利用現(xiàn)代信息技術(shù)改善大學(xué)物理教學(xué)淺析

尹志會

一、大學(xué)物理教學(xué)中引入現(xiàn)代信息技術(shù)的必要性

大學(xué)物理是我國高等院校理工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，教學(xué)目標(biāo)是構(gòu)架分析問題、解決問題的基本思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下扎實的理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)主要依賴于教師的課堂講授，學(xué)生課下自習(xí)完成作業(yè)。這種傳授式的教學(xué)和接受式的學(xué)習(xí)弊端越來越明顯，既不能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)更是毫無益處。

現(xiàn)代信息技術(shù)主要是指以計算機為核心，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，融合通信技術(shù)和傳播技術(shù)，能處理、編輯、存儲和呈現(xiàn)多種媒體信息的集成技術(shù)。21世紀(jì)信息技術(shù)日漸成熟，海量的信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳播到世界的每個角落，在信息化高度發(fā)展的今天，信息技術(shù)已不應(yīng)單純地作為一門課程出現(xiàn)，它更應(yīng)該成為學(xué)生學(xué)習(xí)的一種工具。對于求知欲強、精力旺盛的大學(xué)生而言，信息技術(shù)可以為大學(xué)物理教學(xué)和引導(dǎo)學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)提供有力的支持。

21世紀(jì)是知識經(jīng)濟時代，知識的更新速度之快使得終生學(xué)習(xí)成為必要，飛速發(fā)展的信息技術(shù)對人們的生活和學(xué)習(xí)的影響越來越大，使人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式都產(chǎn)生了巨大的變化。信息技術(shù)的主要作用在于：第一，能有效進行大量信息的儲存與處理，使研究性學(xué)習(xí)過程更加方便、快捷、省時、省力；第二，信息技術(shù)作為以處理信息為中心的思維方式和操作工具已深深嵌入了人們的思維過程和認(rèn)知過程中，使人們對學(xué)習(xí)的含義、性質(zhì)和學(xué)習(xí)方式的認(rèn)識都產(chǎn)生了質(zhì)的變化；第三，信息技術(shù)也使得學(xué)習(xí)的課堂變成了開放式的大課堂，網(wǎng)絡(luò)為我們構(gòu)架了全球性的學(xué)習(xí)課堂和學(xué)習(xí)環(huán)境，可以足不出戶地訪問校外信息或與其他地域的人們進行交流。對大學(xué)物理而言，利用以計算機和網(wǎng)絡(luò)為媒介的現(xiàn)代信息技術(shù)既能模擬物理過程和實驗過程，又能使復(fù)雜的問題變得簡單，使抽象的問題變得直觀，使漫長或瞬時的物理過程變得可控和有序。這樣既能增加物理內(nèi)容的表現(xiàn)力，也能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助學(xué)生清晰地理解物理思想、物理方法、物理過程。所以，利用現(xiàn)代信息技術(shù)改善大學(xué)物理教學(xué)，促進學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性起到了良好的作用。同時，利用現(xiàn)代信息技術(shù)有助于實現(xiàn)分層次教學(xué)，為學(xué)生提供充足的選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容的空間，盡可能地使每個學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好，利用自己的課余時間學(xué)習(xí)自己感興趣的學(xué)科知識，也能給優(yōu)秀的學(xué)生提供發(fā)展自己的機會。

二、現(xiàn)代信息技術(shù)在大學(xué)物理教學(xué)中發(fā)揮的作用

（一）增加課堂容量，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生對物理課程的學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，教師經(jīng)常要花較多的時間去板書，尤其是畫圖時用的時間則更多而且不準(zhǔn)確，難以提高課堂效率。將信息技術(shù)結(jié)合到教學(xué)中就很容易解決這個難題。教師提前將與本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的各種信息，如文本、公式、圖片、視頻、聲音、動畫等整理成教學(xué)課件，上課時鼠標(biāo)一點就可清晰準(zhǔn)確地顯示出來，這樣既能給學(xué)生多種感官刺激，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能使教師從許多重復(fù)的備課、教學(xué)工作中解脫出來，省出的時間可用來討論教學(xué)重點、難點，補充相關(guān)的課外知識或本學(xué)科的前沿知識，開拓學(xué)生的視野。如在講振動和波時，教師可以用學(xué)生學(xué)過的matlab仿真軟件，利用其繪圖功能很方便地展示出振動圖形或波函數(shù)的形式，將很抽象難以描述的振動和波動直觀地展示出來，比用語言描述要清晰得多。

（二）將抽象的物理概念形象化，幫助學(xué)生理解掌握

大學(xué)物理中的許多概念、定理、定律都比較抽象，生活中的經(jīng)驗容易理解，而將經(jīng)驗轉(zhuǎn)化成抽象的物理術(shù)語卻很難。比如慣性的概念，同學(xué)們都能理解汽車突然剎車時人為什么會向前傾，汽車突然加速時人為什么會向后仰，但抽象出慣性的概念卻不容易接受。教學(xué)中可以先引入一段汽車啟動或剎車的視頻或動畫，然后抽象為模型，再對模型進行受力分析。通過這種由抽象到具體的處理，學(xué)生很輕松就能理解并記住“慣性是物體保持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)”，同時明白了“外力是改變物體運動狀態(tài)的原因”。

又如，駐波的概念，駐波是由振幅、頻率和傳播速度都相同的兩列相干波，在同一直線上沿相反方向傳播時疊加而成的一種特殊形式的干涉現(xiàn)象。這個物理過程非常抽象，同學(xué)們很難想象出來，我們通過Flash演示這個干涉效果，非常直觀，同學(xué)們一目了然；我們還用Matlab的繪圖功能，由駐波的方程轉(zhuǎn)化成直觀的函數(shù)曲線，和前面的動畫配合，同學(xué)們就很容易接受并理解這個過程。還有聲音的傳播、電場、磁場的分布等都可以通過Flash動畫或Matlab仿真的形式直觀反映在教學(xué)過程中，給學(xué)生以直觀的視覺效果，教學(xué)效果比任何語言解釋要來得更好。我們也鼓勵學(xué)生自己動手做一些物理過程的仿真，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)生的空間想象力。

（三）建立開放式物理實驗平臺、模擬物理過程、仿真物理實驗

隨著高校招生規(guī)模的擴大，高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)已經(jīng)從精英教育轉(zhuǎn)型為大眾化教育，社會經(jīng)濟發(fā)展之快也需要能夠盡快適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需求、具有扎實的理論和實踐基礎(chǔ)、富有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的復(fù)合型人才。這一轉(zhuǎn)型對高校實驗教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，實驗教學(xué)工作成為衡量高校辦學(xué)實力和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要標(biāo)志。為彌補實驗教學(xué)資源的不足，為學(xué)生創(chuàng)造一個開放式的實驗教學(xué)環(huán)境，可將信息技術(shù)手段與實驗課程進行整合，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和便捷性，這也是網(wǎng)絡(luò)化教育的需求，是未來教學(xué)發(fā)展的方向。目前許多高校都在進行這方面的嘗試，包括網(wǎng)絡(luò)選課的實現(xiàn)、實驗講解錄像的教學(xué)鏈接、教學(xué)資源庫的建立、仿真軟件的開發(fā)和使用等等。物理作為一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過與信息技術(shù)相結(jié)合，能夠有效發(fā)展物理學(xué)的實驗教學(xué)體系，加強物理實驗的示范性，拓展實驗教學(xué)空間。

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）物理實驗中心將信息技術(shù)與實驗物理課程整合，初步形成基于信息技術(shù)的課程教學(xué)鏈，努力提高開放式實驗教學(xué)的質(zhì)量。衡水學(xué)院物理與電子信息系已有兩個開放實驗室，為學(xué)生提供了實驗和模擬仿真的平臺，通過這個平臺已有許多學(xué)生參加各種科技大賽并獲得獎項。

（四）推動學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

21世紀(jì)是信息時代，知識的更新速度之快使得終身學(xué)習(xí)成為必要，所以能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性的“研究性學(xué)習(xí)”成為一種很有效的學(xué)習(xí)方法。將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于大學(xué)物理教學(xué)，既有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又有利于培養(yǎng)學(xué)生大膽創(chuàng)新、百折不撓的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，形成積極的學(xué)習(xí)方法，為終身學(xué)習(xí)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。大學(xué)物理中的教學(xué)內(nèi)容可以探究性學(xué)習(xí)形式引出，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)仿真軟件，或讓學(xué)生以小組的形式自己提出問題，自己完成對問題的仿真過程，這樣的學(xué)習(xí)過程既增強了學(xué)生對物理知識的理解深度，又熟悉了學(xué)生對仿真軟件的使用方法，學(xué)生通過自己查找、閱讀、收集等環(huán)節(jié)，在自己提出問題又自主解決問題的過程中，既學(xué)到了知識又提高了自己的綜合素質(zhì)。

三、大學(xué)物理教學(xué)中引入現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)注意的問題

（一）提高物理教師的科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)揮物理教師的創(chuàng)新思維

科學(xué)素養(yǎng)是指對科學(xué)知識、科學(xué)的研究過程和方法、科學(xué)技術(shù)對社會和個人所產(chǎn)生的影響達到基本的了解程度。創(chuàng)新思維是指以新穎獨創(chuàng)的方法解決問題的思維過程，通過這種思維能突破常規(guī)思維的界限，以獨特的視角去思考問題，提出與眾不同的解決方案，從而產(chǎn)生新穎的、獨到的、有社會意義的思維成果。只有提高了物理教師的科學(xué)素養(yǎng)，才能提高教師對信息技術(shù)的把控能力，充分發(fā)揮教師的創(chuàng)新思維，讓信息技術(shù)成為輔助教學(xué)的良好方法和手段，豐富教學(xué)方法和形式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使枯燥的學(xué)習(xí)充滿活力，使學(xué)生快樂積極地學(xué)習(xí)。

（二）提高物理教師的信息素養(yǎng)和信息技術(shù)操作技能

21世紀(jì)是信息時代，信息素養(yǎng)是每個公民生存和發(fā)展必備素養(yǎng)之一。信息素養(yǎng)是指一個人足夠的元認(rèn)知策略，能夠指導(dǎo)其對信息的獲取、評價和利用。只有提高了教師的信息素養(yǎng)，才能提高教師開發(fā)教學(xué)資源的能力，提高教師信息技術(shù)操作能力，熟練駕馭相關(guān)教學(xué)輔助軟件，為創(chuàng)造靈活多樣的教學(xué)氛圍服務(wù)。對于新時期的物理教師，尤其要培養(yǎng)自身的信息素養(yǎng)，積極學(xué)習(xí)信息技術(shù)，靈活運用各種信息技術(shù)，不僅要掌握平時的常用的教學(xué)軟件，學(xué)會制作各種電子教案和電子課件，使其服務(wù)于課堂教學(xué)以及實驗教學(xué)，同時，還要積極運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立基于網(wǎng)絡(luò)的物理教學(xué)。

（三）完善對物理教師的管理和培訓(xùn)機制

首先，將現(xiàn)代信息技術(shù)與物理和實驗教學(xué)相結(jié)合不是一個簡單組合拼湊，應(yīng)該是一個優(yōu)化、整合的過程，要做到統(tǒng)籌規(guī)劃，建立完善的教學(xué)、實驗管理體制。其次，要加強師資隊伍建設(shè)，制訂合理可行的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)計劃，提高教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)。最后，要加強教師教學(xué)監(jiān)督工作，組成監(jiān)督小組，隨時隨地參與到教學(xué)的各環(huán)節(jié)，經(jīng)常聽取學(xué)生和老師的意見，及時調(diào)整教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，以不斷提高教學(xué)質(zhì)量，高效合理地利用教學(xué)資源。

總之，在信息技術(shù)高度發(fā)展的今天，充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)改善大學(xué)物理教學(xué)對物理教師和其他教育工作者來說既是機遇，又是挑戰(zhàn)。現(xiàn)代信息技術(shù)為我們改善教學(xué)提供了豐富的操作空間，這就需要我們教育工作者主動學(xué)習(xí)現(xiàn)代信息技術(shù)，提高自身的信息素養(yǎng)和信息操作技能，只有這樣才能優(yōu)化教學(xué)資源，提高教學(xué)質(zhì)量，把學(xué)生培養(yǎng)成具有科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。