浅析网络时代背景下的高中物理实验创新研究

2020-11-25冯学军

名师在线 2020年30期

冯学军

（甘肃省武威第七中学，甘肃武威 733000）

引言

信息技术的进一步发展对我国教育事业的发展产生了相应影响，尤其是教学方式也逐渐与网络相结合。高中物理作为中学阶段一门难以理解、较为抽象的学科，不仅能够培养学生的理性思维，还能使学生的学科素养得到有效提升[1]。在高中物理实验开展过程中，教师通过网络技术的应用，通常能够更有效地调动学生学习的主观能动性。网络技术下，高中物理开展实验教学中存在较多挑战与机遇。但是，对于物理知识而言，由于其较为抽象难懂，学习难度相较于其他学科难度较大，教师可以将实验教学与网络技术相结合，对物理实验教学进行改革创新，从而使物理实验的教学水平得到有效提高，进而有效提升学生的物理成绩。

一、网络背景下高中物理实验的特色

网络信息技术背景下的高中物理实验教学，通常具有数字化显示、快速准确动态化的信息采集、实时测量、现象规律可视化等特色[2]。网络背景下，教师通常更注重学生运用信息技术开展实验的能力，更注重对学生创新能力、探究意识的培养。

（一）物理量实时采集和显示

（1）过程量。例如，在开展“单摆周期性的验证”实验时，教师可以通过信息技术系统中的光电传感器进行计时。与传统实验使用的用眼睛观察秒表相比，信息技术更便于记录单摆通过平衡位置的具体次数，且误差更小。

（2）瞬间量数据的采集和显示。网络信息技术通常能够对瞬间量实施准确的测量及动态显示，能够使物理本质实现量化。例如，在相关实验中，教师可以通过传感器对碰撞中的互相作用力进行研究，通过光电门传感器对瞬时速度进行研究等。

（3）微小量数据的采集和显示。例如，通过网络信息技术，电流传感器的精确度通常能够达到0.1μA，具体测量的范围能降低至-1μA 至1μA，通常能够对微小电流进行测量，如人体、水果、电池电流等。

（二）数据处理

网络信息技术通常能够对数据进行快速计算，并实施定量处理分析，然后拟合图像，获得物理规律。例如，在对牛顿第二定律中的加速度和质量、力的关系进行研究时，传统的研究方式在数据处理方面不仅费时，还极为麻烦，而通过网络信息技术的运用，教师可以将采集的数据输入计算机中，而计算机通常能够快速处理相关数据，并拟合成相应图像，在短时间内进行定论，并获得实验结论，从而确保教学效率的提高。

二、网络背景下高中物理实验的创新

（一）展示与分析实验过程

在学生动手操作的过程中，教师可以将学生实验操作的整个过程用视频记录下来，并对录像进行汇编与分析。网络背景下，物理教师可指导学生运用计算机对实验过程进行回放。在具体回放中，学生可以根据自己的操作过程，对自己实验操作中出现的错误进行辨析，并对实验误差出现的原因进行分析[3]。对于自学能力较强的学生来说，其通过分析自己的实验操作，通过网络和物理教师分析与交流相关情况，从而有更多自主发展的空间。物理教师还能够通过相关调查表，对学生的学习状况进行收集，并上传资料实施统计分析，充分掌握学生的薄弱环节，并根据这些资料，突破学生无法掌握的难点。同时，通过网络技术，教师还可以上传学生的资料，并逐渐归类整理，从而构建完整的实验误区的资料库，进而确保实验教学的顺利开展[4]。在该教学方式下，学生成为实验教学活动的主体，而教师则作为引导者，对实验录像实施精确的汇编，并指导学生对实验错误进行辨析，从而有效提高学生的学习能力。

例如，在运用电流表测量电流时，部分学生会遇到电流表读数困难。此时，教师可以引导学生连接电路，并对电路中的电流大小进行测量，然后引导学生通过屏幕对电流表的具体使用规则及读数方法进行模拟演示。经过2～3 次的读数练习，学生通常能够有效掌握电流表的具体读数及使用方法。对于连接电路存在困难的学生而言，其通过对自己实验过程视频的观看，通过师生、生生交流能够发现连接电路中出现的问题。对于在实验中无法做或者不方便做的实验，教师可通过计算机科学模拟（simulation）及视频资源开展教学。例如，在开展“超重和失重”实验教学时，物理教师可根据人在电梯内，电梯上下过程中失重和超重的例子进行讲解。在实际上课时，教师通常不方便带领学生进电梯观察，因此可以在课前将实验过程录制下来，并对录像实施整编与分析。网络背景下，教师通过计算机指导学生自主观看实验过程，引导学生进行自主分析，通常能有效提高学生的学习能力。

（二）数字信息系统实验室的数据处理

数字信息系统实验室（Digital Information System Laboratory，简称 DIS）主要是由“数据采集器+传感器+实验软件包+计算机”所构成的新型化实验系统。DIS 系统综合应用了传感器中的数据采集、分析、记录技术，并构建出依赖于计算机平台的一个实时的实验系统，且有效避免了传统实验的弊端[5]。DIS 实验通常具有电压、电流、温度、微电流、声波、压强、位移、磁、光电门、力等不同传感器，能够有效确保各项物理实验的开展。DIS 在被运用到高中物理的实验室时，通过传感器对实验数据进行采集，并以接口和计算机进行连接，以实现数据的顺利采集与分析，并绘制出相应的曲线和数据分析表，能够更为快捷、方便地测量出物理量和实验物理量的关系。例如，在开展电源电动势和内阻的测定、牛顿第二定律等相关实验时，教师可以通过实验中的数据构建Excel 数据表，从而有效生成相应的点线图。对非线性关系相关物理量而言，通常教师可通过数据处理的软件实施曲线拟合，从而使学生更好地发现物理量间的规律与关系。例如，音叉的震动可通过计算机绘制出相应的振动图像，并用数据处理器进行拟合。这样，学生就会发现该振动图像与正弦函数具有直接关系。又如，在对牛顿第二定律中变速运动的状态进行探究时，DIS 也能得到其与函数的关系。DIS 不仅能够代替温度计、打点计时器、温度计、弹簧秤、压强计等传统的仪表，还能对传统仪表不能准确测量的物理量进行测量，如对瞬时速度、微电流等的直接测量。DIS 不仅是单纯的替代，还可以使测量的范围、精度、速度都得到有效扩大和提高。

（三）强化实验教学反馈检测

强矫正、快反馈是学生物理学习质量有效提高的重要途径。通过计算机具备的速度快、贮存量大、交互性能较好的特征，教师开展具有针对性的检测与训练，能够使学生对相关问题的思维方式、过程、结果的正确性进行即时判断，并对学生的思维方式进行矫正。物理教师可依据学生的学习情况，创建相应的问题情境，引导学生独立自主地进行上机学习，并辅助学生进行相应的反馈练习，从而使学生的自学能力及处理相关问题的能力得到有效提高[6]。例如，教师可以通过网络技术将实验教学的内容绘制成填图、填空、选择、改错、判断等不同类型的标准训练题，然后指导学生将答案输入电脑中，并通过电脑对答案的正确性进行直观的判断。

（四）实验复习

在高中物理的实验复习课程中，对于有些演示实验，学生会记不清或者忘记。但复习的时间又比较紧迫，教师无法将平时教学的实验再做一遍。而通过网络技术的应用，教师就可以将做过的相关实验重新演示一遍，并通过网络具备的较强交互性，增加学生的实验学习机会，同时充分发挥出学生在实验课堂上的主体作用，从而使学生积极参与到物理实验的活动中。网络技术不仅能够使实验复习课程的容量得到有效扩充，还能使实验教学的复习效率得到有效提高。例如，在复习“电磁振荡与电磁波”实验时，教师就可以播放实验相关视频，讲解电磁波的出现、调制发射、传播、接收等相关过程，从而显著提高课堂教学效率。或者在对不同实验装置的相关装配与电路连接进行复习时，教师可以通过CAI 课件，引导学生通过计算机进行组装连接，并在出现错误时给予相应的提示。除此之外，物理教师还可以把各种不同类型的实验难点、重点进行剪辑录制成影像，让学生观看，并提出相应的问题，引导学生思考，从而使学生能够在更加愉快的氛围中掌握相关物理知识，并使学生的复习效率得到有效提高。