初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)融合初探

李曉春

（福建省上杭縣第三中學(xué)，福建上杭 364299）

教育部發(fā)布的《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》促進(jìn)了“教育信息化”再一次創(chuàng)新與升級(jí)，為初中物理信息化教學(xué)掀開了新的篇章，是教育智能化、信息化背景下的必然選擇。初中物理教師根據(jù)在教學(xué)過(guò)程中融合應(yīng)用信息技術(shù)的特點(diǎn)與價(jià)值，可以利用信息技術(shù)適當(dāng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改變當(dāng)前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)抽象、信息化程度不高、學(xué)生探究操作主動(dòng)性不強(qiáng)等問題，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的形式，吸引學(xué)生主動(dòng)參與物理實(shí)驗(yàn)。

一、信息技術(shù)對(duì)于初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值

（一）多變量，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律

初中物理實(shí)驗(yàn)的常用方法為控制變量法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證抽象的物理現(xiàn)象，其結(jié)果通常會(huì)受到多個(gè)變量的影響。師生在探究與操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，需要控制一個(gè)或多個(gè)變量以獲得最合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是傳統(tǒng)教學(xué)模式會(huì)受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)器材等因素的影響，師生控制實(shí)驗(yàn)變量會(huì)受到一定阻礙，極易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。將信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于解決這一問題。師生建立信息化意識(shí)，利用計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)有效控制實(shí)驗(yàn)變量，減少變量之誤差，學(xué)生往往能夠更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)相關(guān)物理量的內(nèi)在規(guī)律，豐富物理學(xué)習(xí)收獲［1］。

（二）優(yōu)演示，幫助學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果

開展初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)要保證學(xué)生科學(xué)探究操作的安全與質(zhì)量，教師應(yīng)該適當(dāng)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在以往的教學(xué)過(guò)程中，教師演示一般以示范操作為主，存在部分無(wú)法清晰講解實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的問題。學(xué)生觀察教師操作示范也會(huì)受到座位位置因素的影響，不同程度上會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤理解實(shí)驗(yàn)探究與操作步驟的現(xiàn)象。而融合信息技術(shù)可以改變這樣的現(xiàn)象。在信息技術(shù)的支持下，教師可以一改往日在課堂上重復(fù)示范“實(shí)驗(yàn)”過(guò)程的教學(xué)行為，可以利用動(dòng)畫優(yōu)化實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)，通過(guò)動(dòng)畫放大實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，清楚呈現(xiàn)每一項(xiàng)必要、規(guī)范、安全的操作細(xì)節(jié)。如此學(xué)生能夠強(qiáng)化掌握實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程、實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)效果。

（三）新模式，促使教學(xué)符合課程改革要求

新課程改革說(shuō)明了初中物理教學(xué)的新標(biāo)準(zhǔn)——倡導(dǎo)教學(xué)方式多樣化。將信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，便是“教學(xué)方式多樣化”的一種表現(xiàn)形式，能夠扭轉(zhuǎn)初中物理教學(xué)模式單一的局面，促使整體教學(xué)更加符合新課程改革的要求，從而在新的模式下帶給學(xué)生新的物理科學(xué)探究體驗(yàn)，這同樣說(shuō)明了初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合信息技術(shù)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合信息技術(shù)的方法

（一）將抽象原理形象化，在掌握原理的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)物理理論的關(guān)鍵過(guò)程，理論是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的重要依據(jù)，夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)最基本的前提條件。學(xué)生只有扎實(shí)掌握了物理基本原理，才能根據(jù)理論自主設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，才能在理論的支持下完善實(shí)驗(yàn)操作并取得一定的收獲。而信息技術(shù)具有使抽象知識(shí)形象化的能力，有助于學(xué)生理解初中物理的抽象原理。因此將初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)融合，教師可以利用信息技術(shù)將抽象原理形象化，優(yōu)化講解物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論的過(guò)程［2］。比如，根據(jù)在課堂教學(xué)活動(dòng)中展示多媒體課件的規(guī)律，在課件中有序設(shè)計(jì)理論講解內(nèi)容，通過(guò)按順序講解課件促進(jìn)學(xué)生由淺入深地理解理論。同時(shí)，在課件內(nèi)適當(dāng)添加圖片、音樂、動(dòng)畫、視頻等要素，借助對(duì)應(yīng)的形象化語(yǔ)言輔助說(shuō)明教材抽象化的理論文字，刺激學(xué)生的認(rèn)知、視覺與聽覺。同時(shí)轉(zhuǎn)化理論學(xué)習(xí)方式，深化形象化思考，避免全憑想象或抽象推理探究實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生加強(qiáng)掌握實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的良好開端，對(duì)教學(xué)有較大的促進(jìn)意義。

（二）整合教材內(nèi)外內(nèi)容，在豐富教學(xué)的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

初中生思考、探究與驗(yàn)證物理知識(shí)大多都建立在儲(chǔ)備豐富知識(shí)的前提下，知識(shí)儲(chǔ)備越豐富、支持實(shí)驗(yàn)越有力，探究學(xué)習(xí)效果越理想。然而現(xiàn)行的初中物理教材普遍存在一個(gè)不足——由于教材的信息容量限制，其編排物理知識(shí)時(shí)會(huì)進(jìn)行適當(dāng)篩選，無(wú)法向?qū)W生提供更加豐富的實(shí)驗(yàn)啟示、探究學(xué)習(xí)素材，一定程度上會(huì)影響學(xué)生儲(chǔ)備知識(shí)與參與實(shí)驗(yàn)。融合信息技術(shù)，將其用于整合教材內(nèi)外的物理知識(shí)點(diǎn)，有利于彌補(bǔ)這一不足，促進(jìn)學(xué)生胸有成竹、信心十足地探究實(shí)驗(yàn)。而利用信息技術(shù)整合教材內(nèi)外的物理知識(shí)，教師與學(xué)生均可擁有主動(dòng)權(quán)。

一方面，從教師的角度來(lái)說(shuō)，教師借助信息技術(shù)之力可以根據(jù)教學(xué)所用教材的特點(diǎn)，在豐富的網(wǎng)絡(luò)資源中搜集能夠滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的課外教學(xué)素材，包括電子教案、3D 課件等，將其與預(yù)設(shè)教案進(jìn)行整合，豐富教學(xué)內(nèi)容，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)與常規(guī)引導(dǎo)步驟。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生于實(shí)驗(yàn)之前探究豐富的物理學(xué)習(xí)材料，儲(chǔ)備實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵知識(shí)，這是提升實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量的必經(jīng)之路。

另一方面，從學(xué)生的立場(chǎng)出發(fā)，學(xué)生在信息基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的前提下成為“應(yīng)用信息技術(shù)”的主人，可以根據(jù)教師預(yù)先提出的主題實(shí)驗(yàn)要求，在課下利用互聯(lián)網(wǎng)獲取信息的優(yōu)勢(shì)，搜集與主題實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息，如實(shí)驗(yàn)所需材料、實(shí)驗(yàn)基本過(guò)程、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)應(yīng)控制的變量、實(shí)驗(yàn)誤差影響因素等，明確實(shí)驗(yàn)探究相關(guān)的主要信息，有針對(duì)性地預(yù)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)。而后，在課堂上緊跟教師的腳步，以信息技術(shù)為支持探究主題實(shí)驗(yàn)、完成動(dòng)手操作，顯著提升學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究效果。

（三）演示物理生活現(xiàn)象，在點(diǎn)燃熱情的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

初中物理課程中與生活緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)不在少數(shù)，面對(duì)此類實(shí)驗(yàn)，利用信息技術(shù)演示生活中的物理現(xiàn)象，不僅能夠加深學(xué)生了解物理實(shí)驗(yàn)背景，還能有效點(diǎn)燃其實(shí)驗(yàn)探究熱情，增強(qiáng)其實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)力。而學(xué)生滿懷熱情、動(dòng)力始終不減地探究實(shí)驗(yàn)，是高效教學(xué)的基本保障。因此，將初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)融合，教師可以找準(zhǔn)生活現(xiàn)象作為切入點(diǎn)，通過(guò)信息技術(shù)還原和演示實(shí)驗(yàn)。比如，在教學(xué)“溫度與物態(tài)變化”時(shí)，為了促使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究理解水在沸騰前后的溫度變化特點(diǎn)，點(diǎn)燃其探究水沸騰前后溫度與物態(tài)變化情況的熱情，教師可以利用信息技術(shù)還原生活中“燒水”的現(xiàn)象，還原水在加熱的狀態(tài)下升溫與沸騰的過(guò)程。由此激活學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)教師借助信息技術(shù)展示的信息聯(lián)想生活中水沸騰之后溫度之高與水蒸氣的現(xiàn)象，思考“使水沸騰的溫度是多少”等問題，隨之展開實(shí)驗(yàn)，開始探究與動(dòng)手操作，將信息技術(shù)與教學(xué)的融合落在實(shí)處，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展物理科學(xué)探究素養(yǎng)。

（四）引入虛擬仿真技術(shù)，在模擬情境的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

要想融合信息技術(shù)，不斷將最新的技術(shù)成果或科技前沿知識(shí)滲透在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，捕捉初中生對(duì)信息技術(shù)的好奇心，教師還可以利用AR、VR 等虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)感受物理實(shí)驗(yàn)的仿真情境，同時(shí)在此基礎(chǔ)上促進(jìn)他們探究實(shí)驗(yàn)［3］。針對(duì)部分不適合學(xué)生自主操作的實(shí)驗(yàn)，教師也可以利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程轉(zhuǎn)化為虛擬的現(xiàn)實(shí)影像，彌補(bǔ)教學(xué)與學(xué)生無(wú)法操作的不足。例如，在教學(xué)“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師在給學(xué)生提供蠟燭（或F 型光源）、凸透鏡、光具座等實(shí)驗(yàn)器材并要求其自主操作實(shí)驗(yàn)之外，還可以利用AR 技術(shù)設(shè)計(jì)凸透鏡成像仿真影像，組織學(xué)生戴上AR 眼鏡感受凸透鏡在不同情況下的成像特點(diǎn)，身臨其境地總結(jié)其成像規(guī)律。此外，教學(xué)“探究聲音的產(chǎn)生與傳播”“探究平面鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師也可以利用此方法，先引導(dǎo)學(xué)生感受聲音與平面鏡成像，激活其感官，再讓他們?cè)谡鎸?shí)感受虛擬影像的前提下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)想象、理解與操作逐漸深度吸收并轉(zhuǎn)化物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，理解AR 等信息技術(shù)背后的科學(xué)探究、創(chuàng)新創(chuàng)造精神，從精神層面上受到影響，建立科學(xué)探究的責(zé)任意識(shí)，這對(duì)于其物理實(shí)驗(yàn)探究、物理學(xué)習(xí)與發(fā)展等方面均發(fā)揮著積極的影響作用。

（五）模擬物理實(shí)驗(yàn)條件，在智能操作的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該注意的是，受到教學(xué)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性等因素的影響，部分初中物理實(shí)驗(yàn)雖然具有較高的教學(xué)價(jià)值，但是卻不適合通過(guò)學(xué)生動(dòng)手操作的方式落實(shí)。同時(shí)，部分物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“轉(zhuǎn)瞬即逝”、不易觀察，如果學(xué)生在操作與探究的過(guò)程中稍不留神，就很有可能無(wú)法準(zhǔn)確捕捉實(shí)驗(yàn)信息，影響科學(xué)探究結(jié)果。應(yīng)用信息技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)條件、構(gòu)建智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與操作環(huán)境，讓學(xué)生在智能操作的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，是解決以上問題的不二之選。比如，融合信息技術(shù)與初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將智能白板應(yīng)用于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究方面，利用智能白板提供模擬實(shí)驗(yàn)器材、開辟智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)拖拽、點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)器材等智能操作完成實(shí)驗(yàn)智能探究。針對(duì)某些觀察難度較大的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師可以通過(guò)截圖、錄屏、暫停、放大等操作捕捉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將其通過(guò)智能白板突出呈現(xiàn)出來(lái)。一方面，學(xué)生能感受智能化的物理實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程；另一方面，能強(qiáng)化捕捉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲得比以往直接動(dòng)手操作更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高初中物理實(shí)驗(yàn)的探究水平。

（六）優(yōu)化處理數(shù)據(jù)圖表，在詳解成果的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

初中物理實(shí)驗(yàn)得出準(zhǔn)確結(jié)論、取得預(yù)期收獲，還有賴于及時(shí)記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。比如，利用表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像分析數(shù)據(jù)特點(diǎn)、表示數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的物理規(guī)律。而相較于自主繪制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表與圖像，利用信息技術(shù)在大數(shù)據(jù)的背景下智能處理數(shù)據(jù)、繪制圖表，不僅可以提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)與圖表的效率，也能提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確率與圖表的參考價(jià)值［4］。所以，融合初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)，教師可以應(yīng)用信息技術(shù)優(yōu)化處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖表的方式。比如，在學(xué)生自主設(shè)計(jì)或直接參與物理實(shí)驗(yàn)之前，通過(guò)信息化教學(xué)端向其發(fā)放電子實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表，以此提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的數(shù)據(jù)信息，要求學(xué)生自主接收、查閱并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照表格要求梳理關(guān)鍵信息。而后，利用信息化教學(xué)系統(tǒng)自帶的計(jì)算軟件精準(zhǔn)計(jì)算學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)字化，促使學(xué)生能夠精確看到并分析物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在必要的情況下，教師可以指導(dǎo)學(xué)生利用教學(xué)系統(tǒng)圖像自動(dòng)化處理軟件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果轉(zhuǎn)化為物理圖像，如電流隨電壓變化圖像、水的體積與溫度關(guān)系圖像等。圖像語(yǔ)言能夠更直觀地總結(jié)和呈現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，對(duì)照表格分析圖像，能夠在增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)的同時(shí)有效提高物理讀圖能力，對(duì)其深度學(xué)習(xí)物理有重大意義。

（七）應(yīng)用微課解放教學(xué)，在精準(zhǔn)共享的基礎(chǔ)上推進(jìn)實(shí)驗(yàn)

信息技術(shù)服務(wù)于初中物理教學(xué)以來(lái)，微課的身影便經(jīng)常出現(xiàn)在物理課堂上，其有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一定程度上能夠解決“教師示范實(shí)驗(yàn)不充分”的問題。由此可見，要想實(shí)現(xiàn)初中物理教學(xué)融合信息技術(shù)，教師可以提高應(yīng)用微課的力度，應(yīng)用微課解放教學(xué)活動(dòng)。比如，可以預(yù)先制作演示實(shí)驗(yàn)的微課視頻，對(duì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行慢速、細(xì)節(jié)放大等剪輯處理，同時(shí)在畫面中適當(dāng)標(biāo)記說(shuō)明類文字信息［5］。進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，以微課教學(xué)取代傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以拓展動(dòng)畫補(bǔ)充微課，根據(jù)微課播放進(jìn)度適當(dāng)通過(guò)暫停等方式針對(duì)性講解重點(diǎn)操作步驟，回答學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)操作與探究問題，精準(zhǔn)共享實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)。學(xué)生增加實(shí)驗(yàn)操作的觀察收獲，在微課的提示下規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)習(xí)效果可想而知。

再者，基于微課的存在，即便課堂教學(xué)結(jié)束，教師也可以利用微課指導(dǎo)學(xué)生課后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，要求他們?cè)谡n后重新觀看微課、復(fù)習(xí)課堂實(shí)驗(yàn)，重新學(xué)習(xí)在課堂上理解不透徹的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，依據(jù)課堂主題實(shí)驗(yàn)拓展其課后物理學(xué)習(xí)范圍，教師還可以提出“創(chuàng)新進(jìn)行家庭小實(shí)驗(yàn)，錄制視頻，制作你的實(shí)驗(yàn)微課”的要求，引導(dǎo)學(xué)生在課后學(xué)習(xí)物理，利用家庭中能夠獲得的實(shí)驗(yàn)材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，制作“我的物理家庭小實(shí)驗(yàn)”微課視頻，并將微課視頻上傳至開放性學(xué)習(xí)平臺(tái)，同時(shí)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的、思路與成果。于是，以信息技術(shù)為載體銜接學(xué)生課內(nèi)外自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，以微課為主要形式，學(xué)生主動(dòng)分享課后物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新探究的收獲，相互學(xué)習(xí)、相互啟發(fā)、互為榜樣，進(jìn)入健康的“共享學(xué)習(xí)”狀態(tài)，共享經(jīng)驗(yàn)與創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)感想，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步，為初中物理融合信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造良好環(huán)境。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，將信息技術(shù)應(yīng)用于初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效創(chuàng)新，能夠解決當(dāng)下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的客觀問題，發(fā)揮“促實(shí)驗(yàn)”的作用，促使初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)簡(jiǎn)單化、高效化。初中物理教師關(guān)注長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，應(yīng)該走出傳統(tǒng)思維，強(qiáng)化信息化教學(xué)，主動(dòng)融合信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)造嶄新的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。