试谈多媒体技术与物理实验的整合

2011-01-24杨锐胜

物理通报 2011年2期

杨锐胜

(汕头市澄海区澄海中学广东汕头 515800)

实验是物理教学中的基础，然而教材中有部分实验因条件限制，无法用实验直接演示或演示效果不明显，导致教学困难.借助多媒体手段来辅助实验教学可较好地解决这个难题，起到优化物理实验的效果.下面，笔者结合物理教学实践并借鉴他人的经验和研究成果，就多媒体技术在物理实验教学中的应用，谈一些个人看法.

1 物理实验教学引进多媒体的必要性及其优势

新课程标准的实施使实验教学的地位得到了进一步的提升，更加重视实验探究.然而由于受到某些条件的限制，一些实验成为教学的难点;同时也是学生的学习难题，导致学生实验成绩不理想.因此，笔者认为有必要找出实验教学中所存在的问题，并采取更有效的教学方式来提高教学效果.

1.1 物理实验本身特点导致教与学的困难

一些实验因具有危害性或受空间及实验条件的限制而无法在课堂演示，学生得不到感性认识，并受知识水平、生活环境等方面的限制，很难想象出物理过程.例如：电源短路、人身触电等由于有极大危害性不宜在课堂直接实验，核反应、低温超导、卫星发射等由于无设备而无法演示，固体扩散、天体运动等由于受时空限制不可能演示，静电的几个应用因条件不具备而无法在课堂上演示，纵波与横波的传播过程、波的叠加和干涉等实验，由于实验条件不易控制或存在某种干扰而很难把实验现象演示清晰等.

对于上述实验，传统的教学手段只能采用挂图、模型式复合幻灯片来辅助教学.若利用相关的多媒体软件将实验制作成仿真实验模型，则可以突破时间、空间的束缚和实验条件的限制.通过仿真实验模拟演示，变静态为动态，变二维平面图像为三维立体图像，使呆板变得生动化，使抽象变得具体化，深入浅出地让学生感知跨越时空，突破传统思维障碍，提高学生的认知能力.

一些肉眼观察不到的微观现象，如:布朗运动，电磁振荡过程中电流方向的改变,电场能和磁场能之间的相互转化,电磁感应中磁通量的变化，一些稍纵即逝的实验现象变化等.

对此类实验的教学，如果引进多媒体技术来辅助教学，可以把微观现象放大，把隐藏的因素显露，把短暂的过程延长，把瞬间即逝的现象定格；化无形为有形，化抽象为形象，降低学生的理解难度.

一些实验虽然能够在课堂中演示或进行学生分组实验，但受到环境条件或设备规格的限制，实验现象的可见度不高.例如：力学实验中对游标卡尺、弹簧测力计等测量工具的读数和电学实验各种仪表的读数等等；教师在演示时，往往只有前排的学生能够观察清楚，对后排的学生效果很差.看不见实验现象又怎么能唤起学生的注意、引起学生的好奇和激发学生的兴趣呢？这种情况下，经常是教师在讲台上自导自演，而学生在下面收获不均.如果教师采用动画或仿真模型把实验在大屏幕显示出来，就可以让后排的学生看清实验现象，吸引学生注意力，提高教学质量.

1.2 因实验设备落后或缺乏而导致无法开展实验

一些教学条件较差的学校，实验场地得不到保障，实验仪器陈旧、规格很不统一、误差偏大，导致测量结果与理论结果相差甚远，无法保证完成基本实验要求.一些学校由于仪器配备不齐而无法开展学生分组实验，特别是新教材中提到的数字化信息系统实验室和传感器等，更是如此.这些情况在经济欠发达的地区很普遍的；“黑板上做实验”、“纸面上谈实验”的现象比比皆是.笔者两年前曾做过一项调查，有26.71%的学生希望独立完成实验，有63.58%的学生希望分组完成实验，有4.40%的学生希望教师演示，自己不做实验，有3.95%认为教师讲解一下就可以了，还有1.37%选择了其他.由此可见，学生对于动手操作实验还是比较渴望的.如果用多媒体仿真实验来演示，或者播放视频让学生观察实验现象，则可在一定程度上减轻由实验设备陈旧或欠缺所造成的影响.

1.3 学生对实验课热情不高

据笔者调查，53.08%的学生对实验很感兴趣，会主动认真完成；41.67%的学生虽然对实验不感兴趣，但会按要求完成；5.25%的学生认为实验很难，不感兴趣.由此可见，学生对实验课的热情并不高.许多教师都有这样的亲身体会，学生在实验室里的课堂纪律不如在教室里.有相当一部分学生只是应付式地完成任务，按照教材中的步骤“照方抓药”地记录数据，甚至是抄袭或修改实验数据以满足理论的要求，缺乏深入地思考和探究，使得实验课变得枯燥无味.同时有部分学生课前没有预习，而教师演示讲解时，在后排的同学经常无法清晰观察到操作过程，导致部分学生在做实验时对实验仪器使用不当或操作步骤错误.如果教师在演示时，采用投影仪把实验操作放大显示在大屏幕上，就可以吸引学生的注意力，优化课堂纪律和气氛.同时也可以把注意事项和实验要求用课件显示在屏幕上提醒学生，节省板书时间，提高实验讲解效率和教学质量.

1.4 实验数据处理繁琐影响教学效率

实验数据处理是学生实验操作后的一个重要步骤.学生应对所测数据进行分析、处理，作出合理的结论，从而培养了学生分析解决问题的能力.长期以来，高中物理实验的数据是手工处理的.一些实验由于数据处理比较繁琐、费时，重复性劳动多，学生往往敷衍了事，得不到科学的训练，达不到实验所要求的目的.有的教师在课堂上演示实验时，从测量数据到处理数据得出结论所花费的时间太长，影响了教学效率，导致无法完成教学任务.如果使用计算机来处理数据，则快速准确.例如，在探究自由落体运动的实验中，利用打点计时器和纸带来记录重物的落体运动，然后要对纸带进行处理，这时可以使用Excel来处理数据.课前先在Excel中设计好实验要记录数据的相关表格和图表，在课堂做实验时，只要把测量出的数据输入到Excel表格中，就可以迅速、准确而直观地把实验结果显示到大屏幕上.

1.5 实验的复习

教学中，我们经常要对前后不同时期学习的知识进行比较、归纳、概括、总结，特别是复习的时候.例如要复习各种实验的不同方法时，若重做实验，不仅浪费时间，而且无新鲜感.而借助多媒体能灵活地展示、逼真地摸仿、生动地再现其物理过程，借助多媒体强大的声音、图像、动画再现功能，对学过的知识重新梳理、重组和整合的演示，可唤起学生的回忆.同时，动画、视频和仿真实验软件可以用于学生家庭电脑，对学生的课外复习也起到一定的帮助作用.

2 存在的问题

信息技术的发展及其在教育中的应用，给教学带来了很多便利，使用多媒体技术辅助教学的情况越来越普遍.但是这种技术并不是万能的,在发挥它优势的同时，也要注意一些存在的问题.

2.1 过度依赖多媒体

对于“信息技术与课程整合”，有一部分教师没有真正理解其涵义.由于有些演示实验用多媒体相对简单的特点，教师为了“省事”，就直接把实验装置、实验过程、实验数据测量、实验结果和实验推论等都用课件演示一下，就算完成了教学任务.学生也为了“省事”，直接看一下多媒体课件的演示和用鼠标拖动几下实验设备就认为会了.由于长期缺乏动手操作，出现了学生只会“纸上谈兵”的现象，而不能真正通过动手实验去理解实验所蕴含的物理现象及本质，与过去的“黑板实验”如出一辙.因此，在进行信息技术课程整合时，应该把握好立足点.是借助多媒体技术来辅助教学，而不是利用多媒体来代替教师教学.再好的多媒体也不能完全替代真正的物理实验.多媒体演示只是一种手段，而不是实验本身.要使学生真正掌握物理知识，一定要让学生参与操作和观察实验，使之从真实的感受中建构物理知识.

2.2 教师信息技术一般课件开发能力不高

从调查数据看，大部分教师的信息技术水平一般，所制作课件多处于初级阶段.笔者两年前在深圳某中学进行教育实习期间，曾与实习队友对该校的教师信息技术水平作了调查.由于深圳经济发展较快，信息技术与课程整合起步较早，那里的教师的信息技术的平均水平要比其他地区教师的平均水平高.下面是笔者在实习期间的调查数据.

(1)基本能熟悉电脑基本操作和办公软件的使用.如对文件进行复制、移动、删除和重命名的有97.62%的教师知道如何操作.92.86%的教师知道文件的压缩和解压.绝大多数教师能够熟练使用Office办公软件，使用Word写文章并做简单格式排版的更是高达100%，能够使用PowerPoint制作简单课件的也达到97.62%.另有90.48%懂得如何使用Excel来统计学生成绩的教师.对于安装、卸载常用软件和安装操作系统等方面有78.57%和61.9%的教师会操作.

(2)对于网络软件高级应用及开发技能的只有少数教师掌握.虽然有97.62%和90.45%的教师懂得如何下载网页上的文字、图片和下载网上的声音到自己的电脑上，但对于网络一些常见的工具或者一些需要借助其他工具才能够获取到的资源，则不是很多的教师知道应该怎样获取.例如会下载网上的flash动画的只有81%,会下载网上的电影的只有71.43%,会使用网际快车或网络蚂蚁或迅雷等下载工具的只有71.43%.而对于图片的基本操作，使用图片处理工具修改图片的只有57.14%的教师掌握，会使用软件处理视音频的只有35.71%.另外只有35.71%的教师基本掌握制作简单网页的技能.

由于教师信息技术水平有限，对其进行一些开发设计以及课件开发制作的互动性造成很大影响，限制了教师们做出来的课件的互动性以及课堂趣味性，使得课件的功能没能够充分发挥.从调查中了解到，教师获取多媒体资源的途径主要来自教辅书籍、同事共享和网上下载，自主开发的比较少;大多是对别人的课件加工修改，或者是直接使用，利用成品课件可能使教师失去自己的教学风格，并使教学设计与学生知识水平不符.

2.3 素材资源整合不合理使用不方便

随着人们对信息技术的重视，教学资源越来越丰富，有很多地区也建立了信息资源库，利用网络共享多媒体资源.但也存在着一些因素(图1)妨碍教师利用信息技术辅助教学.从图2可见，教师在利用信息技术的过程中遇到比较多的问题和困难是如何才能够找到合适的资源.网络搜索引擎技术的发展，为人们检索信息提供了便利，但常常搜索出来的是一些零零散散的课件或教案分布在很多教学网站上，这些课件或教案没有归类，而且优秀的免费资源比较少.优秀的素材资源，一般都要收费或者是需要通过一定的权限之后才能下载，对教师找寻合适的教学素材造成很大的不便.因此笔者建议相关的信息资源库能够采用更合理的形式呈现和共享资源，使教师在使用资源库过程中更加方便快捷.根据调查，提议按照教学专题/ 主题的形式来组织和提议按照学科教材目录来组织的都各自占了33.33%；提倡按照资源分类标准来组织的有21.43%；而提议按照学科知识点来组织资源的有11.91%.

图1 学生使用的意愿

图2 希望信息化教学资源以何种分类形式呈现

2.4 部分课件设计不合理

有一些配套的课件和实验仿真软件等素材并不是由物理教师而是由计算机专业人员设计和制作.由于他们对物理教学理解不深，课件有时不规范，甚至出现概念错误.其次有些课件为了追求动画效果和吸引学生的注意力，将课件做得五颜六色，并插入一些与教学内容无关的音乐和画面;虽然能暂时吸引学生的注意力，但却脱离了物理学的科学性和严肃性.此外，这些课件一般都是打包成运用程序，无法再修改.要制作出质量高的物理课件，最好是能够把优秀物理教师和软件开发能力强的专业人员联合起来，共同合作，根据物理教材开发相配套的教学资料.