信息化手段用于物理实验教学的实践与思考①

沈麒

[摘           要]  信息化手段是指利用信息技术手段完成教学，在物理实验教学中合理地采用信息化手段，是对传统物理实验教學的很好补充。信息化手段包括实验视频、动画、图片等多媒体手段以及各种仿真实验平台等，这些手段丰富多样，怎样合理使用这些手段来补足传统教学的短板，提高物理实验课堂教学效果，是目前物理实验教学中一个值得探讨的问题。

[关    键   词]  信息化手段;物理实验;教学效果

[中图分类号]  G712              [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2019）17-0140-02

2011年，教育部制订的物理课程标准中提到：鼓励在物理教学中合理运用信息技术。信息化教学是指利用信息技术手段完成教学，是教育者与学习者借助现代教育媒体、教育信息资源和教育技术方法进行的双边活动。在物理实验教学中融入信息化技术应该按照这样的思路进行备课：（1）在没有信息化手段的教学中这节课整体是怎么下来的。（2）在这个过程中，哪些是重点，哪些是难点，哪里是学生不好理解的地方。（3）造成这些不容易解决的教学问题的原因。（4）能否用信息化的教学手段来解决这些问题。信息化教学不能流于形式，更不能图个新鲜，只有这样的设计思路才能让信息化手段在教学中充分发挥作用。物理是实验学科，必须开展相应的实验，合理运用信息化手段是对物理实验的很好补充。

一、重视物理实验视频、动画等信息化手段的作用

实验是物理教学的生命，不能用信息化手段替代物理实验，但是信息化手段可以辅助物理实验的开展，也能弥补物理实验的不足。

（一）用于展示一些高危险性实验或者目前实验室条件无法完成的实验

物理实验种类很多，有些实验条件十分苛刻，学校实验室是无法完成的，还有些实验危险性较大，不适宜在学校开展。这类实验建议用实验视频的形式在教学中展示，如电气火灾成因实验、超导磁悬浮小车。另外，如宏观的宇宙天体，微观的基本粒子运动及相互作用等，这些物理实验都是不能在实验教学中得以实现的，但可以运用计算机软件对这些难以实现的实验进行多媒体动画模拟，例如，地球人造卫星运行的场景模拟（如图1），核裂变的动画模拟（如图2）。这些信息化手段的使用可使学生对这些物理事实有初步的了解，激发学生对物理学习的好奇心和探索物理奥秘的积极性。

（二）展示细节，辅助物理实验开展

有些实验器材尺寸较小，教师讲解这些器材使用方法时，坐在后排的学生很难看清，这个问题其实很普遍。所以通过一些信息化手段（如实物投影）把细节放大，投到大屏幕上，能很好地解决这个问题。用事先在备课阶段准备好的实验视频或者图片、动画等手段来解决这个问题也是一个很好的方法。实验视频集里也收集了这样一类实验，如游标卡尺的使用、螺旋测微仪的使用、万用表的使用等。

（三）展示一些别人做的精彩实验

实验必须动手操作才能达到应有的效果，选取一些其他学校的物理实验视频拿来比较参考，能极大地提升学生思考、探究的积极性，提升课堂教学的效果。实验一定要挑选精彩的，有代表性的，表现力比较强的。在实验视频集②里也收集了一些这类实验，如机械能守恒定律（外国）、平抛运动与水平匀速运动的等时性、动量守恒。

（四）辅助物理实验更好地开展

有些实验操作比较复杂，学生直接开展这类实验有难度，这时候可以在实验前用实验视频做个示范，让学生依样画葫芦来模仿操作。如惠斯通电桥测量电阻、万用表的使用等。这些实验可以让学生先模仿后完成，更能促进学生的思考和理解。在《练习使用示波器》的实验中，我们采用了“示波器工作原理”的动画，通过对横向偏转电极和纵向偏转电极分别加上不同的电压，观察荧光屏上亮斑的运动，帮助学生对示波器工作原理进一步理解。由于动画生动形象，教学难点迎刃而解。

（五）展示一些最新科技成果和一些相关科技宣传片

经过长期的知识和经验的积累，人类的发展进入了快车道。近两百年来，人类创造的科技成果超过了以往创造的科技成果的总和。我国通过40年的改革开放，国民经济持续发展，科学技术不断突破，人民生活不断改善。中华民族正处于历史发展的最好时期，我们应该激励青年学生为中华民族的伟大复兴贡献自己的力量。通过一些视频展示国家科技发展的一些标志性的成果，让学生了解国家发展历程的艰辛。了解国家现代科技发展的情况。如北斗导航系统、中国高铁复兴号。另外，也有必要让学生了解，如从原子到宇宙，从宇宙到原子、太空课堂等内容。

特别值得提出的是，信息化成果还有一个突出的优点，可以借助网络来推广，目前课题组已将我们的主要成果之一《实验视频集》（地址：https：//pan.baidu.com/s/1xjAAEIEvs8ruAIpFtI6FhQ）挂到网上，需要的客户可以下载使用。

二、使用信息化手段的几个注意点

信息化手段多种多样，现在用于物理实验的信息化手段主要有视频、图片、动画、多媒体课件、仿真实验平台等。比如，物理实验仿真平台，目前仿真物理实验室做得好的并不多，综合评价来看，由nobook虚拟实验室开发的NB物理实验最好用，不仅有经验实验还可以diy实验，且贴近教学。虚拟仿真实验作为教师教学实验的辅助工具在近几年越来越受教师和学生的欢迎。虚拟仿真实验室能够模拟真实的操作体验，并且实验效果好、效率高，不局限于时间和物理空间的限制。诸如此类的一些信息化手段都可以辅助物理实验教学，但是在使用过程中，必须注意几个问题。

（一）信息化手段要使用得当，形式要为内容服务

信息化手段要根据教学内容、教学环境和学情的不同，实事求是、恰如其分地選择，遵循教育资源开销最小化原则。采用信息化手段的目的是提高教学效果，让学生能够过对学科更感兴趣，能够更好地获取知识，而不是成为一个展示技术的舞台，能够用最少的教育资源达到最好的教学效果始终是我们追求的目标。

（二）不能用信息化手段代替实验教学

物理是以实验为基础的学科。实验是为了让学生通过观察、研究来获得知识，它真实地再现变化过程，所以有极强的说服力和感染力，而且在实验过程中还可以培养学生规范的动手操作能力和观察能力，是培养学生创新思维和创新能力的重要途径。采用信息技术手段模拟实验的过程或播放视频等形式来进行演示，无法达到实验教学本身的目的，因为再逼真的模拟都无法和真实的实验过程相媲美，而且这样做也失去了实验的“过程”意义。因此，我们认为，可以用实验展示的现象或实验，不适宜选用信息技术手段来替代。一些在课堂上无法完成的演示实验或现象以及在现有的条件下无法完成的一些实验，通过信息技术手段来模拟和展现并帮助学生解决问题是无可非议的，而且也能收到良好的效果。但一定要注意，模拟和真实毕竟是有区别的，前者不能代替后者。

（三）注意科学性原则

利用计算机技术制作的一些互动课件、动画和仿真实验必须注意科学性问题。物理实验的过程和结果是在当时的实验条件下自然发生的过程和结果，只应该是这样的，而不会是其他的情况。所以通过计算机软件模拟出来的过程和结果在视觉效果上必须和真实的过程和结果接近（做到完全相同是困难的，也是没有必要的）。比如，做单摆测量重力加速度实验时，小球摆到越高位置速度越慢，加速度数值越大，摆到越低位置，速度越快，加速度数值越小，用计算机软件来模仿单摆运动时要注意这里面的物理规律，不能模拟出来的运动和真实的运动有明显区别。再比如，电磁感应现象，线圈中通过的磁通量变化时，产生的感应电流的大小和磁通量变化快慢有关，感应电流的方向和磁通量的变化和线圈绕向有关，用仿真软件模仿时制作者必须清楚相关物理规律。这种物理实验动画或者仿真实验出现科学性错误的情况不在少数。甘肃某学校报送的获得2011年全国中等职业教育优秀多媒体课件二等奖的作品《电磁感应》（如图3），课件集成了四个实验，制作得界面很漂亮，而且有较强的互动功能。使用时可以用鼠标点击开关，开关就会闭合，再次点击开关，开关就会断开，以此来模拟小线圈中磁通量增大和减小时在大线圈中产生的电磁感应现象。两种情况下产生的电流方向应该是相反的，那么开关闭合和开关断开时演示电流计的指针偏转方向应该相反，但是课件里面，开关闭合和开关断开时，指针都往右边偏，这是明显的科学性错误。另外，仔细观察的话会发现这个课件中的电表只连了一根导线，但居然也能偏转。

信息化手段突破了物理实验的时间限制和空间限制，将一些无法在本校实验室完成的实验搬到屏幕上。信息化手段也扩展了实验的细节可视性和可重复性。使用一些生动形象的动画、课件可以展示一些实验细节，重点难点可以反复展示，提高了课堂教学效果。

在使用信息化手段时不能盲目，要始终围绕提高教学效果这个中心，形式要为内容服务。信息化手段不能够完全代替物理实验，物理实验真实的变化过程具有极强的说服力和感染力，这是信息化手段无法比拟的，信息化手段只能作为一个辅助手段。信息化手段用于物理实验时，要注意科学性问题。

在物理实验教学中应用现代信息技术，培养学生的科学探究精神，现代信息技术也丰富了教师的教学模式和信息资源，提高了教师的专业素养，进一步提高了教师课堂教学的质量和学生课堂学习的效率。

参考文献：

[1]吴芳.浅议信息技术在物理实验教学中的应用[J].科技经济导刊，2018（1）：114-115.

[2]吴平，张师平，李莉，等.信息化技术与物理实验教学的深度融合[J].物理与工程，2016，26（5）：22-26.

[3]陈淑平.中职物理实验教学的几点体会[J].教育教学论坛，2010（29）：138-139.

[4]李萍.中职物理教学中的演示实验改革策略[J].科技信息，2011（14）：579

编辑 武生智