利用可视化方式，提高物理实验教学有效性

赵芳

摘 要：物理是一门以观察和实验为基础的学科，物理概念、规律的发现都是通过实验实现的。因而，物理实验是学生学习物理知识必不可少的方法，是学生培养科学素养的重要途径，是物理教学的重中之重。但是，目前物理实验教学方式单一，教学效果不佳。为了改变这一现状，提高物理实验教学的有效性，本文研究了可视化的物理实验教学方式。

关键词：高中;物理;可视化;实验教学

学习物理是不断接受生活自然现象并对其科学原理探索的过程。但是，到了高中阶段，物理知识上升到了另一个层次。随着知识深度的增加，实验现象开始变得不明显、实验过程开始变得复杂难解、实验规律变得不可捉摸，物理学习越来越困难。此时，如果仍然采用单一的物理实验教学方式，学生的理性思维和抽象思维将难以突破，物理学习也将止步不前。鉴于此，物理实验课堂需要增加一副“軟化剂”，让坚硬难啃的物理实验变得顺滑柔软。而可视化充当了“软化剂”的角色。物理实验的可视化让学生能够感性认知、直观体验物理现象，从而开启了更深层次的物理本质的探寻，极大提高了物理实验教学的有效性。

一、实验现象可视化

在高中物理实验中，有些实验现象微小而迅速，学生难以捕捉。由于一些关键现象捕捉不到，学生就无法破除原有认知障碍、突破知识难点，无法理解性地获得物理知识。鉴于此，教师可以采用“图说”的可视化方式展开物理实验教学，将一些难以捕捉的实验现象用图片的方式具体地呈现在学生面前，引导学生观察出一些细微的实验变化，从而突破认知障碍、理解物理知识，提高实验教学的有效性。

例如，在教学“研究平抛运动”时，由于肉眼观察的方式无法真切地看出物体运动的轨迹，平抛运动的研究难以继续。于是，我利用了可视化的方式研究平抛物体的运动轨迹。具体来说，令一个小球做平抛运动，用频闪照相机得出小球运动的轨迹，然后研究图片中小球平抛轨迹上的位置变化关系，之后用一张标有坐标的白纸按照平抛运动轨迹描摹出一条曲线，在曲线上选取不同的几个点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，最后计算得出初速度。在整个过程中，由于可视化图片的介入，平抛物体运动轨迹的研究变得直观而生动。学生通过具体的图片快速解读了物体平抛运动轨迹，从而求算出了初速度。因而，实验现象的可视化可以提高物理实验教学的有效性。

二、实验规律可视化

物理规律是构成物理的基本框架，是指导物理学习发生和发展的基石。因而，物理实验特别重视物理规律的探究。但是，由于物理规律的抽象性和逻辑性较强，在实验推导的过程中，学生无法总结、归纳出实验规律。鉴于此，教师需要发挥可视化技术的辅助作用，让实验规律具体、生动地呈现在学生面前，辅助学生深刻掌握物理规律，提高实验教学的有效性。

例如，在教学“实验：探究功与速度变化的关系”时，学生在橡皮筋的弹力做功的处理和实验数据的处理上感到疑惑，他们无法将力做功和做功引起的速度的变化定量联系起来。鉴于此，我引入了图像法，引导学生处理数据，实现实验规律的可视化。具体来说，在完成实验之后，引导学生用计算机Excel软件的图像处理功能处理数据。在图像处理的过程中，学生发现w_v2图像是一条过原点的直线，说明了牵引力做的功与小车获得的速度呈正比例关系。由于Excel软件图像处理功能的介入，学生清楚地看到了牵引力做功与做功引起的速度变化的关系，从而得出了功与速度变化关系的规律。可见，实验规律的可视化有助于提高实验教学的有效性。

三、实验过程可视化

在高中物理课堂上，由于时间紧、任务重，学生没有充足的物理实验探究时间。因而，物理实验的学习基本上通过阅读书本内容实现。然而，这种教条式的实验学习方式并不能让学生理解实验内容，透彻掌握物理知识，影响了实验教学的有效性。为了解决这一问题，教师可以以生活经验为切入点，让学生亲身经历实验探究过程，深刻理解物理知识。

例如，在教学“实验：验证机械能守恒定律”时，引导学生组织生活小实验，亲自验证机械能守恒定律。具体来说，用一个系有重物的纸带穿过打点计时器，接通电源后松开纸带让重物自由落下，用几条纸带重复以上动作。纸带打完点之后，学生亲自挑选出几条第一点和第二点之间距离接近2mm的纸带测量，测出各点到第一点的距离，计算打点的即时速度;然后用刻度尺测量纸带上某点O与其它点的距离，计算出相应减少的重力势能;最后，计算各点对应的势能减少量与增加的功能并对比，从而验证机械能守恒定律。在整个过程中，通过亲身试验，学生经历了机械能守恒定律产生的过程，有效验证了机械能守恒定律。因而，实验过程的可视化可以提高实验教学有效性。

总之，在高中物理实验教学中，可视化理念的渗透可以让物理实验更加直观、生动、具体，可以辅助学生突破物理实验难点，提高物理实验的有效性。

参考文献：

[1]唐华昌，马开春，谢云霞.信息技术优化物理实验可视化教学探究[J].教育信息技术，2015，（9）.

[2]苏宙平，郭颖，张秀梅.物理教学可视化虚拟实验平台创建[J].江苏第二师范学院学报，2015，31（3）.