信息技術在中學物理實驗教學中的應用

詹玲

【摘? 要】物理實驗課堂教學要達到教師想要的效果，就需要教師借助信息技術的各種手段實施課堂教學，讓物理知識由靜態過程轉變為動態過程，這樣使課堂變得生動形象，讓抽象的物理概念定理定律轉變為形象直觀易于理解的物理過程，讓枯燥的物理知識學習變成既有活力又富有色彩的物理課堂。因而與信息技術結合的物理課堂能夠讓學生在視覺、聽覺、觸覺等感官直接或間接了解物理的神奇，引起學生對物理的興趣與喜愛，從而激發學生的好奇心與求知欲，為將來的物理學習打下堅實的知識基礎。

【關鍵詞】信息技術；實驗教學；中學物理；深度融合

隨著科技的不斷發展，促使物理實驗教學呈現出多樣化，幫助學生從物理現象到本質，由抽象物理表述到有趣的物理現象的直觀展示，讓學生不再單方面被動地掌握知識。通過與現代化信息技術的結合，學生對物理充滿熱愛，能主動探索大自然的規律，掌握物質運行的本質問題。筆者將從以下幾點講述信息技術在中學實驗教學中的應用。

一、信息技術在隨堂實驗中的應用

（1）有物理現象，但缺乏物理過程。教師在物理實驗教學的演示過程中，學生只能通過眼睛看或鼻子聞等感官感受物理實驗帶來的體會，從而得到相關的物理規律。在此過程中學生缺乏對物理過程的直觀認識，不能很好地真正深入物理現象的本質演變過程，讓學生在認知上沒有直接刺激，從而缺少對物質發展的情境體驗過程。如人教版九年級第十三章第一節“分子熱運動”的演示實驗，為了讓學生體會分子的無規則運動，在教室某處噴灑花露水，讓不同位置的學生通過嗅覺感受，從而得到分子熱運動的規律。為加強實驗的體驗效果，取兩個裝有不同氣體的瓶子，一瓶裝空氣（無色透明），另一瓶裝二氧化氮氣體（棕色，便于觀察），空氣的瓶子在上，二氧化氮的瓶子在下，取出中間隔片，觀察兩瓶氣體顏色變化情況，最終由學生說明理由并總結規律。前者實驗可以通過計算機模擬出花露水擴散時分子的運動過程；后一個實驗也可以通過計算機動態的演示兩種氣體的融合過程，學生直觀感受物理過程，直擊物理現象本質，而不會只是停留在物理現象的表層，從而讓學生深入物質的本質了解物理規律。

（2）物理規律清楚，但運動過程復雜，不易感知想象，需借助信息技術簡單化。有些物理現象描述簡單，如果沒有一定的生活閱歷，實際的運動是很難想

象的。

例如，高一必修二的第六章第一節“行星的運動”中行星的運動狀態。以地球而言，地球繞太陽做圓周運動，不僅自身在自轉，同時月球還繞地球旋轉。這個運動過程不僅復雜而且抽象，學生如果沒有相對應的感受過這類運動是很難想象的，更談不上理解和應用了。教師可以借助信息技術（如3D投影或VR眼鏡展示觀看）動態地演示天體運動的過程，讓學生能直觀觀察，并從中探索和掌握相關的物理知識與規律，從而讓實驗教學更直觀形象，減小實驗教學難度。

二、DIS在實驗教學中的應用

傳統的實驗教學對學生而言有個很難突破的點，就是數據獲取與處理上。人是有情緒的，會受外界干擾，實驗數據獲取時會出現人為誤差，更甚者出現錯誤。同時實驗數據的處理對學生的數學基礎有一定的要求，會使部分數學基礎差的學生數據處理困難。這樣會導致學生實驗過程出現各種問題，讓學生失去對實驗的熱情，從而消減學生的探索欲望。新課標理念強調加強學生的實驗體驗過程，讓學生享受實驗探究帶來的樂趣，并激發學生的求知欲。引入DIS信息技術能夠讓學生有更多的時間花在探究實驗過程，追求實驗物理現象的本質內容，更好地掌握物理規律。DIS信息技術是一款能夠自主、精準地獲取實驗數據的軟件，將獲取的數據及時傳導到計算機的相應軟件上，再根據要求進行數據處理，從而大大減輕了學生的數據處理負擔。例如，“探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關系”實驗中，可利用DIS技術實時采集彈簧彈力大小變化的相關數據與對應的彈簧伸長度的數據，再用相關的軟件處理數據。這樣學生就可以有更多的時間觀察彈簧彈力變化及彈簧長度變化的實驗過程，從而尋找兩者間的關系，并與同學交流溝通，再根據實驗數據處理結果進行相互論證，最終得到物理規律。

三、仿真實驗室在實驗教學中的應用

（一）規范實驗操作

仿真實驗室軟件的開發對物理實驗教學具有很大的幫助。仿真實驗室可以提供真實的實驗環境，能讓學生更好地進行各種現實實驗不能進行的不規范操作，從而讓學生更好地認識到實驗操作的規范性，也能大大激發學生對實驗教學的熱情。學生在實驗操作過程中不會存在現實實驗操作的壓力，從而能很好地認識實驗器材及不正確使用器材引起的各種問題。例如，教授九年級第十六章“探究通過導體電流與導體兩端電壓的關系”實驗時，這個實驗對學生的實操能力有一定的要求，如出現操作不當會導致電表損壞情況，所有學生有必要在仿真實驗室上進行模擬實驗。學生可體會各種實驗情形，如導線連接的電表正負接線柱接反時，指針反偏導致電表損壞情況；電路連接正確，量程偏小時指針偏轉角度過大也會導致電表損壞情況；抑或是電路出現短路而出現的各種情況。學生利用仿真實驗室學會并規范實驗器材的使用，從而規避各種不可逆轉的實驗問題。

（二）自主實驗平臺，促探究

仿真實驗室為學生提供各種實驗器材設備，各種實驗環境，學生可以通過對生活現象的觀察，對大自然的探索發現，形成科學的探究過程，然后由仿真實驗室進行實驗論證，并得到相關的結論與規律，從而為學生的探索創新、自主學習等提供平臺。

四、信息技術與實驗教學綜合應用

考慮信息技術與物理實驗教學的深度結合，可將物理實驗教學分為兩類。

（一）以信息技術為主的演示型實驗教學

這種實驗教學是較為簡單的教學結合模式，在基礎的實驗教學基礎上用信息技術處理實驗中需要展示的相關內容。這要求教師靈活應用多媒體軟件對實驗教學內容進行開發與創新。教師利用計算機模擬各種物理實驗過程，讓學生對物理過程有更深刻的認識，促使學生對物理過程及現象進行理解、總結與歸納形成物理概念與規律。教學過程分為：引入（激發興趣）—實驗現象—展示—解析一應用總結。例如：“光的干涉”實驗教學，學生觀察相干光源產生的干涉條紋，引導學生對明暗條紋規律及距離關系進行分析研究，讓學生有初步認識，再通過實驗演示其過程，由學生根據實際數據得到相關信息。此時學生對光的干涉規律有了一定的認知，此后也可用計算機模擬“光的干涉”形成動態過程，通過改變一些具體參數對干涉條紋變化進行更深刻的認識，從而總結出相關定理定律。

（二）以信息技術為主的探究式實驗教學

舊的教學模式、課程的開展方式主要是注入填充式，教師為課堂主體，整堂課都是教師在講解、學生聽，學生參與度不高。然而在新課改中，物理學科提出了核心素養，物理學科的核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面構成。物理課堂教學圍繞著核心素養展開，科學探究是其中必不可少的一部分，在實驗課程設計上以探究為主要模式。

此實驗教學模式是以學生為主、信息技術為輔，教師為導向的新型探究過程。這樣可最大限度地發揮學生的主觀能動性、創造性，培養學生的動手能力、學習能力、自信心與成就感。

以“探究加速度與力、質量之間的關系”為例。本實驗要探究加速度、力、質量三個物理量。質量m可以用天平測量，加速度a可以用打點計時器紙帶上打出來的點進行測量，這個實驗最關鍵的是如何測量小車受到的力F的大小。

根據等效替代的方法，用小車所受的合力作為實驗中小車受到的力F。

（1）如圖甲所示方案中，采用補償阻力法。用懸吊重物的方法為小車提供拉力，當把長木板右側墊高，用重力的分力抵消阻力。調節木板的傾斜程度使小車在不受牽引力時能拖動紙帶沿木板勻速運動。在阻力得到補償的情況下，并且重物的質量m遠小于小車的質量M，小車受到的拉力才等于小車所受的合力，即F=mg。

（2）如圖乙所示方案，小車受到細線的拉力，可以由彈簧測力計直接讀出。使用力傳感器可以直接測量拉力的大小，不需要使重物的質量遠小于小車的質量。

（3）在小車的前端固定一個無線傳輸的力傳感器，將所測的細線拉力傳輸到計算機，就可以直接在計算機上讀出拉力F的大小。

在現有的條件下，用打點計時器進行學生分組實驗是可行性比較高的實驗方案。由于實驗條件限制，學生并未真正接觸力的傳感器。不過，物理實驗教學與信息技術的融合也顯得尤為重要、方便高效。

學生在思考過程中，有疑問時可通過信息技術為其解決問題，并進行實驗設計驗證設想，收集相關數據，處理數據，并與同學交流得到結論，最終完成學生自主獨立探究過程。此過程中也可通過仿真實驗室模擬實驗過程再進行改進，最終確定實驗探究方案進行實驗。實驗數據的采集可通過DIS收集處理，學生可以由處理得到的結果獲得相應結論與規律。

社會信息技術越來越多地應用于當今生產生活。要提高物理教學水平，發展學生物理學科核心素養，離不開信息技術與物理實驗教學的融合，然后用先進信息技術手段解決一些常規方法難以實現的實驗問題。

總而言之，信息技術與物理實驗教學的結合不僅可以使實驗課堂更加豐富，還能讓課堂知識變得通俗易懂，物理現象直觀形象，不再讓學生覺得物理是一門很高深的學問。與此同時，也需要教師不斷地跟緊時代的腳步，讓學生感受科技帶來的不一樣的課堂氛圍。相信未來信息技術在實驗教學中的地位將更加凸顯，它不僅可以讓實驗教學更自主、更有趣、更富有創造性，同時筆者堅信隨著科技的不斷進步，物理實驗課堂還將變得更加夢幻，更加充滿神奇的色彩。

【參考文獻】

[1]王書賓，冉杰生.信息技術與初中物理教學融合策略分析[J].軟件（教育現代化），2019（67）.

（基金項目：本文為2022年福安市基礎教育研究立項課題“信息技術與中學物理實驗教學深度融合的研究”（AJKT2022016）成果）