信息技术物理实验的点睛之笔

信息技术物理实验的点睛之笔课改背景下传统实验教学和信息技术要有机结合甘肃省天水市麦积区天成学校辛亚辉邮编：741020【摘要】物理学是一门以实验为基础的学科，实验几乎贯穿了物理教学的整个过程。物理实验是教师根据科学研究和教学目的,利用物理仪器、教学设备等手段,模拟再现自然现象，或者人为控制条件，验证物理原理或规律，并予以研究的科学实践活动。它是一种目的性很强的、可重复进行的、简约化的探索和论证过程。在强调探究式教学、发现式教学、研究性学习的新课程改革的环境下，实验在中学物理教学中更加占据着举足轻重的地位。但是受实验设备、实验教学方法、学生因素等客观条件的限制，有些实验效果不够理想。如果利用多媒体模拟辅助物理实验，把试验目的、原理、器材，以及试验过程等直观展示在屏幕上，将使使学生看到色彩鲜艳的动态视频、听到生动逼真的音响效果，多感官立体的呈现一堂知识盛宴。【关键词】信息技术；物理实验；整合；物理学是一门以实验为基础的学科，实验几乎贯穿了物理教学的整个过程。物理实验是教师根据科学研究和教学目的,利用物理仪器、教学设备等手段,模拟再现自然现象，或者人为控制条件，验证物理原理或规律，并予以研究的科学实践活动。它是一种目的性很强的、可重复进行的、简约化的探索和论证过程。在强调探究式教学、发现式教学、研究性学习的新课程改革的环境下，实验在中学物理教学中更加占据着举足轻重的地位。但是受实验设备、实验教学方法、学生因素等客观条件的限制，有些实验效果不够理想。如果利用多媒体模拟辅助物理实验，把试验目的、原理、器材，以及试验过程等直观展示在屏幕上，将使使学生看到色彩鲜艳的动态视频、听到生动逼真的音响效果，多感官立体的呈现一堂知识盛宴。许多中学物理实验，若采用动画模拟实验，通过多媒体视频课件放大细微的物理现象，就可以使学生们看到想看而看不到的现象，激发学生兴趣，提高课堂效率。合理的利用多媒体教学技术，可以优化实验教学过程，极大地提高试验教学效果。一、中学物理实验教学的现状近几年来，中考、高考物理试题增加了实验能力的考查，学生得分率却没有提高，实验教学始终是物理教学的一个薄弱环节。分析原因，主要有以下几个方面：（一）实验教学缺失了应有的学科特征物理概念的引入和规律的总结大都是通过实验进行的。原本实验教学可以极大的提高学生的学习兴趣，对培养学生自身的创新精神培养起到非常重要的作用。但是由于学生的升学压力，实验占卷面的分值比重不大，容易造成教学中“做实验”变成“说实验”。九年级和高三年级题海战术代替有趣的物理实验,低年级学生将大量的规律和公式机械记忆、物理实验教学缺失了应有的学科特征。（二）教学设备陈旧，难以胜任教学需求。不少中学的教学实验设备短缺，很多实验仪器使用时间早已超过了寿命，不能适应现有的实验要求。在一些城乡结合部学校和偏远农村学校情况尤其严重，有些实验仪器常常导致学生兴冲冲进入实验室，却因无法操作或测不出数据扫兴而归，不能达到预期教学的目的。很多学校没有专业的实验员，实验仪器的经常维护和保养成为问题，损坏的仪器不能有效维修直接就报废。实验室管理制度建立不够科学、不够完善，在一定程度上又制约了实验教学。近几年随着国家经济建设步伐的家快，教育主管部门加大对教育经费的投入，实验设备和实验仪器得到更新和补充，极大地改善了实验教学设备老旧的状况。（三）教师实验教学方法老套，难以适应新课程的要求。传统的物理教学以学生掌握和巩固知识为目的，对实验在过程与方法、情感与态度方面的重要作用认识不够，因此实验教学基本上以教师为中心：演示实验教师做、学生看；分组实验则让学生按教师设计好的方案进行，缺乏独立思考和创造性活动。1、实验教学方式老套。长期以来的应试教育、讲授式教学养成了教师传统的实验教学方式，习惯性地先介绍实验目的、实验原理、实验仪器、注意事项等，学生根据所讲的步骤被动地重复实验，获取数据，验证规律、定理、公式……，缺失了认知过程中的主观能动性。2、“讲实验”代替“做实验”。受长期应试教育的影响，以及实验器材、人为因素的影响，实验教学被忽视，“做实验不如讲实验”，“讲实验不如背实验”的想法在很多教师的头脑中根深蒂固。往往在城镇实验设备完善的中学学生实验的完成率也不到2/3,而在实验设施不完善的乡镇中学则基本上一个学生实验都不做。老师们认为：实验教学采用讲授法，更节省教学时间，便于突出和把握有关实验知识要点。而按照新的课程理念，演示实验应该重视学生参与，学生分组实验则要尽量采用探究式，让学生真正进入科学学习的状态，扮演研究者的角色。（四）学生情况参差不齐，影响实验效果老师在学生做分组实验时害怕学生损坏实验仪器，严格要求按照设计好的方案操作。学生一到实验室就兴奋，纪律混乱，乱动实验仪器，两方面均让实验课不能获得预期的效果。笔者在长期的实验教学中发现演示实验基本上前几排学生有效果，后几排的同学被挡住看不清。因此能拿下去展示的实验尽量拿下去让每一位同学去观察，如蹄形磁铁的磁感线。学生分组实验好的班学生探究效果明显，课堂纪律井然，操作规范，仪器摆放整齐，有实验数据。不好的班恰恰相反，纪律混乱，有的小组里面根本没人动手，实验仪器当玩具，分组实验能做完就很不错了。针对这种情况只能好学生带一个学困生，放在老师眼皮底下实验，老师多指导，学生相互监督。二、传统实验设备在实验教学中的成效（一）传统媒体在实验教学中容易贴合教学目标。传统教学媒体是老师集体智慧的结晶，非常贴合教材。传统媒体与教学目标更易灵活匹配，由于教师的教学经验，对教材、板书等的操作得心应手，这也体现了传统教学媒体简便易行的优点。笔者在光学课教学时经常使用老式的投影仪，非常方便，贴近教材很容易让学生理解物像关系。电磁波教学时要使用收音机，现代信息技术是不可能这么贴合教材的。（二）传统实验设备在实验教学中取得了辉煌成就。物理学是一门以实验为基础的自然科学，直观的实验教学在整个物理教学中占有重要地位，取得了辉煌的成就，新课程改革体现在物理课程上是更加突出了实验教学。传统实验设备是针对具体某一实验设计的，方便易操作，在实验教学中取得辉煌成就。如马德堡半球实验器是两片吸盘，两名学生在两侧同时去拉很方便很直观。讲电荷的产生时，老师用手摇动感应起电仪，劈啪声伴随着火花放电很直观的。（三）传统媒体在现代信息化时代越显劣势传统的直观教学主要是运用演示实验、教学模型和图像投影等进行的。但这些手段有较大的局限性，如有的可见度小；有的演示现象瞬息即逝；有的限于条件演示效果很差；使学生对许多物理知识的理解不能充分建立在直观感知的基础上。随着科技的发展，信息化时代悄然来临，教材与时俱进，一些实验教材明确要求采用计算机软件辅助实验。如八年级测小车的平均速度，八年级声波的波形图，高一自由落体运动测定。信息技术在物理实验教学领域的应用也日益广泛，信息技术不仅能模拟实验，如今它与传感器、数字化等技术相结合，可以形成崭新的实验方法和技术，对传统的手工实验方式是一种前所未有的挑战。三、信息技术在实验教学中的应用信息技术作为演示的工具，可使静态事物动态化、微观现象可视化、抽象知识形象化，完成难做实验的仿真模拟、进行物理过程的动态分析。信息技术作为演示工具，主要应用在以下三方面：（一）信息技术转变了传统物理实验教学的理念在普通物理课堂的演示实验中，由于受到常规实验仪器本身的限制，实验效果常不如人意。而通过多媒体技术模拟实验的辅助,模拟一些重要的，但在现实实验环境下难以完成的一些物理实验，则可弥补常规实验仪器的不足。1、信息技术更新了物理实验教学理念传统的物理教学以学生掌握和巩固知识为出发点和归宿，学生学习物理实验的范围囿于学校、课堂、书本。信息技术扩大了物理实验的内涵，扩展了物理实验的教育功能。以信息技术为依托的物理实验教学中，利用录像、光盘、网络等能加强实验教学与社会、生活、科学技术之间的联系，使学生的视野更开阔。信息技术的交互性和超文本链接的优势更为在物理实验教学中的“师生互动”提供了可靠的保证。2、信息技术改变了物理实验教学手段在实验的不同环节，信息技术都发挥了其独特的作用，观察环节可以极大地扩展实验的可视性和可重复性，数据采集环节信息技术给物理量的测量带来了革命性的变化，不但简单方便，而且测量精度高，数据分析环节能将学生从简单、机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来，让他们的时间和精力用在更有创造力的方面。3、信息技术改变了物理实验教学方法传统教学中把物理实验分成演示实验与分组实验。新课程理念下的物理实验教学，更注重学生的探究，让他们自己去设计实验，选择仪器，收集实验数据，归纳并总结规律。物理课程标准明确提出要重视将信息技术应用到物理实验室，加快物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等。一方面，采用信息技术使处理数据层面上的工作简单化，学生用于数据处理的时间大大减少，他们有更多机会去进行探索研究；另一方面，信息技术本身就是学生进行探究活动的有效工具。以计算机为代表的现代信息技术能够跟传统实验实现“优势互补”（不是全面替代），推动物理实验教学方法的改革。（二）信息技术有效创设情境，激发学生学习兴趣1、多媒体技术能将物理实验中的立体感、运动效果和谐体现。物理教学过程中经常会碰到要画出立体感十分强的示意图、辅助线等，以便于学生正确理解物理问题的空间意义。如均匀磁场的分布、磁场中的通电导体的受力运动方向，感生电流的流动方向。具有立体感的图形很难画，如教师画不好图，而又无合适的挂图且挂图是静态的，会造成学生理解困难，时间花在学生无效的想象中，而计算机多媒体辅助教学中的3DSMAX或COOl3D软件则可以制作出完全立体的、漂亮的、准确的示意图，并且还能制作虚拟的立体实物图，使学生理解起来毫无困难。又如电压、电流、磁场等。适当地培养学生的想象能力是对的，但过多的抽象内容会严重妨碍学生学习，不易于理解和掌握。利用计算机多媒体辅助教学中的Aouthorware和Flash软件则可以虚拟地演示出这些内容，显现给学生的是更加形象的内容，有利于学生建立正确的物理概念及以后的物理学习。2、用多媒体技术将在瞬间发生物理现象和谐展现。有的物理实验现象的发生在瞬间，学生的眼睛无法跟上。如在研究物体运动的时候，自由落体运动、变速直线运动在一定时间间隔内通过的距离或速度变化，用眼睛难以捕捉得到，只能借助于照片或打点计时器来观察，既费时又费钱、费力。我们采用若利用Flash软件通过帧的调整及运动时间的合理设置，制作出完全立体的、漂亮的、准确的示意图，就很容易让学生观察到物体运动的速度变化及变化规律的演示，易于学生理解、掌握。模拟不能重现的物理场景。有些物理实验，揭示的是微观世界的物理现象，实验难以演示或现象很难观察到，学生无法建立感性认识，从而妨碍了对知识的理解，我们可以借助动画来模拟展示微观世界，帮助学生理解物理知识。如：硫酸铜溶液的扩散实验，由于现象发生需要的时间太长，在课堂上不能直接观察到结果；物理课中提到的许多仪器设备、场面及仪器的装配，学生是不可能身临其境的。如原子核链式反应、a粒子散射实验、电动机等实验。从学生实验角度看，为防止发生意外伤害、实验仪器损失，或由于实验条件的限制，有一些实验像电流表反接、短路、用小量程测大电流、人体导电等，一般是不能做或不允许做的，这势必影响学生对知识的构建。虚拟实验环境则可解决这一难题看，对学生深刻理实验起到了非常重要的作用。（三）优化演示实验教学效果，突破学生理解难点在实验的不同环节，信息技术都可发挥独特的作用：在观察环节极大地扩展实验的可视性和可重复性，在数据采集环节使物理量的测量不但简单方便，而且精度提高，在数据分析环节则让学生从机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来，投入更有创造力的方面。信息体技术是一种通过计算机，把文字、图形、动画和声音等多种媒体信息进行综合处理应用的技术。初中物理实验与信息技术相结合，打破了常规实验的局限性。通过模拟实验的辅助，模拟一些重要的但在目前条件下难以精确完成的实验,弥补常规实验的不足，提高实验的演示效果。同时，从传统的演示实验手段来看，有些实验无法在课堂上演示；而有的实验难度大，成功率低；有的实验耗时长而又观察不清。而信息交技术所提供的画面可以把重点部分放大，也能缩小；同时还具有倒放、停格、快速选择等功能。四、信息技术与物理实验教学整合1、有效使用物理常规实验与课件模拟实验物理学是以实验为基础的科学。物理学中的概念和规律都是人们从生产、生活实践和实验中抽象、概括而积累下来的知识。中学物理实验教学以培养学生的实践能力和创新精神为目标，以学生掌握课本中学生实验所包含的实验方法和手段为重点，以学生掌握物理知识、形成能力为最终目的。而学生对物理概念和规律的认识、理解和掌握往往依赖于对物理现象的真实感知，这一过程只有依靠真实的物理实验过程才能实现，因此有条件完成的实验应该先进行实验的演示，或让学生亲自动手实验，给学生提供一个感性认识的基础，然后，适时切入课件，对实验进行模拟，使连续或瞬间的物理过程变得有序和可控，引导学生对实验现象进行分析和抽象。但是要特别强调的是，物理概念和规律都是来源于生活、生产实际和科学实验的。模拟得再好的多媒体课件都不可能代替实验室内的传统实验和演示实验，它只能起到辅助教学的作用。如果盲目地追求多媒体课件的运用，反而会适得其反。如有的教师在讲全电路欧姆定律时，本来实验就能够很好地说明电路中的电流和电阻之间的关系，却非要做成课件：在屏幕上放映通过改变电阻使其电流自动变化，去说明电路中电流和电阻间的关系。这样，学生会认为这些变化是教师人为做出来的，不一定是真实的。这说明，只有合理地把信息技术与物理实验教学整合，使实验教学上升到一个新的层次，才有助于学生发现规律、获得知识，提高学生的科学文化素质和实验技能。课件作为物理实验过程的再现、概括、补充或模拟，实现物理实验和课件模拟实验的优势互补，能充分体现物理实验的教育教学功能。值得指出的是，对于一些抽象的理想实验（如说明牛顿第一定律的伽利略理想实验），外太空中的完全失重实验，难以观察的实验（如电场线、磁感应线的空间分布，LC回路中自由电子的振荡过程），有危险而不能也不现实去做的实验（如核爆炸、核反应堆），在现有实验条件下，无法对他们进行实验演示，借助多媒体对实验进行模拟展示是可行的。在物理实验教学中原创性实验的基础地位不容置疑，课件模拟实验只能是学生学习、认知的辅助工具。用课件来取代物理实验是不可取的。2、正确把握物理实验教学中教师的主导作用与课件的辅助作用随着现代教学媒体不断完善和发展，计算机超文本、超链接特性广泛应用于教学活动中。教师运用自己的智慧制作出了许多优秀的课件，在教学活动中，老师只需要点击鼠标，就可以按课件固化的教学过程来指挥课堂教学。这种用课件来代替教师的做法是不可取的。任何教学活动，都是师生相互作用的过程，在这一过程中，教师应该根据学生不同的实验情况和不同环境，适时调整教学过程和教学计划，对教学信息进行有效调整和引导。在物理实验教学中，教学过程应该充分体现对物理实验的探索性，师生共同讨论的合作性和学生思维的独立性，这个过程不只是传授知识，还有方法的启示、能力的培养，这是任何现代教育媒体都不可代替的。每一堂优秀的课例，都离不开教师成功的调控和主导，课件不可