应用信息技术破解四类物理实验难题

游艺辉

摘 要 信息技术发展和普及为物理教学解决一些物理实验难题提供了新的途径。文章对中学物理实验存在的，诸如抽象的物理 知识难以用传统常规的手段进行实验、部分演示实验能见效果差无法给学生清晰展示、物理实验中的实验现象变化过快 不利于观察、有些物理实验具有危险性或条件要求高而无法进行等难题进行分析，探究了影像、投影和虚拟等信息技术解 决这些中学物理实验难题。

关 键 词 信息技术;物理实验;难题

在物理教学中加强物理实验教学，对培养学生的 观察和科学探究能力具有重要意义。但是在实际教 学中，往往由于学校设备不完善或者实验本身操作难 度大等原因的限制，部分物理实验无法进行操作，进 而影响了物理教学质量。^[1]而运用信息技术手段则很 好地解决了这一问题。在信息技术条件支持下，教师 在进行中学物理演示实验教学时，可借助信息技术创 设一个模拟的物理实验，进而对整个实验过程进行详 细的呈现，使得学生更好地观察、理解和接受。^[2]

一、中学物理实验难题特点

1. 抽象的物理知识难以用传统常规的手段进行实验

物理抽象概念的表示一直是中学物理学习中的 重难点。在教学内容中经常有一些抽象的知识点，这 些知识点只有通过分析、归纳、推理等方式才能得出 相应的结论。学生大多只能通过想象力把一些抽象 的知识点具体化，但对于抽象思维尚未完全成熟的初 高中生，很难单凭想象力准确想象天体运行规律、磁 场的相关知识等，这些虚幻游离的力、电、磁，往往令 学生望而生畏。

1. 部分演示实验能见效果差无法给学生清晰展示

物理教学中，有时必须通过演示实验来验证物理 理论的正确性，这样既加深了学生对物理理论的认 知，又掌握了科学实验的方法。但有的演示实验现象 过于微观而不易观察，无法向全班同学清晰展示实验 现象，导致教学效果大打折扣。

1. 物理实验中的实验现象变化过快不利于观察

在物理实验中，有些物理实验是在瞬间完成的， 实验变化过程往往没办法直观展示给学生看。而一 部分实验耗时却较长，由于课堂时间有限，教师往往 采取片段式演示实验过程。这些都不利于学生对实 验过程的理解及掌握。^[3]

1. 有些物理实验具有危险性或条件要求高而无 法进行

中学物理实验中，并不是所有的实验都可以在实 验室完成的。有的实验具有一定的危险性，有的对实 验条件要求较高，缺乏实验器材，一时难以完成，影响 了实际的教学效果。

二、应用信息技术解决物理实验难题的策略

1. 应用影像技术，将实验中抽象物理知识变得具 体化

许多物理知识比较抽象，比如电流，学生看不到， 若能将这些看不见的电流通过影像技术来模拟，制作 成动画或VR，就能增强学生的真实感受，增强学习 效果。

例如，教师在进行“滑动变阻器”演示实验教学 中，滑动变阻器中的电流具有一定的抽象性，学生因 为看不到，在实验的过程中需要在头脑中进行想象， 并依据想象的结果，建立與其相对应的模型。这一过 程，对于缺乏想象力的学生来说，存在较大的难度。 教师在具体的实验教学活动中，就可以充分利用Flash 脚本中的相关函数、影片等，制作出相应的模拟动画， 并将电流流动过的滑动变阻器设置为红色。在这一 过程中，学生就可以形象、直观地感受电流，进而更好 地了解演示实验。又如，“万有引力定律”是中学物理 的重点知识，但由于其抽象性，无形之中增加了学生 学习的难度。在国外很早就开始关注虚拟现实技术

在物理学科中的应用，主要表现为物理虚拟实验。国 内的虚拟现实技术虽然起步较晚，但这几年越来越受 到重视。国内有学者开发出“三体运动”VR教学软 件，模拟出“万有引力定律”章节中的实验，对“三体运 动”进行直观的表现，创设一个沉浸式的、交互性的虚 拟教学环境。^[4]

1. 应用投影仪技术，将能见效果差的实验进行细 节放大处理

在物理教学中，由于一些演示器材形状较小，如 电动机小模型，刻度尺测量实验或者有些实验不能竖 立起来演示，如电场线演示板等，虽然这些实验简单 易行，但由于其可见度低，如果在教师在讲台上做实 验，很多学生由于距离教师比较远，很难观察清楚。 这个时候教师可以利用多媒体设备，对实物进行投 影，将演示过程及结果放大处理，使原本只有近观才 能看清的现象，放大到全体学生都可以看清，使学生 原本觉得抽象的内部结构和抽象的物理概念通过投 影仪的放大变得清晰可见，使实验教学效果大大 提升。

例如，磁感线的方向可通过小磁针的指向来确 定，那么学生如何能够清楚地看见空间磁场的方向 呢？这是物理实验教学的一个难题。课本中的二位 剖面图对于空间想象力差的学生来说，学习起来尤为 困难。可以通过实验让学生感受磁场的方向，往往视 觉效果欠佳。这时候可以通过投影仪将实验现象放 大，当教师把内含小磁针的白色板子放在投影仪下面 的平板上时，电子白板屏幕上出现小磁针排列出来的 图像，此时小磁针的指向不规则、不明显。当教师把 U型磁铁放在板子上并用拳头敲击白色板子时，通过 电子白板屏幕可以很清楚地看到U形磁体周围小磁 针的指向发生明显地变化，出现类似课本中磁感线的 一条条曲线，而且有一定的规则。当教师改变U形磁 体的放置后再次敲击板子，在电子白板屏幕上清晰地 看到小磁针排列方式的改变，但小磁针还是有规则地 指向。通过这样放大的实验现象，让学生更清晰地看 到磁场方向，更好地理解了磁感线及其方向。^[5]

1. 应用视频暂停技术，将物理实验现象进行定格 分析

应用信息技术，可以在教师演示物理实验的过程 中，暂停，慢镜头、加速、回放等对视频加以处理，指导 学生细致地观察实验细节，从而发现物理规律。如在 讲机械波的成因时，形成机械波的各质点都在做上下 运动，但好多学生在这之前都认为各质点随波迁移才 能形成机械波。传统演示实验在实际操作时由于时 间短而不能观察清楚，视频实验的慢放可以很好地弥 补这一不足。教师借助视频演示实验慢放功能，让学 生观察系在绳上的红色物体（代表绳上某一质点）的 运动情况，学生可非常明显看出红色物体做上下运 动，与原有经验产生强烈冲突，激起内心急于要了解 绳波成因的冲动。

1. 应用虚拟平台技术，将具有危险性或条件要求 高的实验进行模拟化处理

对于具有危险性或条件要求高的实验，可以应用 信息技术构建网络虚拟实验室，优化实验教学条件。 网络虚拟实验室相对于真实实验室的优点是，教师和 学生可以根据实验的需求，利用软件虚拟平台选择相 应的实验器材及实验平台，然后利用这些虚拟器材完 成实验。在虚拟实验平台中，不但可以进行一些真实 实验中比较危险的实验，而且对于有些器材在真实实 验室中不具备的 、比较复杂的实验，也可以轻松完成 实验，给学生一个直观的认识。这样，可以避免实验 中存在的危险，保证了实验教学中学生的安全。如托 里拆利实验里面的水银有毒，在实验过程中，必须十 分小心，但即使操作小心谨慎，往往还是会出现水银 洒落的事情。如果用實验虚拟平台进行模拟，就可以 让学生观察到形象逼真的实验过程，达到了教学预期 目的。虚拟实验平台的另一个优势就是：可以利用虚 拟平台让学生虚拟实验操作，等学生熟悉了实验操 作，然后再进行真实实验，这样就可以避免学生因为 操作不当损坏器材。

参考文献：

[1]蒿仲余.信息技术在高中物理教学中的运用西部 素质教育 .2019（16）：112-113.

[2]董友生.信息技术与高中物理教学深度融合的策略探 究教育现代化

[3]林莉.大数据背景下高中物理教学的实践探索当 代教研论丛.2019（5）：8-9.

[4]李昊霖，郑锋士，蔡苏. 虚拟现实技术探究“三体运动” —虚拟现实技术在高中物理万有引力定律学习中的应用 中小学信息技术教育.2018（10）：74-76.

[5]廖凌宏. 反馈在物理实验教学中的应用—以“用磁 感线描述磁场”教学片断为例福建基础教育研究2017 （4）：117-118.

（责任编辑：周志平） 纵火案。柯南让三位嫌 疑人说出案发当晚上11点左右他们各自在做什么，三