信息化手段用于物理實驗教學的實踐與思考①

沈麒

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?信息化手段是指利用信息技術手段完成教學，在物理實驗教學中合理地采用信息化手段，是對傳統(tǒng)物理實驗教學的很好補充。信息化手段包括實驗視頻、動畫、圖片等多媒體手段以及各種仿真實驗平臺等，這些手段豐富多樣，怎樣合理使用這些手段來補足傳統(tǒng)教學的短板，提高物理實驗課堂教學效果，是目前物理實驗教學中一個值得探討的問題。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?信息化手段;物理實驗;教學效果

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）17-0140-02

2011年，教育部制訂的物理課程標準中提到：鼓勵在物理教學中合理運用信息技術。信息化教學是指利用信息技術手段完成教學，是教育者與學習者借助現代教育媒體、教育信息資源和教育技術方法進行的雙邊活動。在物理實驗教學中融入信息化技術應該按照這樣的思路進行備課：（1）在沒有信息化手段的教學中這節(jié)課整體是怎么下來的。（2）在這個過程中，哪些是重點，哪些是難點，哪里是學生不好理解的地方。（3）造成這些不容易解決的教學問題的原因。（4）能否用信息化的教學手段來解決這些問題。信息化教學不能流于形式，更不能圖個新鮮，只有這樣的設計思路才能讓信息化手段在教學中充分發(fā)揮作用。物理是實驗學科，必須開展相應的實驗，合理運用信息化手段是對物理實驗的很好補充。

一、重視物理實驗視頻、動畫等信息化手段的作用

實驗是物理教學的生命，不能用信息化手段替代物理實驗，但是信息化手段可以輔助物理實驗的開展，也能彌補物理實驗的不足。

（一）用于展示一些高危險性實驗或者目前實驗室條件無法完成的實驗

物理實驗種類很多，有些實驗條件十分苛刻，學校實驗室是無法完成的，還有些實驗危險性較大，不適宜在學校開展。這類實驗建議用實驗視頻的形式在教學中展示，如電氣火災成因實驗、超導磁懸浮小車。另外，如宏觀的宇宙天體，微觀的基本粒子運動及相互作用等，這些物理實驗都是不能在實驗教學中得以實現的，但可以運用計算機軟件對這些難以實現的實驗進行多媒體動畫模擬，例如，地球人造衛(wèi)星運行的場景模擬（如圖1），核裂變的動畫模擬（如圖2）。這些信息化手段的使用可使學生對這些物理事實有初步的了解，激發(fā)學生對物理學習的好奇心和探索物理奧秘的積極性。

（二）展示細節(jié)，輔助物理實驗開展

有些實驗器材尺寸較小，教師講解這些器材使用方法時，坐在后排的學生很難看清，這個問題其實很普遍。所以通過一些信息化手段（如實物投影）把細節(jié)放大，投到大屏幕上，能很好地解決這個問題。用事先在備課階段準備好的實驗視頻或者圖片、動畫等手段來解決這個問題也是一個很好的方法。實驗視頻集里也收集了這樣一類實驗，如游標卡尺的使用、螺旋測微儀的使用、萬用表的使用等。

（三）展示一些別人做的精彩實驗

實驗必須動手操作才能達到應有的效果，選取一些其他學校的物理實驗視頻拿來比較參考，能極大地提升學生思考、探究的積極性，提升課堂教學的效果。實驗一定要挑選精彩的，有代表性的，表現力比較強的。在實驗視頻集②里也收集了一些這類實驗，如機械能守恒定律（外國）、平拋運動與水平勻速運動的等時性、動量守恒。

（四）輔助物理實驗更好地開展

有些實驗操作比較復雜，學生直接開展這類實驗有難度，這時候可以在實驗前用實驗視頻做個示范，讓學生依樣畫葫蘆來模仿操作。如惠斯通電橋測量電阻、萬用表的使用等。這些實驗可以讓學生先模仿后完成，更能促進學生的思考和理解。在《練習使用示波器》的實驗中，我們采用了“示波器工作原理”的動畫，通過對橫向偏轉電極和縱向偏轉電極分別加上不同的電壓，觀察熒光屏上亮斑的運動，幫助學生對示波器工作原理進一步理解。由于動畫生動形象，教學難點迎刃而解。

（五）展示一些最新科技成果和一些相關科技宣傳片

經過長期的知識和經驗的積累，人類的發(fā)展進入了快車道。近兩百年來，人類創(chuàng)造的科技成果超過了以往創(chuàng)造的科技成果的總和。我國通過40年的改革開放，國民經濟持續(xù)發(fā)展，科學技術不斷突破，人民生活不斷改善。中華民族正處于歷史發(fā)展的最好時期，我們應該激勵青年學生為中華民族的偉大復興貢獻自己的力量。通過一些視頻展示國家科技發(fā)展的一些標志性的成果，讓學生了解國家發(fā)展歷程的艱辛。了解國家現代科技發(fā)展的情況。如北斗導航系統(tǒng)、中國高鐵復興號。另外，也有必要讓學生了解，如從原子到宇宙，從宇宙到原子、太空課堂等內容。

特別值得提出的是，信息化成果還有一個突出的優(yōu)點，可以借助網絡來推廣，目前課題組已將我們的主要成果之一《實驗視頻集》（地址：https：//pan.baidu.com/s/1xjAAEIEvs8ruAIpFtI6FhQ）掛到網上，需要的客戶可以下載使用。

二、使用信息化手段的幾個注意點

信息化手段多種多樣，現在用于物理實驗的信息化手段主要有視頻、圖片、動畫、多媒體課件、仿真實驗平臺等。比如，物理實驗仿真平臺，目前仿真物理實驗室做得好的并不多，綜合評價來看，由nobook虛擬實驗室開發(fā)的NB物理實驗最好用，不僅有經驗實驗還可以diy實驗，且貼近教學。虛擬仿真實驗作為教師教學實驗的輔助工具在近幾年越來越受教師和學生的歡迎。虛擬仿真實驗室能夠模擬真實的操作體驗，并且實驗效果好、效率高，不局限于時間和物理空間的限制。諸如此類的一些信息化手段都可以輔助物理實驗教學，但是在使用過程中，必須注意幾個問題。

（一）信息化手段要使用得當，形式要為內容服務

信息化手段要根據教學內容、教學環(huán)境和學情的不同，實事求是、恰如其分地選擇，遵循教育資源開銷最小化原則。采用信息化手段的目的是提高教學效果，讓學生能夠過對學科更感興趣，能夠更好地獲取知識，而不是成為一個展示技術的舞臺，能夠用最少的教育資源達到最好的教學效果始終是我們追求的目標。

（二）不能用信息化手段代替實驗教學

物理是以實驗為基礎的學科。實驗是為了讓學生通過觀察、研究來獲得知識，它真實地再現變化過程，所以有極強的說服力和感染力，而且在實驗過程中還可以培養(yǎng)學生規(guī)范的動手操作能力和觀察能力，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。采用信息技術手段模擬實驗的過程或播放視頻等形式來進行演示，無法達到實驗教學本身的目的，因為再逼真的模擬都無法和真實的實驗過程相媲美，而且這樣做也失去了實驗的“過程”意義。因此，我們認為，可以用實驗展示的現象或實驗，不適宜選用信息技術手段來替代。一些在課堂上無法完成的演示實驗或現象以及在現有的條件下無法完成的一些實驗，通過信息技術手段來模擬和展現并幫助學生解決問題是無可非議的，而且也能收到良好的效果。但一定要注意，模擬和真實畢竟是有區(qū)別的，前者不能代替后者。

（三）注意科學性原則

利用計算機技術制作的一些互動課件、動畫和仿真實驗必須注意科學性問題。物理實驗的過程和結果是在當時的實驗條件下自然發(fā)生的過程和結果，只應該是這樣的，而不會是其他的情況。所以通過計算機軟件模擬出來的過程和結果在視覺效果上必須和真實的過程和結果接近（做到完全相同是困難的，也是沒有必要的）。比如，做單擺測量重力加速度實驗時，小球擺到越高位置速度越慢，加速度數值越大，擺到越低位置，速度越快，加速度數值越小，用計算機軟件來模仿單擺運動時要注意這里面的物理規(guī)律，不能模擬出來的運動和真實的運動有明顯區(qū)別。再比如，電磁感應現象，線圈中通過的磁通量變化時，產生的感應電流的大小和磁通量變化快慢有關，感應電流的方向和磁通量的變化和線圈繞向有關，用仿真軟件模仿時制作者必須清楚相關物理規(guī)律。這種物理實驗動畫或者仿真實驗出現科學性錯誤的情況不在少數。甘肅某學校報送的獲得2011年全國中等職業(yè)教育優(yōu)秀多媒體課件二等獎的作品《電磁感應》（如圖3），課件集成了四個實驗，制作得界面很漂亮，而且有較強的互動功能。使用時可以用鼠標點擊開關，開關就會閉合，再次點擊開關，開關就會斷開，以此來模擬小線圈中磁通量增大和減小時在大線圈中產生的電磁感應現象。兩種情況下產生的電流方向應該是相反的，那么開關閉合和開關斷開時演示電流計的指針偏轉方向應該相反，但是課件里面，開關閉合和開關斷開時，指針都往右邊偏，這是明顯的科學性錯誤。另外，仔細觀察的話會發(fā)現這個課件中的電表只連了一根導線，但居然也能偏轉。

信息化手段突破了物理實驗的時間限制和空間限制，將一些無法在本校實驗室完成的實驗搬到屏幕上。信息化手段也擴展了實驗的細節(jié)可視性和可重復性。使用一些生動形象的動畫、課件可以展示一些實驗細節(jié)，重點難點可以反復展示，提高了課堂教學效果。

在使用信息化手段時不能盲目，要始終圍繞提高教學效果這個中心，形式要為內容服務。信息化手段不能夠完全代替物理實驗，物理實驗真實的變化過程具有極強的說服力和感染力，這是信息化手段無法比擬的，信息化手段只能作為一個輔助手段。信息化手段用于物理實驗時，要注意科學性問題。

在物理實驗教學中應用現代信息技術，培養(yǎng)學生的科學探究精神，現代信息技術也豐富了教師的教學模式和信息資源，提高了教師的專業(yè)素養(yǎng)，進一步提高了教師課堂教學的質量和學生課堂學習的效率。

參考文獻：

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編輯 武生智