試談多媒體技術(shù)與物理實驗的整合

楊銳勝

(汕頭市澄海區(qū)澄海中學(xué) 廣東 汕頭 515800)

實驗是物理教學(xué)中的基礎(chǔ)，然而教材中有部分實驗因條件限制，無法用實驗直接演示或演示效果不明顯，導(dǎo)致教學(xué)困難.借助多媒體手段來輔助實驗教學(xué)可較好地解決這個難題，起到優(yōu)化物理實驗的效果.下面，筆者結(jié)合物理教學(xué)實踐并借鑒他人的經(jīng)驗和研究成果，就多媒體技術(shù)在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用，談一些個人看法.

1 物理實驗教學(xué)引進(jìn)多媒體的必要性及其優(yōu)勢

新課程標(biāo)準(zhǔn)的實施使實驗教學(xué)的地位得到了進(jìn)一步的提升，更加重視實驗探究.然而由于受到某些條件的限制，一些實驗成為教學(xué)的難點;同時也是學(xué)生的學(xué)習(xí)難題，導(dǎo)致學(xué)生實驗成績不理想.因此，筆者認(rèn)為有必要找出實驗教學(xué)中所存在的問題，并采取更有效的教學(xué)方式來提高教學(xué)效果.

1.1 物理實驗本身特點導(dǎo)致教與學(xué)的困難

一些實驗因具有危害性或受空間及實驗條件的限制而無法在課堂演示，學(xué)生得不到感性認(rèn)識，并受知識水平、生活環(huán)境等方面的限制，很難想象出物理過程.例如：電源短路、人身觸電等由于有極大危害性不宜在課堂直接實驗，核反應(yīng)、低溫超導(dǎo)、衛(wèi)星發(fā)射等由于無設(shè)備而無法演示，固體擴(kuò)散、天體運動等由于受時空限制不可能演示，靜電的幾個應(yīng)用因條件不具備而無法在課堂上演示，縱波與橫波的傳播過程、波的疊加和干涉等實驗，由于實驗條件不易控制或存在某種干擾而很難把實驗現(xiàn)象演示清晰等.

對于上述實驗，傳統(tǒng)的教學(xué)手段只能采用掛圖、模型式復(fù)合幻燈片來輔助教學(xué).若利用相關(guān)的多媒體軟件將實驗制作成仿真實驗?zāi)Ｐ?，則可以突破時間、空間的束縛和實驗條件的限制.通過仿真實驗?zāi)M演示，變靜態(tài)為動態(tài)，變二維平面圖像為三維立體圖像，使呆板變得生動化，使抽象變得具體化，深入淺出地讓學(xué)生感知跨越時空，突破傳統(tǒng)思維障礙，提高學(xué)生的認(rèn)知能力.

一些肉眼觀察不到的微觀現(xiàn)象，如:布朗運動，電磁振蕩過程中電流方向的改變,電場能和磁場能之間的相互轉(zhuǎn)化,電磁感應(yīng)中磁通量的變化，一些稍縱即逝的實驗現(xiàn)象變化等.

對此類實驗的教學(xué)，如果引進(jìn)多媒體技術(shù)來輔助教學(xué)，可以把微觀現(xiàn)象放大，把隱藏的因素顯露，把短暫的過程延長，把瞬間即逝的現(xiàn)象定格；化無形為有形，化抽象為形象，降低學(xué)生的理解難度.

一些實驗雖然能夠在課堂中演示或進(jìn)行學(xué)生分組實驗，但受到環(huán)境條件或設(shè)備規(guī)格的限制，實驗現(xiàn)象的可見度不高.例如：力學(xué)實驗中對游標(biāo)卡尺、彈簧測力計等測量工具的讀數(shù)和電學(xué)實驗各種儀表的讀數(shù)等等；教師在演示時，往往只有前排的學(xué)生能夠觀察清楚，對后排的學(xué)生效果很差.看不見實驗現(xiàn)象又怎么能喚起學(xué)生的注意、引起學(xué)生的好奇和激發(fā)學(xué)生的興趣呢？這種情況下，經(jīng)常是教師在講臺上自導(dǎo)自演，而學(xué)生在下面收獲不均.如果教師采用動畫或仿真模型把實驗在大屏幕顯示出來，就可以讓后排的學(xué)生看清實驗現(xiàn)象，吸引學(xué)生注意力，提高教學(xué)質(zhì)量.

1.2 因?qū)嶒炘O(shè)備落后或缺乏而導(dǎo)致無法開展實驗

一些教學(xué)條件較差的學(xué)校，實驗場地得不到保障，實驗儀器陳舊、規(guī)格很不統(tǒng)一、誤差偏大，導(dǎo)致測量結(jié)果與理論結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，無法保證完成基本實驗要求.一些學(xué)校由于儀器配備不齊而無法開展學(xué)生分組實驗，特別是新教材中提到的數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室和傳感器等，更是如此.這些情況在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)很普遍的；“黑板上做實驗”、“紙面上談實驗”的現(xiàn)象比比皆是.筆者兩年前曾做過一項調(diào)查，有26.71%的學(xué)生希望獨立完成實驗，有63.58%的學(xué)生希望分組完成實驗，有4.40%的學(xué)生希望教師演示，自己不做實驗，有3.95%認(rèn)為教師講解一下就可以了，還有1.37%選擇了其他.由此可見，學(xué)生對于動手操作實驗還是比較渴望的.如果用多媒體仿真實驗來演示，或者播放視頻讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，則可在一定程度上減輕由實驗設(shè)備陳舊或欠缺所造成的影響.

1.3 學(xué)生對實驗課熱情不高

據(jù)筆者調(diào)查，53.08%的學(xué)生對實驗很感興趣，會主動認(rèn)真完成；41.67%的學(xué)生雖然對實驗不感興趣，但會按要求完成；5.25%的學(xué)生認(rèn)為實驗很難，不感興趣.由此可見，學(xué)生對實驗課的熱情并不高.許多教師都有這樣的親身體會，學(xué)生在實驗室里的課堂紀(jì)律不如在教室里.有相當(dāng)一部分學(xué)生只是應(yīng)付式地完成任務(wù)，按照教材中的步驟“照方抓藥”地記錄數(shù)據(jù)，甚至是抄襲或修改實驗數(shù)據(jù)以滿足理論的要求，缺乏深入地思考和探究，使得實驗課變得枯燥無味.同時有部分學(xué)生課前沒有預(yù)習(xí)，而教師演示講解時，在后排的同學(xué)經(jīng)常無法清晰觀察到操作過程，導(dǎo)致部分學(xué)生在做實驗時對實驗儀器使用不當(dāng)或操作步驟錯誤.如果教師在演示時，采用投影儀把實驗操作放大顯示在大屏幕上，就可以吸引學(xué)生的注意力，優(yōu)化課堂紀(jì)律和氣氛.同時也可以把注意事項和實驗要求用課件顯示在屏幕上提醒學(xué)生，節(jié)省板書時間，提高實驗講解效率和教學(xué)質(zhì)量.

1.4 實驗數(shù)據(jù)處理繁瑣影響教學(xué)效率

實驗數(shù)據(jù)處理是學(xué)生實驗操作后的一個重要步驟.學(xué)生應(yīng)對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，作出合理的結(jié)論，從而培養(yǎng)了學(xué)生分析解決問題的能力.長期以來，高中物理實驗的數(shù)據(jù)是手工處理的.一些實驗由于數(shù)據(jù)處理比較繁瑣、費時，重復(fù)性勞動多，學(xué)生往往敷衍了事，得不到科學(xué)的訓(xùn)練，達(dá)不到實驗所要求的目的.有的教師在課堂上演示實驗時，從測量數(shù)據(jù)到處理數(shù)據(jù)得出結(jié)論所花費的時間太長，影響了教學(xué)效率，導(dǎo)致無法完成教學(xué)任務(wù).如果使用計算機(jī)來處理數(shù)據(jù)，則快速準(zhǔn)確.例如，在探究自由落體運動的實驗中，利用打點計時器和紙帶來記錄重物的落體運動，然后要對紙帶進(jìn)行處理，這時可以使用Excel來處理數(shù)據(jù).課前先在Excel中設(shè)計好實驗要記錄數(shù)據(jù)的相關(guān)表格和圖表，在課堂做實驗時，只要把測量出的數(shù)據(jù)輸入到Excel表格中，就可以迅速、準(zhǔn)確而直觀地把實驗結(jié)果顯示到大屏幕上.

1.5 實驗的復(fù)習(xí)

教學(xué)中，我們經(jīng)常要對前后不同時期學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行比較、歸納、概括、總結(jié)，特別是復(fù)習(xí)的時候.例如要復(fù)習(xí)各種實驗的不同方法時，若重做實驗，不僅浪費時間，而且無新鮮感.而借助多媒體能靈活地展示、逼真地摸仿、生動地再現(xiàn)其物理過程，借助多媒體強(qiáng)大的聲音、圖像、動畫再現(xiàn)功能，對學(xué)過的知識重新梳理、重組和整合的演示，可喚起學(xué)生的回憶.同時，動畫、視頻和仿真實驗軟件可以用于學(xué)生家庭電腦，對學(xué)生的課外復(fù)習(xí)也起到一定的幫助作用.

2 存在的問題

信息技術(shù)的發(fā)展及其在教育中的應(yīng)用，給教學(xué)帶來了很多便利，使用多媒體技術(shù)輔助教學(xué)的情況越來越普遍.但是這種技術(shù)并不是萬能的,在發(fā)揮它優(yōu)勢的同時，也要注意一些存在的問題.

2.1 過度依賴多媒體

對于“信息技術(shù)與課程整合”，有一部分教師沒有真正理解其涵義.由于有些演示實驗用多媒體相對簡單的特點，教師為了“省事”，就直接把實驗裝置、實驗過程、實驗數(shù)據(jù)測量、實驗結(jié)果和實驗推論等都用課件演示一下，就算完成了教學(xué)任務(wù).學(xué)生也為了“省事”，直接看一下多媒體課件的演示和用鼠標(biāo)拖動幾下實驗設(shè)備就認(rèn)為會了.由于長期缺乏動手操作，出現(xiàn)了學(xué)生只會“紙上談兵”的現(xiàn)象，而不能真正通過動手實驗去理解實驗所蘊含的物理現(xiàn)象及本質(zhì)，與過去的“黑板實驗”如出一轍.因此，在進(jìn)行信息技術(shù)課程整合時，應(yīng)該把握好立足點.是借助多媒體技術(shù)來輔助教學(xué)，而不是利用多媒體來代替教師教學(xué).再好的多媒體也不能完全替代真正的物理實驗.多媒體演示只是一種手段，而不是實驗本身.要使學(xué)生真正掌握物理知識，一定要讓學(xué)生參與操作和觀察實驗，使之從真實的感受中建構(gòu)物理知識.

2.2 教師信息技術(shù)一般課件開發(fā)能力不高

從調(diào)查數(shù)據(jù)看，大部分教師的信息技術(shù)水平一般，所制作課件多處于初級階段.筆者兩年前在深圳某中學(xué)進(jìn)行教育實習(xí)期間，曾與實習(xí)隊友對該校的教師信息技術(shù)水平作了調(diào)查.由于深圳經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，信息技術(shù)與課程整合起步較早，那里的教師的信息技術(shù)的平均水平要比其他地區(qū)教師的平均水平高.下面是筆者在實習(xí)期間的調(diào)查數(shù)據(jù).

(1)基本能熟悉電腦基本操作和辦公軟件的使用.如對文件進(jìn)行復(fù)制、移動、刪除和重命名的有97.62%的教師知道如何操作.92.86%的教師知道文件的壓縮和解壓.絕大多數(shù)教師能夠熟練使用Office辦公軟件，使用Word寫文章并做簡單格式排版的更是高達(dá)100%，能夠使用PowerPoint制作簡單課件的也達(dá)到97.62%.另有90.48%懂得如何使用Excel來統(tǒng)計學(xué)生成績的教師.對于安裝、卸載常用軟件和安裝操作系統(tǒng)等方面有78.57%和61.9%的教師會操作.

(2)對于網(wǎng)絡(luò)軟件高級應(yīng)用及開發(fā)技能的只有少數(shù)教師掌握.雖然有97.62%和90.45%的教師懂得如何下載網(wǎng)頁上的文字、圖片和下載網(wǎng)上的聲音到自己的電腦上，但對于網(wǎng)絡(luò)一些常見的工具或者一些需要借助其他工具才能夠獲取到的資源，則不是很多的教師知道應(yīng)該怎樣獲取.例如會下載網(wǎng)上的flash動畫的只有81%,會下載網(wǎng)上的電影的只有71.43%,會使用網(wǎng)際快車或網(wǎng)絡(luò)螞蟻或迅雷等下載工具的只有71.43%.而對于圖片的基本操作，使用圖片處理工具修改圖片的只有57.14%的教師掌握，會使用軟件處理視音頻的只有35.71%.另外只有35.71%的教師基本掌握制作簡單網(wǎng)頁的技能.

由于教師信息技術(shù)水平有限，對其進(jìn)行一些開發(fā)設(shè)計以及課件開發(fā)制作的互動性造成很大影響，限制了教師們做出來的課件的互動性以及課堂趣味性，使得課件的功能沒能夠充分發(fā)揮.從調(diào)查中了解到，教師獲取多媒體資源的途徑主要來自教輔書籍、同事共享和網(wǎng)上下載，自主開發(fā)的比較少;大多是對別人的課件加工修改，或者是直接使用，利用成品課件可能使教師失去自己的教學(xué)風(fēng)格，并使教學(xué)設(shè)計與學(xué)生知識水平不符.

2.3 素材資源整合不合理使用不方便

隨著人們對信息技術(shù)的重視，教學(xué)資源越來越豐富，有很多地區(qū)也建立了信息資源庫，利用網(wǎng)絡(luò)共享多媒體資源.但也存在著一些因素(圖1)妨礙教師利用信息技術(shù)輔助教學(xué).從圖2可見，教師在利用信息技術(shù)的過程中遇到比較多的問題和困難是如何才能夠找到合適的資源.網(wǎng)絡(luò)搜索引擎技術(shù)的發(fā)展，為人們檢索信息提供了便利，但常常搜索出來的是一些零零散散的課件或教案分布在很多教學(xué)網(wǎng)站上，這些課件或教案沒有歸類，而且優(yōu)秀的免費資源比較少.優(yōu)秀的素材資源，一般都要收費或者是需要通過一定的權(quán)限之后才能下載，對教師找尋合適的教學(xué)素材造成很大的不便.因此筆者建議相關(guān)的信息資源庫能夠采用更合理的形式呈現(xiàn)和共享資源，使教師在使用資源庫過程中更加方便快捷.根據(jù)調(diào)查，提議按照教學(xué)專題/ 主題的形式來組織和提議按照學(xué)科教材目錄來組織的都各自占了33.33%；提倡按照資源分類標(biāo)準(zhǔn)來組織的有21.43%；而提議按照學(xué)科知識點來組織資源的有11.91%.

圖1 學(xué)生使用的意愿

圖2 希望信息化教學(xué)資源以何種分類形式呈現(xiàn)

2.4 部分課件設(shè)計不合理

有一些配套的課件和實驗仿真軟件等素材并不是由物理教師而是由計算機(jī)專業(yè)人員設(shè)計和制作.由于他們對物理教學(xué)理解不深，課件有時不規(guī)范，甚至出現(xiàn)概念錯誤.其次有些課件為了追求動畫效果和吸引學(xué)生的注意力，將課件做得五顏六色，并插入一些與教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的音樂和畫面;雖然能暫時吸引學(xué)生的注意力，但卻脫離了物理學(xué)的科學(xué)性和嚴(yán)肅性.此外，這些課件一般都是打包成運用程序，無法再修改.要制作出質(zhì)量高的物理課件，最好是能夠把優(yōu)秀物理教師和軟件開發(fā)能力強(qiáng)的專業(yè)人員聯(lián)合起來，共同合作，根據(jù)物理教材開發(fā)相配套的教學(xué)資料.

3 一些建議

(1)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),加大硬件設(shè)備投入.建設(shè)多媒體教室.

(2)加強(qiáng)并不斷更新軟件教育信息資源建設(shè)和優(yōu)秀資源共享.

(3)提高教師信息技術(shù)能力、多媒體課件制作能力和軟件開發(fā)能力.

總之，利用多媒體技術(shù)輔助教學(xué)是信息技術(shù)發(fā)展所帶來的趨勢.實踐也證明，合理地把多媒體技術(shù)運用于物理實驗教學(xué)中，能夠提高教學(xué)質(zhì)量，有利于學(xué)生克服認(rèn)知障礙，突破難點、重點，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性.但在實施信息技術(shù)與課程整合的過程中也存在著一些不足需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善.

參考文獻(xiàn)

1 劉立平．利用多媒體進(jìn)行物理教學(xué)的必要性及問題分析．物理教學(xué)探討，2007，25(9上半月)：53～54

2 李晨康．談多媒體技術(shù)在高中物理教學(xué)中的運用．http://www.wms.edu/Article/ShowNews.asp?NewsID=235

3 蔣潔．對物理教學(xué)中多媒體運用的思考．http://www.wxedu.net/jyjs/show.aspx?id=157

4 2008年寧波會議資料．信息技術(shù)與高中物理新課程整合過程中的問題及其解決策略．http://www.zxxk.com/feature/2009gk/gksoft.aspx?InfoID=777778

5 北京教科院基教研中心“信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合”課題組．北京中小學(xué)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合報告．http://www.lchedu.net/Article/jyjs/jsjl/200707/392.html