件的制作、實驗資料庫、積件庫、數據庫的建立和管理，數據采集裝置（Data Logger）的應用，電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）等輔助演示實驗的應用。虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術的掌握，虛擬儀器的應用，Lab View軟件的學習與掌握等，尤其是在實驗建模與仿真、數據可視化處理等。使學生能應用信息技術對復雜方程的數字化求解，可以將抽象的問題形象化展示，應用信息工具解決某些物理實驗中的問題，從而提升物理實驗的現代化層次，促進學生自主的學習和研究。
　　3.處理好“實”與“虛”的關系。
　　物理是以真實的物理現象作為客觀研究對象的，因此利用信息技術展示物理情景時，應當是客觀物理現象的真實放映。現代信息技術可為學生提供豐富的感性知識，但模擬實驗并不能完全替代真實的物理實驗，計算機上的模擬只是一種形象的動畫，與真實的科學研究模擬有本質的區別，事實上模擬是不得已而為之的一種手段。如果能夠展示真實的現象，就最好不用模擬。如“電場中等勢線的描繪”等實驗，完全以計算機上的模擬，就會失去實驗的真實的科學價值。在物理實驗教學中要堅持把直接的真實物理現象放在第一位、錄像觀摩放在第二位、模擬放在第三位［4］。將信息技術引入物理實驗教學中只是一種輔助，是一個途徑和工具，不是目的，不能本末倒置。
　　
　　參考文獻：
　　［1］張敏，何龍慶，張波.大學物理實驗教學改革的研究［J］.大學物理實驗，2009，22，（1）：100-102.
　　［2］姚橙.提高大學物理實驗課教學效率的研究與探討［J］.實驗室科學，2010，13，（3）：31-33.
　　［3］鄭海生.在物理教學中運用信息技術的優勢及應注意的問題［J］.考試周刊，2011，8，（37）：164-165.
　　［4］蔣興雨，李紅梅.淺議信息技術在大學物理課程教學中的應用［J］，科技信息，2011，15，（17）：194.
　　［5］王林緒.信息技術在高職物理教學中的應用［J］.科技創新導報，2010，7，（15）：157.