信息技術(shù)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

詹玲

【摘? 要】物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)要達(dá)到教師想要的效果，就需要教師借助信息技術(shù)的各種手段實(shí)施課堂教學(xué)，讓物理知識(shí)由靜態(tài)過程轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)過程，這樣使課堂變得生動(dòng)形象，讓抽象的物理概念定理定律轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗笾庇^易于理解的物理過程，讓枯燥的物理知識(shí)學(xué)習(xí)變成既有活力又富有色彩的物理課堂。因而與信息技術(shù)結(jié)合的物理課堂能夠讓學(xué)生在視覺、聽覺、觸覺等感官直接或間接了解物理的神奇，引起學(xué)生對(duì)物理的興趣與喜愛，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，為將來的物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；中學(xué)物理；深度融合

隨著科技的不斷發(fā)展，促使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)出多樣化，幫助學(xué)生從物理現(xiàn)象到本質(zhì)，由抽象物理表述到有趣的物理現(xiàn)象的直觀展示，讓學(xué)生不再單方面被動(dòng)地掌握知識(shí)。通過與現(xiàn)代化信息技術(shù)的結(jié)合，學(xué)生對(duì)物理充滿熱愛，能主動(dòng)探索大自然的規(guī)律，掌握物質(zhì)運(yùn)行的本質(zhì)問題。筆者將從以下幾點(diǎn)講述信息技術(shù)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

一、信息技術(shù)在隨堂實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

（1）有物理現(xiàn)象，但缺乏物理過程。教師在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的演示過程中，學(xué)生只能通過眼睛看或鼻子聞等感官感受物理實(shí)驗(yàn)帶來的體會(huì)，從而得到相關(guān)的物理規(guī)律。在此過程中學(xué)生缺乏對(duì)物理過程的直觀認(rèn)識(shí)，不能很好地真正深入物理現(xiàn)象的本質(zhì)演變過程，讓學(xué)生在認(rèn)知上沒有直接刺激，從而缺少對(duì)物質(zhì)發(fā)展的情境體驗(yàn)過程。如人教版九年級(jí)第十三章第一節(jié)“分子熱運(yùn)動(dòng)”的演示實(shí)驗(yàn)，為了讓學(xué)生體會(huì)分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在教室某處噴灑花露水，讓不同位置的學(xué)生通過嗅覺感受，從而得到分子熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)效果，取兩個(gè)裝有不同氣體的瓶子，一瓶裝空氣（無色透明），另一瓶裝二氧化氮?dú)怏w（棕色，便于觀察），空氣的瓶子在上，二氧化氮的瓶子在下，取出中間隔片，觀察兩瓶氣體顏色變化情況，最終由學(xué)生說明理由并總結(jié)規(guī)律。前者實(shí)驗(yàn)可以通過計(jì)算機(jī)模擬出花露水?dāng)U散時(shí)分子的運(yùn)動(dòng)過程；后一個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以通過計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)的演示兩種氣體的融合過程，學(xué)生直觀感受物理過程，直擊物理現(xiàn)象本質(zhì)，而不會(huì)只是停留在物理現(xiàn)象的表層，從而讓學(xué)生深入物質(zhì)的本質(zhì)了解物理規(guī)律。

（2）物理規(guī)律清楚，但運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜，不易感知想象，需借助信息技術(shù)簡(jiǎn)單化。有些物理現(xiàn)象描述簡(jiǎn)單，如果沒有一定的生活閱歷，實(shí)際的運(yùn)動(dòng)是很難想

象的。

例如，高一必修二的第六章第一節(jié)“行星的運(yùn)動(dòng)”中行星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。以地球而言，地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)，不僅自身在自轉(zhuǎn)，同時(shí)月球還繞地球旋轉(zhuǎn)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程不僅復(fù)雜而且抽象，學(xué)生如果沒有相對(duì)應(yīng)的感受過這類運(yùn)動(dòng)是很難想象的，更談不上理解和應(yīng)用了。教師可以借助信息技術(shù)（如3D投影或VR眼鏡展示觀看）動(dòng)態(tài)地演示天體運(yùn)動(dòng)的過程，讓學(xué)生能直觀觀察，并從中探索和掌握相關(guān)的物理知識(shí)與規(guī)律，從而讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)更直觀形象，減小實(shí)驗(yàn)教學(xué)難度。

二、DIS在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生而言有個(gè)很難突破的點(diǎn)，就是數(shù)據(jù)獲取與處理上。人是有情緒的，會(huì)受外界干擾，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取時(shí)會(huì)出現(xiàn)人為誤差，更甚者出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有一定的要求，會(huì)使部分?jǐn)?shù)學(xué)基礎(chǔ)差的學(xué)生數(shù)據(jù)處理困難。這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)各種問題，讓學(xué)生失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情，從而消減學(xué)生的探索欲望。新課標(biāo)理念強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)過程，讓學(xué)生享受實(shí)驗(yàn)探究帶來的樂趣，并激發(fā)學(xué)生的求知欲。引入DIS信息技術(shù)能夠讓學(xué)生有更多的時(shí)間花在探究實(shí)驗(yàn)過程，追求實(shí)驗(yàn)物理現(xiàn)象的本質(zhì)內(nèi)容，更好地掌握物理規(guī)律。DIS信息技術(shù)是一款能夠自主、精準(zhǔn)地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的軟件，將獲取的數(shù)據(jù)及時(shí)傳導(dǎo)到計(jì)算機(jī)的相應(yīng)軟件上，再根據(jù)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而大大減輕了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。例如，“探究彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，可利用DIS技術(shù)實(shí)時(shí)采集彈簧彈力大小變化的相關(guān)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的彈簧伸長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，再用相關(guān)的軟件處理數(shù)據(jù)。這樣學(xué)生就可以有更多的時(shí)間觀察彈簧彈力變化及彈簧長(zhǎng)度變化的實(shí)驗(yàn)過程，從而尋找兩者間的關(guān)系，并與同學(xué)交流溝通，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行相互論證，最終得到物理規(guī)律。

三、仿真實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

仿真實(shí)驗(yàn)室軟件的開發(fā)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有很大的幫助。仿真實(shí)驗(yàn)室可以提供真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能讓學(xué)生更好地進(jìn)行各種現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行的不規(guī)范操作，從而讓學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，也能大大激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的熱情。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中不會(huì)存在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的壓力，從而能很好地認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)器材及不正確使用器材引起的各種問題。例如，教授九年級(jí)第十六章“探究通過導(dǎo)體電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)操能力有一定的要求，如出現(xiàn)操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致電表?yè)p壞情況，所有學(xué)生有必要在仿真實(shí)驗(yàn)室上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可體會(huì)各種實(shí)驗(yàn)情形，如導(dǎo)線連接的電表正負(fù)接線柱接反時(shí)，指針反偏導(dǎo)致電表?yè)p壞情況；電路連接正確，量程偏小時(shí)指針偏轉(zhuǎn)角度過大也會(huì)導(dǎo)致電表?yè)p壞情況；抑或是電路出現(xiàn)短路而出現(xiàn)的各種情況。學(xué)生利用仿真實(shí)驗(yàn)室學(xué)會(huì)并規(guī)范實(shí)驗(yàn)器材的使用，從而規(guī)避各種不可逆轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)問題。

（二）自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，促探究

仿真實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供各種實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備，各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以通過對(duì)生活現(xiàn)象的觀察，對(duì)大自然的探索發(fā)現(xiàn)，形成科學(xué)的探究過程，然后由仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，并得到相關(guān)的結(jié)論與規(guī)律，從而為學(xué)生的探索創(chuàng)新、自主學(xué)習(xí)等提供平臺(tái)。

四、信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合應(yīng)用

考慮信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度結(jié)合，可將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為兩類。

（一）以信息技術(shù)為主的演示型實(shí)驗(yàn)教學(xué)

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)是較為簡(jiǎn)單的教學(xué)結(jié)合模式，在基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上用信息技術(shù)處理實(shí)驗(yàn)中需要展示的相關(guān)內(nèi)容。這要求教師靈活應(yīng)用多媒體軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行開發(fā)與創(chuàng)新。教師利用計(jì)算機(jī)模擬各種物理實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生對(duì)物理過程有更深刻的認(rèn)識(shí)，促使學(xué)生對(duì)物理過程及現(xiàn)象進(jìn)行理解、總結(jié)與歸納形成物理概念與規(guī)律。教學(xué)過程分為：引入（激發(fā)興趣）—實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—展示—解析一應(yīng)用總結(jié)。例如：“光的干涉”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生觀察相干光源產(chǎn)生的干涉條紋，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)明暗條紋規(guī)律及距離關(guān)系進(jìn)行分析研究，讓學(xué)生有初步認(rèn)識(shí)，再通過實(shí)驗(yàn)演示其過程，由學(xué)生根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)得到相關(guān)信息。此時(shí)學(xué)生對(duì)光的干涉規(guī)律有了一定的認(rèn)知，此后也可用計(jì)算機(jī)模擬“光的干涉”形成動(dòng)態(tài)過程，通過改變一些具體參數(shù)對(duì)干涉條紋變化進(jìn)行更深刻的認(rèn)識(shí)，從而總結(jié)出相關(guān)定理定律。

（二）以信息技術(shù)為主的探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

舊的教學(xué)模式、課程的開展方式主要是注入填充式，教師為課堂主體，整堂課都是教師在講解、學(xué)生聽，學(xué)生參與度不高。然而在新課改中，物理學(xué)科提出了核心素養(yǎng)，物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面構(gòu)成。物理課堂教學(xué)圍繞著核心素養(yǎng)展開，科學(xué)探究是其中必不可少的一部分，在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)上以探究為主要模式。

此實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以學(xué)生為主、信息技術(shù)為輔，教師為導(dǎo)向的新型探究過程。這樣可最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力、自信心與成就感。

以“探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系”為例。本實(shí)驗(yàn)要探究加速度、力、質(zhì)量三個(gè)物理量。質(zhì)量m可以用天平測(cè)量，加速度a可以用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶上打出來的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的是如何測(cè)量小車受到的力F的大小。

根據(jù)等效替代的方法，用小車所受的合力作為實(shí)驗(yàn)中小車受到的力F。

（1）如圖甲所示方案中，采用補(bǔ)償阻力法。用懸吊重物的方法為小車提供拉力，當(dāng)把長(zhǎng)木板右側(cè)墊高，用重力的分力抵消阻力。調(diào)節(jié)木板的傾斜程度使小車在不受牽引力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng)。在阻力得到補(bǔ)償?shù)那闆r下，并且重物的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M，小車受到的拉力才等于小車所受的合力，即F=mg。

（2）如圖乙所示方案，小車受到細(xì)線的拉力，可以由彈簧測(cè)力計(jì)直接讀出。使用力傳感器可以直接測(cè)量拉力的大小，不需要使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。

（3）在小車的前端固定一個(gè)無線傳輸?shù)牧鞲衅鳎瑢⑺鶞y(cè)的細(xì)線拉力傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，就可以直接在計(jì)算機(jī)上讀出拉力F的大小。

在現(xiàn)有的條件下，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是可行性比較高的實(shí)驗(yàn)方案。由于實(shí)驗(yàn)條件限制，學(xué)生并未真正接觸力的傳感器。不過，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的融合也顯得尤為重要、方便高效。

學(xué)生在思考過程中，有疑問時(shí)可通過信息技術(shù)為其解決問題，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證設(shè)想，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，并與同學(xué)交流得到結(jié)論，最終完成學(xué)生自主獨(dú)立探究過程。此過程中也可通過仿真實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)過程再進(jìn)行改進(jìn)，最終確定實(shí)驗(yàn)探究方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集可通過DIS收集處理，學(xué)生可以由處理得到的結(jié)果獲得相應(yīng)結(jié)論與規(guī)律。

社會(huì)信息技術(shù)越來越多地應(yīng)用于當(dāng)今生產(chǎn)生活。要提高物理教學(xué)水平，發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，離不開信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合，然后用先進(jìn)信息技術(shù)手段解決一些常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)問題。

總而言之，信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合不僅可以使實(shí)驗(yàn)課堂更加豐富，還能讓課堂知識(shí)變得通俗易懂，物理現(xiàn)象直觀形象，不再讓學(xué)生覺得物理是一門很高深的學(xué)問。與此同時(shí)，也需要教師不斷地跟緊時(shí)代的腳步，讓學(xué)生感受科技帶來的不一樣的課堂氛圍。相信未來信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的地位將更加凸顯，它不僅可以讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)更自主、更有趣、更富有創(chuàng)造性，同時(shí)筆者堅(jiān)信隨著科技的不斷進(jìn)步，物理實(shí)驗(yàn)課堂還將變得更加夢(mèng)幻，更加充滿神奇的色彩。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王書賓，冉杰生.信息技術(shù)與初中物理教學(xué)融合策略分析[J].軟件（教育現(xiàn)代化），2019（67）.

（基金項(xiàng)目：本文為2022年福安市基礎(chǔ)教育研究立項(xiàng)課題“信息技術(shù)與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的研究”（AJKT2022016）成果）