多媒體技術在高中物理教學中的巧用與反思

多媒體技術的崛起給物理教學帶來了極大的便利，其優越的可視化視角不僅極大地降低了學習難度，同時也激發了學生的學習興趣。但是物理學科教學擔負著培養學生思維能力的重任，不能一味過多地依賴多媒體技術，課堂的效率不僅僅取決于表面直觀感受，更多的是思維能力的認同。只有堅持認真備考，清晰定位教學內容，合理利用多媒體技術并有機地融入課堂，在清晰的實驗現象中深入理解物理規律，才能做到既提高教學效率，又能培養學生能力提升學科素養。下面以多媒體技術在“單擺”教學中的應用與反思展開研究。

一、教學定位

為實現準確定位，教師應認真對照《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）中關于單擺的教學要求：通過實驗，探究單擺的周期與擺長的定量關系；知道單擺周期與擺長、重力加速度的關系；會用單擺測量重力加速度的大小[1]。通過課標與教材解讀分析后，將教學目標定位如下：

（一）物理觀念：知道單擺的回復力、單擺周期與擺長、重力加速度的關系，能運用其解決相關實際問題。

（二）科學思維：知道單擺是一種理想化模型，理解單擺模型的條件，能將實際問題中的對象和過程轉化為單擺模型，能通過理論推導，結合幾何畫板判定單擺小角度振動時的運動特點，會用Tracker軟件追蹤單擺運動規律。

（三）科學探究：在定性探究影響單擺周期的因素時，能觀察實驗現象、發現規律并形成總結。在探究單擺的周期與擺長的定量關系時，能收集數據、分析實驗數據、形成合理的結論，能用已有的物理知識解釋相關現象。

（四）科學態度與責任：實驗過程中培養學生嚴謹的態度和數據的科學處理精神。了解人類計時儀器的發展史，體會物理學科對人類文明進步和科學技術發展的推動作用。

二、多媒體技術在教學中的巧用

為達成上述教學目標，在教學過程設置了三個任務和5個活動，在必要的教學環節中引入了多媒體技術，旨在突破教學重難點，具體如下：

（一）搭建數學平臺，降低模型建構難度任務一：創設物理情境、建立單擺模型

活動1：簡化擺鐘運動（擺動模型），提煉單擺模型

圖1

再類比彈簧振子模型（圖2所示），建立單擺模型 理想化模型，如圖3所示。

圖2 圖3

任務二：探究單擺的運動規律活動2：理論推導單擺的回復力特點

如圖4所示，在擺角很小的情況下（通常 θlt;5^° ），sinθ～x， ，F可表示為 ，式中，1l 為擺長， x 為擺球離開平衡位置的位移，負號表示F的方向與位移 x 的方向相反。

圖4

此處， 數學上應用了近似，如表1所示。也可以借助幾何畫板直觀解決，移動紅點，可以看到 ，弧長與弦長也近似相等，截屏如圖5所示。

通過數據運算表格展示與幾何畫板的動態演示讓學生認同數學上近似處理，并推導出回復力的大小，從理論上證明了單擺模型也是一種簡諧振動。

表1小角度下的近似

圖5 圖6

（二）捕捉優美軌跡，強化物理模型

活動3：實驗探究單擺的振動圖像（Tracker軟件）

如圖6所示，證明單擺是否滿足簡諧振動，還可以分析單擺位移與時間的關系是否滿足正弦關系。為了實現這個目的，可以引入Tracker軟件，通過軟件追蹤單擺小球的軌跡，記錄數據生成圖像，可以直觀地展示完美的正弦波形圖。如圖7所示，借助軟件采用先定性后定量的方法可以輕松地實現教學目的。

圖7

（三）捕捉實驗細節，提升觀察品質任務三：探究單擺周期的影響因素

活動4：定性探究單擺周期的影響因素（控制變量法）

展示單擺的模型，圖8所示。讓學生觀察實驗，通過猜想與分析，提煉影響單擺周期的因素，采用控制變量法進一步定性分析對應的關系。

圖8

實驗1：控制擺球質量相同、擺長相同，觀察周期與振幅的關系。

實驗2：控制擺長相同、振幅相同，觀察周期與擺球質量的關系。

實驗3：控制擺球質量相同、振幅相同，觀察周期與擺長的關系。

用手機拍攝視頻，設置慢放功能，讓學生觀察到細微之處，分析總結實驗結論：單擺振動的周期與擺球質量和擺角都無關，但與擺長有關，擺長越長，周期也越長[2]。

限于篇幅，下面重點展示：控制擺球質量相同、擺長相同，觀察周期與振幅的關系。

如圖9所示，振幅一樣的時候，幾乎同時通過最低點。

圖9

如圖10所示，振幅不一樣的時候，也是幾乎同時通過最低點。

圖10

通過視頻錄制與慢放功能，得出結論：單擺振動周期與其振幅無關稱單擺的等時性特征。可見多媒體的應用可以捕捉實驗細節，提升演示實驗的品質。

（四）可視化數據處理，提高探究效率活動5：定量探究單擺周期與擺長關系

為了進一步確定單擺周期與擺長關系，學生分組實驗，采集數據，并用Exce1表格分析數據，如表2所示。在處理的過程中，插入散點圖，引入趨勢線設置冪關系，并勾選顯示公式選項，直觀展示了 T-L 、 T²-L 的關系圖，如圖11、12所示。通過冪函數的近似處理，可以得出單擺周期與擺長的關系，為后續的惠更斯的結論 教學做足了鋪墊。

表2周期、擺長數據表

圖11

圖12

三、多媒體技術在高中物理教學中應用的反思

綜上，多媒體技術應用在模型建構、軌跡追蹤、數據處理、重難點突破等方面發揮著重要的作用。然而在注重科學思維能力培養的前提下，還可以做以下幾方面修正，進一步提升教學的品質。

（一）模型建構過程，不能忽視系統誤差分析

在模型建構時，通過幾何畫板直觀展示了小角度下，回復力滿足 關系，正是這個微小的近似處理，帶來了本實驗的系統誤差。單擺的周期公式 的推導過程必然也是引入了理論上誤差，這個有必要讓學生知道，軟件上的近似觀察不能掩蓋了邏輯上的推導論證過程，這個是值得注意的，實驗誤差分析也是培養實驗創新能力的重要環節[3]。

（二）軌跡追蹤分析與視頻錄制簡潔高效，但不能忽視學生體驗

利用Tracker軟件確實是能展示出一條完美的圖線，視頻錄制慢放也能放大觀察的品質，但是筆者不禁要反思：實驗的過程似乎更加重要，忽略了學生的真實體驗也就失去了教學的價值。類比模擬打點計時器的做法，在課堂中采用拉動紙張+毛筆手繪的方法也能得到軌跡，盡管開始的圖形不是那么完美，但是在不斷修正的過程中，不僅加強了學生的合作，還有助于培養學生嚴謹的科學態度，何樂不為呢？如圖13所示。當然在探究單擺周期與振幅、質量和擺長等因素關系時，也可以增加一些體驗環節。

（三）數據處理缺乏說服力，推理論證過程必不可少

在處理數據時，借助Exce1表格數據處理，能顯示圖線輔助功能，但是軟件的趨勢線作用還是有一定的局限性，不能過分依賴。同樣的數據，筆者采用了線性趨勢處理得出了不一樣的情景。如圖14所示，周期與擺長的關系在線性處理時，呈現的圖線似乎也很優美的。如圖15所示，周期平方與擺長的線性圖線與冪函數處理幾乎接近。

認真分析高考物理實驗試題，筆者發現高考考查內容基本上都是線性處理為主，線性圖線代表的物理關系單一且確定，能描述物理規律，不容易引起歧義。而曲線的函數關系較為復雜，存在多解相似情況，不易說明。過于開放的試題不利于高考的選拔機制[4]

圖15

圖14

那么，怎樣處理才能更加理想呢？筆者認為可以加入理論推導過程，對于學生的科學思維能力培養是非常有必要的。

簡諧振動的位移公式： x=Asinωt 求導后得到質點的速度公式： u=Aωcosωt

再求導后得到質點的加速度公式： a_λ=-Aω² sinωt=-ω²x

回復力公式： 根據牛頓第二定律： F=ma 得： 整理： 通過上述的推理證明，可以再提出惠更斯的結論，結合圖線處理數據，就能說明是冪函數趨勢更加合理[5]

結束語

綜上，多媒體在物理教學過程中發揮著巨大的作用，其可視化教學研究不僅有效地降低學習難度，且能激發學生學習興趣。教師更要注重提升教學品質：不斷地優化教學結構，充分地應用多媒體技術的同時也要關注學生的直觀感受與學習體驗，引導學生深度思考并分析物理內在規律，努力培養學生的模型建構與推理論證等關鍵能力，有效地提升學生的學科素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：25.

[2]徐文杰.基于情境問題解決培養模型建構能力：以“彈簧振子和單擺”為例.物理教師，2024，45（3）：11-16

[3]李捷，戴穎.高中物理教學中融合信息技術開展科學探究的路徑探析川].中學理科園地，2023，19（6）：92-93，96.

[4]楊秀華.高中物理與信息技術深度融合在教學中的實踐應用：以“力的平衡”為例中學理科園地，2020，16（5）：31-32，34.

[5]趙星宇.融合信息技術提高教學質量：“雨課堂”在高中物理教學的應用.物理通報，2022（S2）：134-135.