借多媒體之“慧眼”，妙現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)之理

桑建棟

摘 要：物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣邔W(xué)生實(shí)踐能力，也是探索物理規(guī)律的重要途徑，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。但傳統(tǒng)的課堂實(shí)驗(yàn)受客觀條件的限制，有些實(shí)驗(yàn)效果不夠理想，所以在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，借用集各種信息傳輸手段為一體的多媒體信息技術(shù)手段，從多方面使教學(xué)更加便捷、形象和直觀。由此也拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的視野、激發(fā)了學(xué)生的興趣，便于學(xué)生接受、理解和掌握。從而優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，提高了物理實(shí)驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：多媒體;實(shí)驗(yàn)教學(xué);演示實(shí)驗(yàn);模擬實(shí)驗(yàn);形象化

物理學(xué)是一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理課堂教學(xué)的重點(diǎn)和關(guān)鍵，直接影響課堂教學(xué)質(zhì)量。它對(duì)學(xué)生分析、研究物理概念和規(guī)律，學(xué)習(xí)探索未知世界的方法，起著積極的作用。但有時(shí)演示實(shí)驗(yàn)因?qū)嶒?yàn)環(huán)境、器材本身的局限性，無(wú)法直接讓全班學(xué)生都觀察清楚實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，甚至有些實(shí)驗(yàn)無(wú)法在課堂中完成，致使實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、直觀性、探索性和操作性等特點(diǎn)在教學(xué)中都未能真正體現(xiàn)，從而使現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中具有一定的局限性。如果能適時(shí)、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用電教媒體對(duì)演示實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)、完善或模擬，正好可以克服這些實(shí)驗(yàn)條件的限制，既達(dá)到通過(guò)實(shí)驗(yàn)突破重難點(diǎn)的目的，又優(yōu)化了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，從而達(dá)到預(yù)期的效果。那么如何才能讓多媒體信息技術(shù)優(yōu)化物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)呢？本人就結(jié)合平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)談?wù)剛€(gè)人淺要的看法。

一、借多媒體“呈現(xiàn)奇景”之慧眼，激發(fā)學(xué)生參與興趣

正可謂“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者”，所以興趣是學(xué)生最好的老師，是能激發(fā)學(xué)生好奇心和求知欲，從而促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。因此，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相吻合的教學(xué)情境，可以充分地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，使他們的學(xué)習(xí)變得輕松愉快，進(jìn)而收到很好的教學(xué)效果。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須在枯燥無(wú)味的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中靈活運(yùn)用多媒體信息技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。比如：在探究實(shí)驗(yàn)《力的合成與分解》前，用視頻展示帆船或沖浪的人迎風(fēng)前進(jìn)的情景讓學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)：在沒(méi)有其他驅(qū)動(dòng)力下，為什么物體可以逆風(fēng)而上呢？應(yīng)該是順風(fēng)而下才是呀？又如：在探究《碰撞中的動(dòng)量守恒》時(shí)展示丁俊輝在斯諾克世錦賽中高超的臺(tái)球技術(shù)，讓學(xué)生對(duì)觀看中發(fā)現(xiàn)球與球之間的碰撞類型和碰后所發(fā)生的驚險(xiǎn)、奇特現(xiàn)象產(chǎn)生設(shè)疑，如：為什么他可以做到一個(gè)球與另個(gè)球相碰使被撞的球運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏移且恰到好處，有時(shí)又能做到去碰撞的球可以在到球袋邊緣時(shí)的同時(shí)碰后又達(dá)到瞬間靜止等等。這些現(xiàn)象中到底包含那些規(guī)律呢？有沒(méi)有什么技巧呢？這樣可以通過(guò)神奇而又非常貼近生活的物理現(xiàn)象提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生帶著強(qiáng)烈的求知欲去展開(kāi)探究活動(dòng)，從而有助于高質(zhì)量的達(dá)到實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。

二、借多媒體“現(xiàn)場(chǎng)直播”之慧眼，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)演示效果

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)碰到有些儀器可見(jiàn)度小，導(dǎo)致演示實(shí)驗(yàn)效果差。如：在探究力的合成與分解;游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器測(cè)長(zhǎng)度;測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻等實(shí)驗(yàn)中碰到彈簧秤、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、安培表、伏特表等的原理、使用方法和讀數(shù)時(shí)，就算能保證每位學(xué)生手中都有這些儀器，但由于這些儀器刻度比較小，有的甚至很小，如：螺旋測(cè)微器中的刻度線和數(shù)字。這樣導(dǎo)致教師不論是講解還是示范都會(huì)力不從心，最多也是讓一兩個(gè)學(xué)生在講臺(tái)處讀出，至于操作的過(guò)程和讀數(shù)的正確與否，下面的學(xué)生是很難看出，同時(shí)也很難有互動(dòng)過(guò)程，最終實(shí)驗(yàn)的效果可想而知就不是很好。又如：有些實(shí)驗(yàn)只能在講臺(tái)等平面上做，可見(jiàn)度差，從而受到極大的限制，不利于學(xué)生觀察掌握。如：演示水波的干涉和衍射現(xiàn)象中，一般為了達(dá)到好的效果往往利用水槽中產(chǎn)生的兩列相干波進(jìn)行演示，如果學(xué)生不走近講臺(tái)根本無(wú)法看清這一現(xiàn)象，當(dāng)然更無(wú)法實(shí)施教師結(jié)合此現(xiàn)象所展開(kāi)的一系列教學(xué)活動(dòng)。若將這些實(shí)驗(yàn)利用投影儀把演示、測(cè)量、讀數(shù)、分析等現(xiàn)象投到屏幕上，就能使全班同學(xué)都看清這一“直播”過(guò)程。當(dāng)然，在此也可以利用實(shí)驗(yàn)的視頻投到屏幕上來(lái)演示，雖然沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)演示效果好，但也總比雖有現(xiàn)場(chǎng)演示，卻無(wú)法讓學(xué)生難以觀察和分析的好。因此利用實(shí)物投影儀或幻燈機(jī)等電教媒體的放大和現(xiàn)場(chǎng)“直播”作用，能讓全體學(xué)生都能夠詳細(xì)、全面觀察到教師的具體操作和分析過(guò)程，不至于“霧里看花，不知所云”，從而極大地彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)的不足，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)演示效果。

三、借多媒體“模擬現(xiàn)實(shí)”之慧眼，虛擬盡顯萬(wàn)物規(guī)律

物理學(xué)中所研究的物體和現(xiàn)象的范圍非常之廣，所以在課堂實(shí)驗(yàn)上無(wú)法演示一些宏觀的、微觀的、極快的、極慢的、隱蔽的、局限性的等各方面影響而難以實(shí)現(xiàn)或?qū)嵨镅菔拘Ч焕硐氲奈锢韺?shí)驗(yàn)，而通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)可以有效的突破時(shí)空的束縛，進(jìn)行靈活地放大或縮小物理場(chǎng)景，同時(shí)又達(dá)到生動(dòng)逼真的演示實(shí)驗(yàn)效果，使學(xué)生通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)物理現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識(shí)得到加強(qiáng)、理解也更為透徹。

在宏觀領(lǐng)域如：萬(wàn)有引力讓天體做近似圓周運(yùn)動(dòng)的天文現(xiàn)象;天體間的紅移現(xiàn)象;月相的變化;人造衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)行;宇宙的產(chǎn)生和演化等等。如：在講萬(wàn)有引力定律時(shí)講到變軌問(wèn)題，可以用多媒體動(dòng)畫(huà)結(jié)合實(shí)際航天活動(dòng)，展示嫦娥一號(hào)運(yùn)行和多次變軌的FLASH視頻，既結(jié)合了人文和科技，又在美感中便捷的通過(guò)觀察和分析去理解和掌握相關(guān)的天體運(yùn)行知識(shí)。讓學(xué)生通過(guò)天體間的相互作用和相互聯(lián)系把萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)等相關(guān)規(guī)律深刻而牢固的掌握。

在微觀領(lǐng)域，也可以用模擬實(shí)驗(yàn)顯示帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng);α粒子散射現(xiàn)象;核裂變和聚變的反應(yīng)過(guò)程;電子能級(jí)的躍遷;正負(fù)電子的碰撞;粒子的波動(dòng)性等實(shí)驗(yàn)，這樣通過(guò)課件動(dòng)畫(huà)模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將一些微觀中平時(shí)難以做到和觀察到的物理實(shí)驗(yàn)，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)展示出來(lái)，拓展了學(xué)生更大的視野，讓學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的了解和規(guī)律的掌握有了更好的效果。

在日常生活中的模擬演示實(shí)驗(yàn)會(huì)更多，如：模擬自行車(chē)在運(yùn)動(dòng)中前后輪的摩擦力;生活中的共振現(xiàn)象;彈簧振子模型;單擺模型等等。如：在學(xué)習(xí)傳感器這一下中要分析電飯煲加熱和保溫功能的過(guò)程和原理以及電熨斗加熱和調(diào)溫功能的過(guò)程和原理，可以利用多媒體動(dòng)態(tài)展示其內(nèi)在的奧秘，而不一定要提供實(shí)物并拆開(kāi)加以探究和講解。在探究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)雖然可以用牛頓管來(lái)演示物體下落快慢影響的因素，但下落過(guò)程太快，以至在探究相同時(shí)間里物體下落的距離的規(guī)律是怎樣變化就很難用課堂實(shí)驗(yàn)演示，而利用模擬實(shí)驗(yàn)就可以很好的把物體在間隔相同時(shí)間內(nèi)下落時(shí)所在的位置模擬拍照過(guò)程把它拍下來(lái)，讓學(xué)生很“悠然”的觀察其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的規(guī)律。

四、借多媒體“化繁為簡(jiǎn)”之慧眼，使抽象內(nèi)容形象化

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有很多難理解、很抽象的概念和規(guī)律，如力的合成中合力大小方向的變化規(guī)律;重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)概念;磁化現(xiàn)象;靜電感應(yīng)現(xiàn)象;布朗運(yùn)動(dòng);多譜勒現(xiàn)象;干涉、衍射現(xiàn)象;波動(dòng)圖象;振動(dòng)圖象;康普頓效應(yīng);光電效應(yīng)等等，若只是教師一味的語(yǔ)言講解和分析是很難講清楚的，因?yàn)檫@些概念、規(guī)律既抽象，又難以描述，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)又很難實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生也難以形成形象化、具體化的模型來(lái)理解和掌握，可想而知最終影響教學(xué)效果。若能模擬相應(yīng)的內(nèi)容，利用物理課件輔助教學(xué)，則很大程度上可以幫助學(xué)生直觀而形象地理解概念和規(guī)律，從而有效的達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。如電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)、自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)等雖然可以通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生觀察到現(xiàn)象，但其實(shí)只是看到了最終的現(xiàn)象，至于為什么會(huì)產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象就很難得知，內(nèi)在的規(guī)律就更難掌握了。此時(shí)可用計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件模擬演示實(shí)驗(yàn)，利用磁感應(yīng)線的動(dòng)態(tài)變化把無(wú)形的磁場(chǎng)變化體現(xiàn)，同時(shí)結(jié)合楞次定律把產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向表現(xiàn)出來(lái)等，這樣讓各物理量的變化情況利用圖片或動(dòng)畫(huà)的形式顯現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)生目睹其微觀過(guò)程，獲得第一手的感性材料，進(jìn)而又加深對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、把抽象的內(nèi)在變化規(guī)律變?yōu)樾蜗蟮淖兓^(guò)程。又如波動(dòng)圖象中波峰、波谷，振幅、波長(zhǎng)等概念及波速方向?qū)Σㄐ蔚挠绊懙鹊冗@一系列的概念和規(guī)律很難讓學(xué)生理解，更難理解每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的變化對(duì)波形的影響，雖然可以用綢帶波動(dòng)或扇子舞的波動(dòng)變化來(lái)說(shuō)明和闡述，但一般也只是停留在一般的感性現(xiàn)象上，對(duì)于波動(dòng)變化中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的變化規(guī)律和對(duì)波形的影響很難具體化。而利用動(dòng)畫(huà)模擬演示實(shí)驗(yàn)可以很好的觀察到各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的狀態(tài)及在不同時(shí)刻的狀態(tài)對(duì)波的影響，使學(xué)生把難以觀察內(nèi)在規(guī)律變化的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡途唧w化的變化規(guī)律現(xiàn)象。

總之，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，特別是在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于各方面的因素而導(dǎo)致演示效果不理想或難以實(shí)現(xiàn)演示都可以充分運(yùn)用現(xiàn)代多媒體信息技術(shù)這一工具。借助她獨(dú)特的“視角”，用它的“慧眼”來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先天不足。當(dāng)然，除了以上所談的作用外，其實(shí)還有很多的作用效果未在此一一闡明，相信隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷優(yōu)化會(huì)有更多方面用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)上。因此，通過(guò)多媒體輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生借助多媒體的“慧眼”，在生動(dòng)、形象又輕松、愉悅的多彩世界中拓寬學(xué)生的眼界和思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)求知欲和探索精神，增加互動(dòng)性和實(shí)效性，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，高效的達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。不過(guò)應(yīng)該清楚一點(diǎn)，雖然借助多媒體對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很多的裨益，但畢竟是輔助教學(xué)，而不能本末倒置用電教媒體完全代替演示實(shí)驗(yàn)，否則一些動(dòng)手技能和技巧及相關(guān)能力得不到切實(shí)的培養(yǎng)。其實(shí)從某一方面說(shuō)來(lái)，不論是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒(méi)有那個(gè)絕對(duì)好那個(gè)是絕對(duì)壞的，正可謂“法無(wú)優(yōu)劣，契機(jī)者妙”，如果兩者有機(jī)結(jié)合，相輔相成，相信對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果會(huì)更上一層樓，也能更高效的達(dá)到素質(zhì)教育的目標(biāo)——提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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