基于信息技術的初中物理實驗可視化教學策略

龐成瓊

【摘? ? 要】現代信息技術為初中物理實驗教學的優化，特別是實驗教學的可視化創造了有利條件。因此，本文主要對信息技術支持下的初中物理實驗可視化教學進行探討，提出了一些可行建議，希望可以起到有效改善初中物理課堂教學效果，提高學生物理實驗能力，進而實現培養物理學科核心素養的目標。

【關鍵詞】信息技術? 初中物理實驗? 可視化教學? 策略

中圖分類號：G4? ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.15.001

物理是一門實驗科學，通過物理實驗可以幫助學生實現對理論知識的形象認知，促進學生由感性認識向理性認識轉化，提高學生的學習興趣，突破學習難點，發展學生的思維，培養探索精神，使其掌握實驗技巧和實驗方法，所以物理課堂離不開實驗教學，沒有實驗教學的物理課堂毫無意義。過去很多初中因為客觀條件的限制，比如缺乏實驗場地、實驗器材、對實驗教學不夠重視、實驗難度高等使實驗教學效果并不理想。進入信息時代，現代信息技術為物理實驗教學的優化提供了助力。目前，隨著經濟條件的改善，不少初中已經擁有了相對完善的校園網絡，開設了網絡教室，完善了基礎設施，實現物理實驗教學的可視化完全不是問題。

一、初中物理實驗可視化教學的含義

物理實驗就是人們利用一些儀器、設備創造、復現各種物理現象，再對其進行觀測和研究的過程。而信息技術支持下的物理實驗可視化就是通過先進技術的支持，以動畫、視頻、圖片、音頻等形式演示物理實驗的操作過程及變化過程，創造一種虛擬的真實，幫助學生更好地觀察和理解物理實驗，消化其中所包含的物理知識。

二、基于信息技術的初中物理實驗可視化教學的意義

（一）符合學生的認知特點，符合物理教學的要求

初中是多數學生首次接觸物理學習的時期，很多學生畏懼物理學科的抽象性和復雜性，事實上物理學科知識的確如此，學生普遍會遇到學習困難。大多數學生的思維以形象直觀為主，要想轉變為抽象邏輯思維還需要一段時間的訓練。信息技術在課堂教學中的融入就可以為學生提供一些緩沖時間，適應學生的認知特點。新課改后，初中物理課程標準也強調學生邏輯思維的培養，這就要求教師必須要做好教學方法與內容的可視化處理，才能夠推動學生思維能力不斷發展。

（二）整合物理知識內容，培養學生的邏輯思維

鑒于初中生思維形象直觀的特點，對于物理學科中所包含的復雜文字信息很難理解和記憶，教師只有通過把文字信息轉化成一定的形象信息，才能夠讓學生發現其中所隱藏的規律，即“文字—圖像—文字”的識別過程，不同于以往教師單純對給學生灌輸物理理論知識，而是通過這一過程讓學生把握背后的事物變化，使學生能夠將所有的物理知識以某種抽象的方式整合起來，明確各個知識之間的關系，那么學生的邏輯思維就會得以形成，所構建起來的物理知識體系也會更加完善。

（三）提高學生物理學習興趣，驅使學生主動學習

結合對過去初中物理課堂教學實踐的觀察，很多學生缺乏對物理學科主動積極的學習興趣，最主要的原因在于教師教學方式的單一和枯燥，單純的“理論灌輸式”教學讓學生感到乏味，只有文字、圖像、聲音結合起來的課堂教學，才能讓學生的思維更加活躍，興趣得以激發。從心理學角度來看，人體不同感官對外界信息的吸收率有區別，視覺要大于聽覺。基于信息技術支持的可視化物理實驗教學，能夠實現圖文并茂，有效改善傳統教學模式的不足，豐富和完善教材內容，使學生能夠從多渠道獲取和整合學習信息，課堂教學效果要大大超過傳統課堂的教學效果。

（四）提高學生實驗素養，培養學生的創新能力

實踐能力的培養一直是教育教學工作中的重點，實驗是物理最主要的實踐活動，只有參與實驗，才能夠讓學生把自己所獲取的理論知識應用到實際問題的解決過程中，在實踐中檢驗自己理論學習的不足，真正吸收和消化物理理論，學生物理實驗素養的高低在某種程度上反映了學生的物理綜合學習水平。物理實驗的可視化教學是對學生思維能力到實踐能力轉化的有效訓練，是貫通學生邏輯思維與實踐技能的助力，同時也能夠刺激學生創新意識的產生，從而培養學生的創新能力。

三、基于信息技術的初中物理實驗可視化教學策略

（一）生動形象，創設立體實驗情境

首先，初中物理教師應當重點考慮激發學生的學習興趣，保證學生以一種積極主動的態度來參與物理實驗學習，這樣更利于教師接下來教學工作的開展，因此，教師就需要為學生創設一些立體的物理實驗情境，牢牢抓住學生的注意力。例如，在“運動的描述”這一知識點的教學中，教師就可以先為學生播放展示一些有關實驗的視頻，比如大自然中奔騰的河流、草原上飛奔的獵豹、都市中人流的來往、太空中天體的運動等，特別是這些與學生熟悉的日常生活息息相關的物理現象，更有利于喚醒學生的實際體驗和經驗，幫助學生形成對實驗現象及問題更準確的感知，把學生的注意力快速地集中到所要研究的問題上，從而提高學生展開實驗操作的期望，為后續的實驗教學工作開展做好鋪墊。再如，在“聲音的產生與傳播”這一知識點的教學過程中，教師可以利用多媒體工具向學生展示各種聲音，如優美的音樂、聒噪的蟬鳴、潺潺的流水聲等，展示各種聲音產生的實驗場景，使學生可以通過對這些情境的觀察與思考來激發他們進行實驗探究的興趣。

（二）動靜結合，呈現物理實驗過程

1.放大物理實驗現象。物理實驗現象實際上是非常豐富的，但是很多物理實驗現象發生的時間非常短，產生的微觀、抽象變化也不可能讓學生直接就觀察清楚，比如彈力、摩擦力，但是如果通過計算機來模擬演示力的作用，這一過程就變得更加直觀清晰，在力的作用產生的過程中所發生的各種形變可以進一步放大，便于學生觀察和分析，這是傳統物理實驗教學無法做到的。可視化教學讓物理實驗過程放大，演示速度變慢，相當于通過慢鏡頭來記錄整個實驗過程，這樣學生在研究運動的快慢、力的作用的抽象物理理論時難度就會降低。

2.復現條件限制實驗。在目前的初中物理教學過程中，實驗教學條件雖然得到了很大的改善，但是仍有不少實驗需要精密、復雜、昂貴的儀器設備支持，才能使教師的教學工作順利展開，但是對于大多數初中來說，目前的教學條件還遠不足以保證實驗教學的完整性。初中物理教師通過應用多媒體工具來進行實驗模擬，把一些經典的物理實驗展現出來，把教材上列舉的只有簡單文字描述的經典實驗現象轉變為立體的、可觀察的實驗過程，甚至可以向學生列舉更多在后面的學習階段才會接觸的經典實驗案例，對于學生來講，將會收獲更多的學習價值。

3.模擬理想物理實驗。有些物理實驗由于受到大量客觀因素的影響，無法在理想的條件下開展，使得其實驗主要現象不明顯，記錄不方便，學生觀察起來也不方便，這是影響物理實驗教學的主要問題之一。如牛頓第一定律、研究真空中是否可以傳聲、探究移動的物體不需要力的維持等，針對這些實驗的教學來應用信息技術進行模擬，要保證實驗過程完全處于理想條件之下所產生的“真實”實驗現象可視化，加深學生對實驗現象的認識和理解。這里所講的真實是物理意義上的真實，因為物理理論的形成必須要建立在理想條件和理想模型之下，但是大自然中一般不會存在這樣的理想條件和模型。反過來講，物理理論所呈現的物理情景是真實的嗎？結果是肯定的。物理真實同自然真實有區別，物理真實源于自然真實，但是要高于自然真實，而通過信息技術所展現的物理情景是物理真實，是對自然真實的本質體現。

4.模擬微觀實驗現象。對于一些微觀物理實驗現象，比如分子熱運動，其宏觀表現可以通過實驗讓學生觀察，如噴香水，學生就能夠聞到香味，但是分子的體積很小，學生雖然能夠聞到香水味，卻看不到帶香味的分子的運動，運動本質特征是無法直接用肉眼觀察到的，這時候物理教師通過應用電腦將分子的運動過程為學生生動形象地模擬出來，構建物質的微觀結構模型，使分子的運動、分子運動的快慢及影響條件置于學生可視的情景當中，那么學生就能夠對其原理有透徹的理解。

5.模擬宏觀實驗現象。對于核能、太陽能這些抽象的內容學生更是難以理解，但是核能、太陽能又和日常生活息息相關，對其變化和反應過程，學生又無法通過實驗建立完整認知，如果通過多媒體工具來模擬演示核能中的裂變和鏈式反應，演示聚變的原理，學生就可以對核、太陽的概念、特征、優點、功能及可能會給我們的生活帶來的問題有更加全面的把握，教師甚至還可以給學生展示宇宙大爆炸模型。

6.保證學生實驗參與。由于實驗條件有限，在大多數情況下，教師都會把學生劃分成若干小組進行實驗探究，不可能保證每一個學生能夠配置相應的實驗器材，一般是一部分學生操作，另一部分學生觀察，或者是學生輪流進行實驗操作，這就導致很多實驗操作的過程和實驗現象無法讓學生形成直接的認識，學生只能夠死記硬背實驗操作過程和結果，這對于學生理論知識的理解以及實驗技能的強化是無益的。有了信息技術的支持，雖然不能夠完全替代線下物理實驗教學，但是可以有效彌補一些不足，輔助課堂教學順利開展，每個學生都能夠完整地觀察實驗過程，認識物理現象。但是需要注意的是，在課堂教學過程中，教師應當盡可能在現有條件的支持下，為學生提供獨立實驗的機會，應用多媒體技術給學生創設相應的教學情境，規范學生的實驗操作過程，巡視檢查學生在實驗操作過程中常犯的錯誤，及時糾正。物理教師甚至可以考慮在一些特殊情況下，鼓勵學生應用虛擬實驗器材來進行實驗操作，獲得實驗結果，最主要的是培養和提高學生的實驗能力。

（三）數據處理，獲得準確實驗結果

信息技術同時還具備快速準確的數據收集、分析和處理能力，這一過程也能夠可視化，保證學生所獲得的實驗結果更加準確。物理教師可以向學生推薦一些合適的軟件，指導學生做好實驗過程的數據收集和分析，以此來把握實驗過程中各條件、步驟等變量對實驗結果的影響，使整個過程清楚、簡潔、明白。

四、結束語

信息技術對于優化當前初中物理實驗可視化教學意義重大，是推動物理課堂教學走向現代化的必然，有效改善了傳統實驗教學的不足，注重對學生思維能力、實驗能力以及科學品質的培養。但初中物理教師需要始終清楚，信息技術縱然優勢眾多，但始終只是作為線下課堂實驗教學的補充與拓展，學生能夠親身參與實驗過程更好，所以教師應該把握適度，在今后的教學工作中繼續加強研究與實踐，發揮信息技術優勢之余，也要對線下實驗教學工作不斷改進和完善，構建起更加高效的課堂教學模式。

參考文獻

[1]朱雙喜.利用信息技術優化初中物理實驗教學策略探究[J].中小學電教，2021（06）：27-28.

[2]蔣守霞.初中物理實驗“可視化”改進[J].實驗教學與儀器，2021，38（05）：28-29.

[3]丁雅妮.運用可視化方式開展初中物理實驗有效教學的實踐[D].內蒙古師范大學，2019.