新课程理念下信息技术与高中物理实验教学整合的新模式探讨荣斌

新课程理念下信息技术与高中物理实验教学整合中山市第一中学物理科组荣斌随着各个学校信息化水平和教师利用信息技术能力的不断提高，以计算机为核心的信息技术已经深入到学校教育的各个领域，也为物理学科教学模式的变革和发展提供了前提和便利。物理学是一门构建在实验基础上，研究物质结构及其运动规律的学科，实验教学贯穿了物理教学的整个过程。新课程标准明确要求大力促进信息技术与学科课程的融合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。因此如何进行高中物理实验教学与信息技术有效整合的探索研究，对实践物理学科新课程改革具有重要的先导作用。一、信息技术与物理实验教学两种整合模式物理是一门以实验为基础的学科，教师的演示实验和学生的分组实验是实验教学的两个重要组成部分，这些实验的完成质量从某种程度上决定了物理教学的整体效果。随着教学改革的不断深入，教师对实验在能力、方法、情感等综合科学素质教育中的重要作用认识不断提高。在各种实验的不同环节，信息技术都能发挥其独特的作用，充分满足各个方面的需求。1、信息技术作为演示实验讲授平台这是信息技术用于高中物理实验教学最广泛的形式，是整合最基础的层次，也是传统实验教学模式的延伸。中学物理有很多的演示实验，通过这些实验可以帮助学生建立物理模型、认识物理过程、掌握基本概念和规律。但由于中学实验仪器的精度和实验环境的限制，其中相当一部分实验现象不明显、可操作性差、可见度和重复度很低，实验效果并不如意，无法让全体学生同时获得有效的感官刺激并形成直观认识，达不到教学要求。这时通过信息技术平台以图片、录像或者多维动画的形式，进行信息处理和图像输出，对实验结果进行微观放大、宏观缩小、动态变慢、瞬间定格，让学生清晰地获取有用信息，形成鲜明的感性认识，有效的弥补课堂演示的不足，提高物理实验的演示效果。例如，在讲解“生活中的向心力”时，学生对火车转弯模型普遍没有认识。我通过展示车轮结构的照片，学生对车轮和轨道的相互作用形成直观感受；通过播放火车过弯时的动态录像，引导学生思考转弯路段铁轨铺设的科学道理，其中车轮与铁轨挤压产生的火花和刺耳的摩擦声，给学生形成强烈的感官刺激。又如“重核裂变”在现实生活中不能直接再现的，我通过制作动画演示核裂变的具体场景和链式反应的形象过程，链式反应持续进行后原子弹爆轰的场面给学生留下深刻印象，加深了对反应条件的认识，达到非常好的教学效果。2、信息技术作为科学实验探究平台新课程标准强调学生探究新知的经历和获得新知的体验，实现结果和过程的并重，提高学生的科学素养。探究实验的特点要求教师要改变以往的教学策略，构建新型的实验教学模式；探索性实验的主体是学生，由学生自己动手，在实验过程中，认识到这些物理实验反映的物理本质，从而形成正确的物理规律，建立正确的物理规律。信息技术与物理实验教学的整合不只是把它作为多媒体展示工具来使用，更重要的是把信息技术作为学生自主实验技术支持工具和信息加工工具。计算机仿真实验是随着计算机软、硬件技术发展而产生的新型实验方法，能够逼真地模拟实验仪器的测量特性，符合实验规律，突破了实验室仪器设备的限制，扩大了实验范围，拓展了学生的实验操作范围，增强了学生的实验兴趣和教师的实验教学水平与效果。例如在电学传统实验中，学生在完成仪器连接后需要教师进行检查防止错误接法对仪器的损害，学生错误经过矫正后也不能形成深刻有效的刺激；这时可以通过电路仿真软件让学生熟手，让他们在虚拟环境中独立操作，观察所发生的各种现象，这样既可以保护仪器，也能够保护学生的积极性，培养学生的创造性。在电学实验仿真中，学生在前端（屏幕界面）完成仪器种类和数量的选择、参数的确定和电路连接，在后台（计算机内部）按照电路运行规律进行科学计算并反馈到仪器读数中，实验过程和结果与真实实验一般无二，可以使学生充分经历科学探究的乐趣，充分发挥他们的主动性和积极性。现代传感器已广泛进入中学物理实验室，成为信息技术与物理课程整合、教育手段现代化的一个的突破口，对激发学生学习科技的兴趣，提高综合素质和发展创新思维有着重要的作用。传感器替代了传统的测量仪器，能够完成各种物理量数据的测量采集，并把这些海量数据传给计算机完成计算和分析，并以图表等直观形式呈现给学生。在新课程改革中，我们注重通过实验再现科学发现的过程，从而让学生亲历“现象猜想-实验规划-操作验证-结论归纳”的科学探究过程，初步掌握科学研究的方法。丰富的传感器增强了学生的实践体验，提高了探究过程的实效和范围，信息化的实验手段可以拓展学生探究日常生活中物理现象的能力，激发了学生的探究欲望。二、信息技术与物理实验教学整合的实践目前，全国各地的学校都在积极地进行信息技术与课程整合的实践。信息技术与物理实验教学的整合要根据教学内容的需要和学生发展的需求，辩证地分析信息技术实施过程中的优势和不足，趋利避害，追求信息技术在教学中的最大实效。不久之前，笔者在讲授“平抛运动”时提到平抛物体的轨迹是抛物线，课后不少同学提出设想：理论计算表明平抛轨迹是抛物线，但理论的基础是平抛运动的合成和分解；如果能够计算抛体的轨迹，那不也可以验证平抛运动分解的合理性吗？对于学生的创新设想，我给予极大的肯定，鼓励他们尽快拿出实验方案。通过交流和讨论，他们把这个问题分解成两个部分来完成：一是通过传统实验确定平抛运动的轨迹；二是根据轨迹确定抛体方程，但没有行之有效的简便方法。通过引导，他们掌握了利用计算机进行数值拟合的方法，顺利的解决了问题。于是，参与探究的同学分成两部分，一部分同学动手实验，测定平抛物体的轨迹点；另一部分计算机基础好的同学确定具体的拟合方法，编制计算机程序，他们利用EXCEL的自动计算和作图功能，通过调整抛物线方程参数改变抛物线的形状来和测量坐标拟合。（可调）抛物线参数a6自变量x函数值y实验数据X实验数据Y

在上图中，当调整参数a=时，粗线代表的抛物线方程和细线代表的测量坐标值完美的拟合在一起。通过多次重复实验，证明了平抛物体的运动轨迹的确是抛物线，还通过抛物线方程中参数a与初速度的关系，顺利求解了平抛速度。三、信息技术与物理实验教学整合中存在的问题1、当前绝大部分的物理实验教学还是在整合的低级阶段相当一部分物理教师认为信息技术与实验学科课程整合就是在实验课上使用信息技术，如制作PPT演示文稿、编辑WORD文档，就可以提高实验课堂、课后效率，有效提高学生的知识水平和实验能力。在这种情况下，教师预先规划教学过程，学生按照教师的思路进行学习，被动地接受教师的传授，学生的创造性被封闭在这个闭环过程之外。久而久之，学生学习的主动性、积极性和创造性被消磨殆尽。其实，信息技术应用于物理教学只是起到辅助工具的作用，它既是课堂主导者-教师进行科学引导的工具，更是课堂的主体-学生进行科学探究的工具。教师要做的不仅是抓住课堂教学的重、难点，更重要的是以最贴近青少年学生思维特征的方式传达出来。2、传统实验和信息多媒体技术不能有效平衡从高中物理学科的特点来看，以信息技术为核心的模拟仿真实验、先进传感器实验代替不了传统实验。由于高中生本身的认知特点，传统的实验方式能够给学生最真实感受，再逼真的模拟、仿真都无法和真实的实验体验过程媲美。先进传感器极大的拓宽了我们的测量能力和范围，但是它的测量过程对学生是透明的，呈现给学生的就是最终的测量结果，不利于培养学生正确选择、使用仪器的能力和实验操作、观察能力。但是传统实验存在以下不足：由于高中实验室仪器等级普遍较低，测量结果精度不够；实验仪器量程小，测量范围窄；实验仪器种类少，测量能力不足；重视学生完成实验的能力，轻视学生规划设计实验的能力等。信息技术实验则正好相反，通过模拟、仿真实验，学生可以避开实验室的各种安全规则，大胆尝试努力创新；先进传感器实验测量数据量大，计算、描点、作图交给计算机完成，学生的主要任务是实验方案的再规划、对实验结果的探究分析、推测结论；侧重培养学生对知识和规律的探求能力、数行结合能力和物理建模能力。因此笔者认为，时代呼唤物理实验教学模式的变革，信息技术给教师的教学和学生的学习带来很多有益的根本性的变化，但传统的实验教学也不能退出历史舞台。学生只有经过传统实验的打磨，才能体验先进技术应用到实验过程中的真实感，两者可以取长补短、相得益彰。四、结束语新课程改革突出强