論多媒體在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用

楊貝

摘 要：多媒體在物理實驗教學(xué)中，彌補了演示實驗教學(xué)中的不足，豐富了分組實驗教學(xué)的教法。本文主要闡述筆者在物理實驗教學(xué)中，使用多媒體提高課堂有效性的一些做法。

關(guān)鍵詞：多媒體；實驗教學(xué)；演示實驗；分組實驗；有效性

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）5-0054-4

在物理實驗教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)一些老師對多媒體的使用存在兩種常見的觀點：一是利用多媒體視頻播放實驗錄像或用仿真實驗代替在課堂上可操作的演示實驗；二是在學(xué)生分組實驗中，完全不使用多媒體課件。筆者認(rèn)為這兩種觀點都是不正確的。下面，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實踐，談?wù)勗谶@兩類物理實驗教學(xué)中，如何使用多媒體提高課堂的有效性。

1 多媒體在演示實驗教學(xué)中的應(yīng)用

演示實驗是老師在課堂上做實驗給學(xué)生看，在操作實驗的同時，引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考和分析實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論的一種教學(xué)方式。它在幫助學(xué)生掌握物理概念和物理規(guī)律的同時，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。多媒體在物理演示實驗教學(xué)中的應(yīng)用，主要有以下幾種情況。

1.1 實驗儀器欠缺的演示實驗

有些演示實驗，因為學(xué)校沒有配備相應(yīng)的實驗儀器，老師無法進(jìn)行實驗。這種情況下，老師可以利用仿真實驗，輔助學(xué)生理解實驗儀器、實驗原理、實驗步驟及實驗現(xiàn)象等。例如α粒子散射實驗，如圖1所示。

1.2 實驗裝置需要放大的演示實驗

在“探究正弦交流電峰值與有效值的關(guān)系”實驗中需要用到示波器來測量正弦交流電的峰值。老師在講臺上介紹示波器的用法時，先將示波器擺放在講臺上，然后依次介紹各個旋鈕的作用及調(diào)節(jié)時相應(yīng)圖像的變化。示波器的旋鈕小，顯示屏顯示的圖像也很小，遠(yuǎn)一點的學(xué)生看不清楚。學(xué)生只能聽老師介紹的同時，一邊抬頭看老師的操作及顯示屏上的圖像，一邊低頭看自己桌面上的示波器。不停地抬頭、低頭，造成學(xué)生的疲勞感。

老師可借助攝像頭（在QQ聊天時普遍使用），將示波器的面板、屏幕及自己的操作同步輸入計算機(jī)，并在大屏幕上顯示出來。學(xué)生可以舒服地看到屏幕上大而清晰的即時圖像，還能和老師一起從示波器顯示的圖像中讀取交流電的峰值。借助多媒體，減輕了師生的負(fù)擔(dān)。

1.3 實驗現(xiàn)象難以觀察的演示實驗

在講動量守恒定律時，老師演示兩個小鐵球相碰的實驗。在老師的引導(dǎo)下學(xué)生細(xì)心觀察，始終無法看到小球的形變，更無法判斷兩個小球從形變開始到恢復(fù)形變的時間是否相同。

老師可用Flash軟件仿真球的碰撞過程。制作小球碰撞過程的動畫時，有意識地使球的形變量放大，同時延長碰撞的時間。老師操作仿真實驗，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下輕松地看到形變過程，觀察到兩小球形變的時間相同，為后面推導(dǎo)動量守恒定律打好基礎(chǔ)，突破了教學(xué)難點。仿真實驗的幾個截圖如圖2所示。

再如，電荷的定向移動形成電流的演示實驗，無論是離子還是負(fù)電子我們都無法用肉眼直接觀察到。此時，需借助Flash軟件模擬，將電子或離子放大，在電壓作用下，學(xué)生能清楚地看到導(dǎo)體中的電荷定向移動。老師在此基礎(chǔ)上再強調(diào)物理學(xué)的約定：電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，與負(fù)電荷定向移動的方向相反。在聽覺和視覺的共同刺激下，學(xué)生很好地記住了這個約定。

通過仿真實驗的方式，將快速發(fā)生的現(xiàn)象放慢，將微小的形變放大，將看不到的現(xiàn)象可視化。類似的實驗還有通電線圈中磁場的模擬等，目的都是讓學(xué)生看得清楚，化抽象為形象，更好地輔助學(xué)生理解相關(guān)的知識。

1.4 受時間等因素影響，在課堂上無法完成的演示實驗

老師讓學(xué)生用塑料尺摩擦自己的頭發(fā)，然后用尺子去吸小紙片，怎么吸都吸不起來。原本在秋季干燥環(huán)境下很容易做的摩擦起電的實驗，在夏天潮濕的空氣中卻無法完成。在夏天講這個內(nèi)容的時候，老師可以播放冬天時所拍的摩擦起電的錄像給學(xué)生看。學(xué)生在課堂上雖然沒有做實驗，但通過看錄像，回憶自己的生活體驗，也能很好地理解摩擦起電現(xiàn)象。

對一些需要很長時間或很大空間才能完成的實驗，可以用仿真實驗輔助學(xué)生理解。例如固體分子擴(kuò)散實驗，將煤塊放到墻角里，煤微粒要很長時間才擴(kuò)散到墻里。利用仿真實驗，幾秒鐘內(nèi)就能完成這個過程，輔助學(xué)生明白固體分子也會擴(kuò)散。

1.5 實驗操作錯誤造成儀器損壞的演示實驗

一些實驗，老師強調(diào)某些操作要嚴(yán)格按照規(guī)定做，否則會損壞實驗儀器。例如，使用直流電壓表、電流表時，要嚴(yán)格按照電流從紅表筆進(jìn)、黑表筆出的原則連線。如果接錯接線柱，指針將反向運動，可能會使指針損壞。大部分老師是直接告訴學(xué)生接錯會產(chǎn)生什么后果，讓學(xué)生記住，避免這種情況發(fā)生；個別老師會解釋為什么會產(chǎn)生這樣的后果；極少數(shù)老師會演示實驗，用試觸法讓學(xué)生觀察到指針反向偏轉(zhuǎn)的情況，最后讓學(xué)生想象指針會怎么樣。筆者的做法是：先讓學(xué)生想象接線柱接反了，指針會往哪個方向偏轉(zhuǎn)？然后用試觸法演示給學(xué)生看，驗證學(xué)生的猜想；接著讓學(xué)生猜想指針一直向反方向偏轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生什么不良的后果。為了讓學(xué)生印象深刻，但又不能損壞電表，筆者用Flash軟件制作了仿真實驗并操作給學(xué)生看。學(xué)生看到電路中直流電流表接線柱接錯，電路接通后，電流表的指針反向偏轉(zhuǎn)最后發(fā)生了彎曲。實驗結(jié)果深深印在學(xué)生腦海里，在以后使用直流電壓表、電流表時，都會有意識地檢查正負(fù)接線柱是否接錯。

借助攝像頭、電腦、投影儀等將實驗裝置或儀器顯示的內(nèi)容轉(zhuǎn)投到大屏幕上，使學(xué)生能清晰地觀察到，這種方式常常在介紹實驗器材及儀器讀數(shù)時采用；播放實驗錄像代替真實實驗，這種方式常常在因場地或儀器的缺乏，無法在教室完成實驗的情況下采用；仿真實驗，主要是在需要將微觀的變成宏觀的，或是需要調(diào)節(jié)實驗時間的長短，又或是將不可視的變可視的情況下采用。

有些老師認(rèn)為在課堂上做實驗費時費力，不如直接將現(xiàn)成的實驗錄像或仿真實驗播放給學(xué)生看。這樣做雖然省時間，增大了課堂知識容量，但是學(xué)生會質(zhì)疑實驗的真假。確實，用仿真實驗，其結(jié)果往往理想化，與實際操作得到的結(jié)果存在一定的差異，例如驗證力的平行四邊形定則實驗。另外，仿真實驗不會出現(xiàn)意想不到的情況，而真實實驗會出現(xiàn)意外。對這些“意外”以及誤差的分析往往能提高學(xué)生的分析和解決問題的能力。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，其結(jié)果必須由真實實驗來檢驗，因為通過實物演示實驗，才能更有效地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和提高學(xué)生的實驗技能。因此，能親自演示且現(xiàn)象明顯的實驗就不該用實驗錄像或仿真實驗代替。

2 多媒體在分組實驗教學(xué)中的應(yīng)用

多媒體在分組實驗教學(xué)中的應(yīng)用，筆者主要從實驗前、實驗過程和實驗后這3個階段進(jìn)行。下面以“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗為例。談?wù)劰P者在分組實驗教學(xué)中是如何應(yīng)用多媒體的。

2.1 實驗前應(yīng)用多媒體

實驗前利用多媒體課件展示幾個思考題讓學(xué)生思考，如圖3所示。

在老師引導(dǎo)下學(xué)生以小組討論、組與組交流的方式，逐個解決課件展示的思考題。在這個過程中，老師及時將各學(xué)習(xí)小組成員討論的成果用實物投影儀展示出來，引導(dǎo)學(xué)生討論，得出最好的答案。例如，老師將各小組得出的原理圖用實物投影儀投影出來，引導(dǎo)學(xué)生比較，討論出最合理的方案。然后，老師用多媒體課件提供圖4所示的原理圖及實物圖，找一位學(xué)生操作鼠標(biāo)，在課件上進(jìn)行實物連線。整個連線過程在大屏幕上同步顯示出來，老師組織大家一起觀看這位同學(xué)的連線的順序及討論連線結(jié)果。在老師引導(dǎo)下統(tǒng)一討論意見，然后由老師用另一種彩色筆重新連接。如圖5所示。

用多媒體課件來展示思考題、實驗儀器和實驗步驟等，節(jié)省了老師在黑板板書的時間；用多媒體創(chuàng)造一個實驗的“現(xiàn)場”，學(xué)生在“現(xiàn)場”中操作鼠標(biāo)連實物圖，供其他學(xué)生觀察并總結(jié)出連線步驟，規(guī)范了實驗操作。

2.2 實驗過程應(yīng)用多媒體

學(xué)生記錄好多組實驗數(shù)據(jù)（U、I）后，立刻到講臺的電腦上將實驗數(shù)據(jù)輸入事先設(shè)計好的Excel表格中。數(shù)據(jù)輸入的過程中，表格自動生成U-I圖像，如圖6所示，如果顯示的圖線不是光滑的曲線，可以即時看到哪組數(shù)據(jù)異常，利用原電路重做該組數(shù)據(jù)的實驗，并結(jié)合原有的電路討論分析數(shù)據(jù)異常的原因。

利用一些數(shù)據(jù)處理軟件（如Excel），能迅速反饋學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的情況，幫助學(xué)生快速得出結(jié)論，提高了課堂效率。

2.3 實驗后應(yīng)用多媒體

老師播放學(xué)生做實驗時老師拍到的一些錄像，對錄像中出現(xiàn)的實驗操作進(jìn)行點評，表揚操作規(guī)范的學(xué)生，及時糾正存在的一些錯誤的操作方法；也可以用PowerPoint課件展示一些練習(xí)題，檢測學(xué)生對實驗的理解；還可以向?qū)W生提供具有交互功能的仿真實驗，讓學(xué)生下課后可以反復(fù)訓(xùn)練整個實驗操作過程，讓那些在課堂沒完成實驗的學(xué)生，能通過反復(fù)操作仿真實驗得到補救。交互性課件界面的截圖如圖7所示。

多媒體在物理實驗教學(xué)中，彌補了演示實驗教學(xué)中的不足，豐富了分組實驗教學(xué)的教法。但作為一種輔助教學(xué)工具，只有在真實實驗無法完成或無法達(dá)到實驗?zāi)康臅r，才借助多媒體輔助教學(xué)，它只是對傳統(tǒng)實驗的有效補充。因此，課堂演示實驗和學(xué)生分組實驗絕不能不（下轉(zhuǎn)第58頁）（上接第56頁）加考慮就以錄像或仿真實驗代替，我們應(yīng)根據(jù)實驗內(nèi)容“適時”“適度”地用好多媒體，才能使實驗教學(xué)變得形象、直觀，而且從視覺、聽覺多方面地刺激學(xué)生，使學(xué)生能夠在輕松的環(huán)境中獲取知識，產(chǎn)生滿意的教學(xué)效果。

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