初探物理實驗的信息化道路

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一、信息技術(shù)應(yīng)用于物理實驗教學(xué)的途徑

1.信息技術(shù)作為演示實驗的輔助工具

由于受到教學(xué)條件、教學(xué)場地、教學(xué)時間等限制，傳統(tǒng)的演示實驗效果常常不如人意。信息技術(shù)作為演示的工具，可使靜態(tài)事物動態(tài)化、微觀現(xiàn)象可視化、抽象知識形象化，完成難做實驗的仿真模擬、進行物理過程的動態(tài)分析。有些實驗現(xiàn)象比較清晰，但實驗現(xiàn)象背后的本質(zhì)比較抽象，這時就需要動畫模擬演示，在慢動作中將微觀變化放大處理，為學(xué)生搭建由形象思維邁向抽象思維的“橋梁”，從而加深學(xué)生對實驗的理解，提高課堂效率。例如，在做“波的干涉”實驗時，振動加強區(qū)和振動減弱區(qū)相互間隔，這個現(xiàn)象很容易觀察到，但對于為何會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，學(xué)生很難理解，因為波的疊加原理涉及到微觀動態(tài)觀察，學(xué)生很難跨越形象直接進入本質(zhì)，此時如采用動畫模擬演示，邊慢節(jié)奏的動畫演示，邊配上適當(dāng)?shù)闹v解，學(xué)生在可視化的環(huán)境中，很容易就掌握波的疊加原理了。有些實驗在課堂內(nèi)因教學(xué)條件所致無法開展，此時可用計算機進行模擬，或用視頻資源來彌補教學(xué)條件的不足。例如，在講原子核式模型時，對于α粒子的散射實驗，只能用仿真實驗來模擬代替。

2.信息技術(shù)作為實驗數(shù)據(jù)采集和處理的工具

信息技術(shù)不僅有強大的展示功能，還有高速的信息處理能力。利用信息技術(shù)這一特點可使原本復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過程變得輕松快捷。例如，可以利用EXCEL表格記錄數(shù)據(jù)，利用軟件自帶的畫圖功能，實時作出點線圖，在探究兩個變量的關(guān)系時顯得尤為方便。在探究單擺周期和擺長之間關(guān)系時，就可利用EXCEL的畫圖功能，描繪圖像，促使思維的轉(zhuǎn)化。新教材中引入了數(shù)字信息系統(tǒng)實驗室(DigitalInformationSystemLaboratory，簡稱DIS)，它是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實驗軟件包+計算機”構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)。它運用傳感器采集實驗數(shù)據(jù)，通過接口與計算機連接，完成數(shù)據(jù)的采集、分析，必要時可以畫出數(shù)據(jù)分析表和曲線，還可以對不同條件下的實驗誤差進行分析與討論。DIS實驗系統(tǒng)不僅大大簡化了數(shù)據(jù)處理的過程，而且大大提高了數(shù)據(jù)測量的精度，大大降低了實驗誤差，使原本在傳統(tǒng)教學(xué)中只能定性分析的實驗也可進行更精確的定量研究了，這樣就可以使學(xué)生更專注于實驗內(nèi)在的原理研究。

3.信息技術(shù)作為進行探究性實驗的研究工具

在研究力的平衡、運動的合成等實驗中都可以支持學(xué)生進行多角度、多方位的探索。又如，仿真物理實驗室這一工具軟件，在虛擬環(huán)境中創(chuàng)設(shè)了一個完備的綜合性實驗室，它可同時為許多學(xué)生提供自己動手、探索問題的模擬實驗環(huán)境，學(xué)生可以利用它進行無限次的設(shè)想、嘗試、探索和思考。

4.信息技術(shù)作為實驗基本技能訓(xùn)練的工具

對一些復(fù)雜儀器的準(zhǔn)確使用和讀數(shù)是進行實驗的基本功，它往往需要經(jīng)過大量的練習(xí)，才能達(dá)到熟練的程度。信息技術(shù)在虛擬世界中為學(xué)生提供了全方位、開放性的操作環(huán)境，學(xué)生可隨時隨地的進行模擬練習(xí)，在訓(xùn)練的同時還能得到及時的反饋，每個同學(xué)根據(jù)反饋，可及時調(diào)整訓(xùn)練重點，真正做到了因材施教。例如，在游標(biāo)卡尺的讀法上，就可采用上述方法。

二、信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式

1.學(xué)生自主的研究型教學(xué)模式

學(xué)生一般只能沿著老師指定的路線往下走，被動的去接受所謂的實驗結(jié)論，完全缺乏主動權(quán)，如今利用信息技術(shù)可為學(xué)生們提供動態(tài)的情境空間，提供廣闊的探究舞臺，學(xué)生完全可以自由的獨立自主的進行探究活動，在反復(fù)的嘗試、反思、修正中提高自己的實驗素養(yǎng)和思維品質(zhì)。它的流程一般為：提出問題→作出猜想→設(shè)計實驗→收集、處理、分析數(shù)據(jù)→交流討論→反思修正實驗方案→再次嘗試實驗→歸納總結(jié)規(guī)律→評價實驗過程。這種教學(xué)模式雖然花時比較多，但在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力上起著不可替代的作用，因此教師還是應(yīng)該自覺的盡量使用。

2.師生協(xié)作的互助型教學(xué)模式

由于學(xué)生的能力有限，完全的自主探索，不僅耗時多，而且很可能一直找不到正確的方向，多次失敗還會導(dǎo)致部分學(xué)生喪失繼續(xù)探索的勇氣，因此，師生互助型的教學(xué)模式就顯得更為有效。教師可以組織學(xué)生進行充分的討論，在此基礎(chǔ)上篩選出幾種有代表性的比較可行的方案，再讓學(xué)生去嘗試討論。它的流程一般為：教師提出問題→學(xué)生作出猜想→師生共同討論設(shè)計實驗→選定設(shè)計方案→收集、處理、分析數(shù)據(jù)→師生交流討論→學(xué)生歸納總結(jié)規(guī)律→師生共同評價實驗過程。

三、信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)整合中要注意的問題

1.處理好模擬實驗和傳統(tǒng)實驗的關(guān)系

模擬實驗雖有種種長處，但它畢竟是存在于虛擬世界，它無法替代傳統(tǒng)實驗的真實性，若不加區(qū)別，一味用虛擬的過程替代真實實驗，將會弱化學(xué)生的實際操作能力和科學(xué)意識，背離實驗教學(xué)的初衷。因此，模擬實驗只能作為傳統(tǒng)實驗的補充，在傳統(tǒng)實驗無法滿足課堂需求時，作為局部突破，配合使用，只有這樣，教學(xué)才能收到事半功倍的效果。

2．處理好數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的關(guān)系

數(shù)字化的實驗環(huán)境自動化程度比較高，學(xué)生接觸比較少，使用時更易由于好奇而過多的關(guān)注傳感器本身，反而將實驗的物理意義弱化了。另外，在培養(yǎng)細(xì)致、認(rèn)真、耐心的觀察習(xí)慣上，數(shù)字化的實驗環(huán)境也有所欠缺。因此，盡管數(shù)字化改造是實驗教學(xué)條件現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，但我們還是應(yīng)該把真實實驗條件作為實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)，信息技術(shù)裝備只能是物理實驗的有力的輔助設(shè)備之一。

作者：包 莉 單位：江蘇省昆山中學(xué)