潘家料

摘 要：本文借助新技術(shù)、DIS實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室等手段對演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生動手分組實(shí)驗(yàn)、課外拓展實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行融合教學(xué)，對實(shí)際物理問題的建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不斷提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)效性方面的實(shí)踐作了闡述。

關(guān)鍵詞：新技術(shù)；助力；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）12-0070-3

物理是一門理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)科，物理教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)涵蓋課堂教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組動手實(shí)驗(yàn)，課外拓展的探究性實(shí)驗(yàn)、科技小制作等方面。信息技術(shù)水平的不斷提升，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)效性的提高奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)可在更高的平臺上進(jìn)行。因此，物理教師如何充分利用信息技術(shù)提供的先進(jìn)手段進(jìn)行教學(xué)，從理論到實(shí)踐將信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行融合，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更高效，本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)踐談?wù)劰P者的思考。

首先，從理念上辯證對待信息技術(shù)與教學(xué)的關(guān)系，教育教學(xué)的終極目標(biāo)是為了學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的身心發(fā)展與教育教學(xué)規(guī)律確定教學(xué)目標(biāo)，恰當(dāng)選擇教學(xué)方式與教學(xué)手段，采用靈活的教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生積極思維為教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，避免為了新技術(shù)的使用而進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，造成主次顛倒；然后，在此認(rèn)識的基礎(chǔ)上將新技術(shù)手段融合進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

利用新技術(shù)手段可提高演示實(shí)驗(yàn)的精確度，實(shí)現(xiàn)由定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向定量研究。如用氣墊導(dǎo)軌代替平板探究“力、質(zhì)量與加速度的關(guān)系”“做功與物體動能的改變”“碰撞中的守恒”等力學(xué)實(shí)驗(yàn)，不但減少平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，而且使實(shí)驗(yàn)接近于光滑平面上的運(yùn)動情景，提高實(shí)驗(yàn)的精度。通常教材中“安培力影響因素的探究”實(shí)驗(yàn)是定性研究，若將此實(shí)驗(yàn)改用朗威DIS實(shí)驗(yàn)，可用傳感器測出實(shí)驗(yàn)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度和安培力，就可通過定量的研究，得出安培力與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流強(qiáng)度及磁場中導(dǎo)線長度成正比的關(guān)系。運(yùn)用PASCO數(shù)字化傳感器對氣墊導(dǎo)軌上物塊的簡諧運(yùn)動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究，以定量驗(yàn)證簡諧運(yùn)動的周期。物理量的測量數(shù)字化及數(shù)據(jù)處理的集成化，更好地提升了研究手段，便于實(shí)驗(yàn)探究，激發(fā)學(xué)生對問題的探究意識，掌握探究方法，提高探究問題的能力。如用思科DIS實(shí)驗(yàn)研究物體下落過程的超重與失重現(xiàn)象，利用傳感器測出物體位移情況的實(shí)時(shí)記錄，通過電腦顯示在屏幕上，利用自帶軟件的數(shù)據(jù)處理功能，顯示物體下落過程的位移、速度、加速度及受力情況。相較于只用視頻拍攝下學(xué)生在電梯中運(yùn)動時(shí)臺秤示數(shù)的變化，然后進(jìn)行理論分析的教學(xué)方法，更能直觀、漸進(jìn)地讓學(xué)生在探究中領(lǐng)悟超重與失重的實(shí)質(zhì)。

利用新技術(shù)手段提高演示實(shí)驗(yàn)的可視化程度。需要觀察細(xì)小部件如儀器、儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及瞬間閃過的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，可用展示臺、電腦或手機(jī)自帶攝像頭進(jìn)行拍攝在大屏幕展示，將不易觀察或只有教室前排學(xué)生可觀察到的現(xiàn)象變成全班學(xué)生都可清晰觀察到的現(xiàn)象，將時(shí)間運(yùn)動很短的過程進(jìn)行回放與慢放，同時(shí)可將拍攝到的圖片進(jìn)行展示對比。如借助DIS實(shí)驗(yàn)將自感現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中電流大小及方向進(jìn)行記錄與顯示，由此來分析討論燈泡的“閃亮”現(xiàn)象及電感線圈電流漸變情況，以及將DIS實(shí)驗(yàn)記錄保存的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Excel表格的數(shù)據(jù)處理功能將數(shù)據(jù)分析結(jié)果用圖像展示，有效提升學(xué)生的觀察能力及分析判斷等思維能力，極大地提高實(shí)驗(yàn)的可視程度，這是傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)無法比擬的。

由于片面追求考試成績，現(xiàn)階段從小學(xué)到中學(xué)，對學(xué)生科技意識及動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ瓤萍妓仞B(yǎng)培養(yǎng)不足，因此學(xué)生分組動手實(shí)驗(yàn)通常效率低，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)有效性差，從實(shí)驗(yàn)器材的選取、原理的領(lǐng)悟、過程的設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)處理及對結(jié)論的探究等方面能力都很差。部分學(xué)生在觀望，大部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行和學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。因此，在有限時(shí)間里充分利用微視頻進(jìn)行示范講解，利用仿真實(shí)驗(yàn)室提前對實(shí)驗(yàn)器材選取與實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行模擬，使學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室分組動手實(shí)驗(yàn)時(shí)探究方向明確，實(shí)驗(yàn)操作過程清楚，避免盲目，在科學(xué)有序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后利用Excel表格進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，充分利用Excel表格的數(shù)據(jù)處理功能對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合等處理，用圖像等表示數(shù)據(jù)所展示的規(guī)律。如光的折射規(guī)律探究過程，對實(shí)驗(yàn)記錄下的入射角i、折射角r、等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，依據(jù)數(shù)據(jù)擬合出圖像，對幾個圖像進(jìn)行分析學(xué)生即可得出折射規(guī)律。利用手機(jī)拍攝功能和QQ群或?qū)W樂云平臺，將每個小組有代表性的實(shí)驗(yàn)情況拍攝后在大屏幕展示，通過評析對比，及時(shí)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功之處給予肯定和不足之處加以透徹分析，不斷深化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、方法的領(lǐng)悟，激發(fā)動手實(shí)驗(yàn)的興趣，提升探究等實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，極大地提高實(shí)驗(yàn)課的實(shí)效。

物理是與生活實(shí)際緊密聯(lián)系的學(xué)科，充分利用小玩具等開發(fā)校本實(shí)驗(yàn)資源。如利用激光筆的功能直觀演示光的干涉與衍射現(xiàn)象、光的折射與反射定律等探究實(shí)驗(yàn)，利用學(xué)生閑置生日卡中的發(fā)光二極管，磁性很強(qiáng)的小磁塊，可用于探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象等實(shí)驗(yàn)，教師亦可用其演示小磁塊穿過繞有多個線圈的PR管，對比其自由落體運(yùn)動的快慢情況，根據(jù)穿過同樣長度兩個管的時(shí)間不同和發(fā)光二極管的發(fā)光情況，來分析討論電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力和能的綜合問題，極大地激發(fā)學(xué)生的探究意識，直觀驗(yàn)證了電磁感應(yīng)中的安培力做功與能量轉(zhuǎn)化的問題。手機(jī)導(dǎo)航軟件可以記錄行進(jìn)路線、位移、時(shí)間，結(jié)合百度地圖或搜狗地圖分析兩地的實(shí)際距離等，據(jù)此分析生活中的運(yùn)動，具有數(shù)據(jù)詳細(xì)、操作便捷、全程體驗(yàn)等特點(diǎn)。利用發(fā)光球演示通過人體感應(yīng)使日光燈發(fā)光情況學(xué)習(xí)電場中導(dǎo)體，亦可利用一只手機(jī)放入茶葉罐中，蓋上蓋子，用另一只手機(jī)去拔打（課堂里用免提），聽到的聲音是“對不起，您撥的電話暫時(shí)無法接通，請稍后再撥?！闭f明金屬罩內(nèi)沒有電磁信號，該手機(jī)已經(jīng)被屏蔽，由此來演示靜電屏蔽現(xiàn)象等。將抽象問題給予直觀化，通過教師的示范啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)實(shí)驗(yàn)資源，進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)，還可指導(dǎo)學(xué)生利用3D打印技術(shù)進(jìn)行科技小制作等活動，激發(fā)科技創(chuàng)新意識，為學(xué)生全面發(fā)展、挖掘潛能營造氛圍。

信息技術(shù)的發(fā)展為虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的建立創(chuàng)造了條件，即用數(shù)字技術(shù)在電腦上模擬實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終形成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)結(jié)果的電腦虛擬實(shí)驗(yàn)室，很容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和人人交互，可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享和遠(yuǎn)程操作。如使用網(wǎng)絡(luò)版的NOBOOK系列學(xué)科教學(xué)工具，只需用賬號登錄，即可在實(shí)驗(yàn)室、教室及學(xué)生家里可以上網(wǎng)的地方進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)都是數(shù)字化運(yùn)行，成本幾乎為零。特別是對于高成本耗材或危險(xiǎn)性的物理實(shí)驗(yàn)，如加在燈泡兩端電壓遠(yuǎn)超額定電壓時(shí)燈泡爆裂實(shí)驗(yàn)等，可以在電腦中無數(shù)次重復(fù)進(jìn)行，其方便性、經(jīng)濟(jì)性、安全性顯而易見。但其不足之處也不容忽視，虛擬物理實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備都是數(shù)字化的，與真實(shí)環(huán)境下的真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)相比，只能部分替代真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)，一些目前還無法數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)因素還無法在虛擬實(shí)驗(yàn)中再現(xiàn)，比如材料的味道等。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)是利用物理規(guī)律對真實(shí)實(shí)驗(yàn)的模擬和推理得出結(jié)果，其模擬的真實(shí)程度、精確度也是有限的，一些細(xì)節(jié)問題可能無法模擬。

遵循從感性到理性，從對實(shí)驗(yàn)原理的理解到領(lǐng)悟、方法的遷移，以期提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ慕虒W(xué)思路，達(dá)到應(yīng)用物理概念和規(guī)律解決物理問題的目的，還需充分利用實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)、習(xí)題教學(xué)中實(shí)際問題的物理模型建立等途徑，來提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。利用微課視頻對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，利用保存的DIS實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理過程等，深刻理解實(shí)驗(yàn)原理，總結(jié)提煉實(shí)驗(yàn)方法，在此基礎(chǔ)上通過改變實(shí)驗(yàn)條件及器材參數(shù)，激發(fā)學(xué)生思維，將實(shí)驗(yàn)原理、方法遷移到新的實(shí)驗(yàn)中。創(chuàng)設(shè)新的物理情景或利用實(shí)際物理問題，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在討論研究的基礎(chǔ)上，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室的仿真功能，通過設(shè)置對應(yīng)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證猜想實(shí)驗(yàn)方案的可行性以及對實(shí)際物理問題分析計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證等。

本文只是拋磚引玉，希望廣大物理教師可以結(jié)合實(shí)際將更多、更新的技術(shù)，更好地應(yīng)用于教學(xué)之中，還可開發(fā)一些與教學(xué)有關(guān)的應(yīng)用程序，將新技術(shù)與物理教學(xué)有機(jī)融合，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的濃厚興趣，提升其科技素養(yǎng)，促進(jìn)物理教學(xué)的生動與高效。

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（欄目編輯 鄧 磊）