信息化手段用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與思考①

沈麒

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?信息化手段是指利用信息技術(shù)手段完成教學(xué)，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中合理地采用信息化手段，是對(duì)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的很好補(bǔ)充。信息化手段包括實(shí)驗(yàn)視頻、動(dòng)畫、圖片等多媒體手段以及各種仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等，這些手段豐富多樣，怎樣合理使用這些手段來補(bǔ)足傳統(tǒng)教學(xué)的短板，提高物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效果，是目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)值得探討的問題。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?信息化手段;物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)效果

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）17-0140-02

2011年，教育部制訂的物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提到：鼓勵(lì)在物理教學(xué)中合理運(yùn)用信息技術(shù)。信息化教學(xué)是指利用信息技術(shù)手段完成教學(xué)，是教育者與學(xué)習(xí)者借助現(xiàn)代教育媒體、教育信息資源和教育技術(shù)方法進(jìn)行的雙邊活動(dòng)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入信息化技術(shù)應(yīng)該按照這樣的思路進(jìn)行備課：（1）在沒有信息化手段的教學(xué)中這節(jié)課整體是怎么下來的。（2）在這個(gè)過程中，哪些是重點(diǎn)，哪些是難點(diǎn)，哪里是學(xué)生不好理解的地方。（3）造成這些不容易解決的教學(xué)問題的原因。（4）能否用信息化的教學(xué)手段來解決這些問題。信息化教學(xué)不能流于形式，更不能圖個(gè)新鮮，只有這樣的設(shè)計(jì)思路才能讓信息化手段在教學(xué)中充分發(fā)揮作用。物理是實(shí)驗(yàn)學(xué)科，必須開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，合理運(yùn)用信息化手段是對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的很好補(bǔ)充。

一、重視物理實(shí)驗(yàn)視頻、動(dòng)畫等信息化手段的作用

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的生命，不能用信息化手段替代物理實(shí)驗(yàn)，但是信息化手段可以輔助物理實(shí)驗(yàn)的開展，也能彌補(bǔ)物理實(shí)驗(yàn)的不足。

（一）用于展示一些高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)或者目前實(shí)驗(yàn)室條件無法完成的實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)種類很多，有些實(shí)驗(yàn)條件十分苛刻，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室是無法完成的，還有些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性較大，不適宜在學(xué)校開展。這類實(shí)驗(yàn)建議用實(shí)驗(yàn)視頻的形式在教學(xué)中展示，如電氣火災(zāi)成因?qū)嶒?yàn)、超導(dǎo)磁懸浮小車。另外，如宏觀的宇宙天體，微觀的基本粒子運(yùn)動(dòng)及相互作用等，這些物理實(shí)驗(yàn)都是不能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得以實(shí)現(xiàn)的，但可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)這些難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多媒體動(dòng)畫模擬，例如，地球人造衛(wèi)星運(yùn)行的場景模擬（如圖1），核裂變的動(dòng)畫模擬（如圖2）。這些信息化手段的使用可使學(xué)生對(duì)這些物理事實(shí)有初步的了解，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的好奇心和探索物理奧秘的積極性。

（二）展示細(xì)節(jié)，輔助物理實(shí)驗(yàn)開展

有些實(shí)驗(yàn)器材尺寸較小，教師講解這些器材使用方法時(shí)，坐在后排的學(xué)生很難看清，這個(gè)問題其實(shí)很普遍。所以通過一些信息化手段（如實(shí)物投影）把細(xì)節(jié)放大，投到大屏幕上，能很好地解決這個(gè)問題。用事先在備課階段準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)視頻或者圖片、動(dòng)畫等手段來解決這個(gè)問題也是一個(gè)很好的方法。實(shí)驗(yàn)視頻集里也收集了這樣一類實(shí)驗(yàn)，如游標(biāo)卡尺的使用、螺旋測微儀的使用、萬用表的使用等。

（三）展示一些別人做的精彩實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)必須動(dòng)手操作才能達(dá)到應(yīng)有的效果，選取一些其他學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)視頻拿來比較參考，能極大地提升學(xué)生思考、探究的積極性，提升課堂教學(xué)的效果。實(shí)驗(yàn)一定要挑選精彩的，有代表性的，表現(xiàn)力比較強(qiáng)的。在實(shí)驗(yàn)視頻集②里也收集了一些這類實(shí)驗(yàn)，如機(jī)械能守恒定律（外國）、平拋運(yùn)動(dòng)與水平勻速運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性、動(dòng)量守恒。

（四）輔助物理實(shí)驗(yàn)更好地開展

有些實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜，學(xué)生直接開展這類實(shí)驗(yàn)有難度，這時(shí)候可以在實(shí)驗(yàn)前用實(shí)驗(yàn)視頻做個(gè)示范，讓學(xué)生依樣畫葫蘆來模仿操作。如惠斯通電橋測量電阻、萬用表的使用等。這些實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生先模仿后完成，更能促進(jìn)學(xué)生的思考和理解。在《練習(xí)使用示波器》的實(shí)驗(yàn)中，我們采用了“示波器工作原理”的動(dòng)畫，通過對(duì)橫向偏轉(zhuǎn)電極和縱向偏轉(zhuǎn)電極分別加上不同的電壓，觀察熒光屏上亮斑的運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生對(duì)示波器工作原理進(jìn)一步理解。由于動(dòng)畫生動(dòng)形象，教學(xué)難點(diǎn)迎刃而解。

（五）展示一些最新科技成果和一些相關(guān)科技宣傳片

經(jīng)過長期的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累，人類的發(fā)展進(jìn)入了快車道。近兩百年來，人類創(chuàng)造的科技成果超過了以往創(chuàng)造的科技成果的總和。我國通過40年的改革開放，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷突破，人民生活不斷改善。中華民族正處于歷史發(fā)展的最好時(shí)期，我們應(yīng)該激勵(lì)青年學(xué)生為中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的力量。通過一些視頻展示國家科技發(fā)展的一些標(biāo)志性的成果，讓學(xué)生了解國家發(fā)展歷程的艱辛。了解國家現(xiàn)代科技發(fā)展的情況。如北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、中國高鐵復(fù)興號(hào)。另外，也有必要讓學(xué)生了解，如從原子到宇宙，從宇宙到原子、太空課堂等內(nèi)容。

特別值得提出的是，信息化成果還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，可以借助網(wǎng)絡(luò)來推廣，目前課題組已將我們的主要成果之一《實(shí)驗(yàn)視頻集》（地址：https：//pan.baidu.com/s/1xjAAEIEvs8ruAIpFtI6FhQ）掛到網(wǎng)上，需要的客戶可以下載使用。

二、使用信息化手段的幾個(gè)注意點(diǎn)

信息化手段多種多樣，現(xiàn)在用于物理實(shí)驗(yàn)的信息化手段主要有視頻、圖片、動(dòng)畫、多媒體課件、仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。比如，物理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，目前仿真物理實(shí)驗(yàn)室做得好的并不多，綜合評(píng)價(jià)來看，由nobook虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的NB物理實(shí)驗(yàn)最好用，不僅有經(jīng)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)還可以diy實(shí)驗(yàn)，且貼近教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為教師教學(xué)實(shí)驗(yàn)的輔助工具在近幾年越來越受教師和學(xué)生的歡迎。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室能夠模擬真實(shí)的操作體驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)效果好、效率高，不局限于時(shí)間和物理空間的限制。諸如此類的一些信息化手段都可以輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是在使用過程中，必須注意幾個(gè)問題。

（一）信息化手段要使用得當(dāng)，形式要為內(nèi)容服務(wù)

信息化手段要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境和學(xué)情的不同，實(shí)事求是、恰如其分地選擇，遵循教育資源開銷最小化原則。采用信息化手段的目的是提高教學(xué)效果，讓學(xué)生能夠過對(duì)學(xué)科更感興趣，能夠更好地獲取知識(shí)，而不是成為一個(gè)展示技術(shù)的舞臺(tái)，能夠用最少的教育資源達(dá)到最好的教學(xué)效果始終是我們追求的目標(biāo)。

（二）不能用信息化手段代替實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)是為了讓學(xué)生通過觀察、研究來獲得知識(shí)，它真實(shí)地再現(xiàn)變化過程，所以有極強(qiáng)的說服力和感染力，而且在實(shí)驗(yàn)過程中還可以培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范的動(dòng)手操作能力和觀察能力，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。采用信息技術(shù)手段模擬實(shí)驗(yàn)的過程或播放視頻等形式來進(jìn)行演示，無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的目的，因?yàn)樵俦普娴哪M都無法和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程相媲美，而且這樣做也失去了實(shí)驗(yàn)的“過程”意義。因此，我們認(rèn)為，可以用實(shí)驗(yàn)展示的現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)，不適宜選用信息技術(shù)手段來替代。一些在課堂上無法完成的演示實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象以及在現(xiàn)有的條件下無法完成的一些實(shí)驗(yàn)，通過信息技術(shù)手段來模擬和展現(xiàn)并幫助學(xué)生解決問題是無可非議的，而且也能收到良好的效果。但一定要注意，模擬和真實(shí)畢竟是有區(qū)別的，前者不能代替后者。

（三）注意科學(xué)性原則

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)制作的一些互動(dòng)課件、動(dòng)畫和仿真實(shí)驗(yàn)必須注意科學(xué)性問題。物理實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果是在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下自然發(fā)生的過程和結(jié)果，只應(yīng)該是這樣的，而不會(huì)是其他的情況。所以通過計(jì)算機(jī)軟件模擬出來的過程和結(jié)果在視覺效果上必須和真實(shí)的過程和結(jié)果接近（做到完全相同是困難的，也是沒有必要的）。比如，做單擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)時(shí)，小球擺到越高位置速度越慢，加速度數(shù)值越大，擺到越低位置，速度越快，加速度數(shù)值越小，用計(jì)算機(jī)軟件來模仿單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)要注意這里面的物理規(guī)律，不能模擬出來的運(yùn)動(dòng)和真實(shí)的運(yùn)動(dòng)有明顯區(qū)別。再比如，電磁感應(yīng)現(xiàn)象，線圈中通過的磁通量變化時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小和磁通量變化快慢有關(guān)，感應(yīng)電流的方向和磁通量的變化和線圈繞向有關(guān)，用仿真軟件模仿時(shí)制作者必須清楚相關(guān)物理規(guī)律。這種物理實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫或者仿真實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤的情況不在少數(shù)。甘肅某學(xué)校報(bào)送的獲得2011年全國中等職業(yè)教育優(yōu)秀多媒體課件二等獎(jiǎng)的作品《電磁感應(yīng)》（如圖3），課件集成了四個(gè)實(shí)驗(yàn)，制作得界面很漂亮，而且有較強(qiáng)的互動(dòng)功能。使用時(shí)可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊開關(guān)，開關(guān)就會(huì)閉合，再次點(diǎn)擊開關(guān)，開關(guān)就會(huì)斷開，以此來模擬小線圈中磁通量增大和減小時(shí)在大線圈中產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。兩種情況下產(chǎn)生的電流方向應(yīng)該是相反的，那么開關(guān)閉合和開關(guān)斷開時(shí)演示電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)方向應(yīng)該相反，但是課件里面，開關(guān)閉合和開關(guān)斷開時(shí)，指針都往右邊偏，這是明顯的科學(xué)性錯(cuò)誤。另外，仔細(xì)觀察的話會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)課件中的電表只連了一根導(dǎo)線，但居然也能偏轉(zhuǎn)。

信息化手段突破了物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)間限制和空間限制，將一些無法在本校實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)搬到屏幕上。信息化手段也擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)可視性和可重復(fù)性。使用一些生動(dòng)形象的動(dòng)畫、課件可以展示一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，重點(diǎn)難點(diǎn)可以反復(fù)展示，提高了課堂教學(xué)效果。

在使用信息化手段時(shí)不能盲目，要始終圍繞提高教學(xué)效果這個(gè)中心，形式要為內(nèi)容服務(wù)。信息化手段不能夠完全代替物理實(shí)驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)真實(shí)的變化過程具有極強(qiáng)的說服力和感染力，這是信息化手段無法比擬的，信息化手段只能作為一個(gè)輔助手段。信息化手段用于物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意科學(xué)性問題。

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，現(xiàn)代信息技術(shù)也豐富了教師的教學(xué)模式和信息資源，提高了教師的專業(yè)素養(yǎng)，進(jìn)一步提高了教師課堂教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的效率。

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