肖沛

摘要：本文分析了大學(xué)物理實驗傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足、信息技術(shù)與物理實驗課程整合后的優(yōu)勢，闡述了信息技術(shù)與物理實驗課程在整合過程中的策略、分類和應(yīng)注意的事項，以期能為教師提高教學(xué)效率提供參考。

關(guān)鍵詞：物理實驗；信息技術(shù)；整合

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）12-0089-03

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗?zāi)苷故疚锢碇R的形成與發(fā)展過程，能強化學(xué)生對物理知識的理解，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。隨著科技的發(fā)展，物理實驗的傳統(tǒng)教學(xué)方式已難以適應(yīng)時代的需求。而利用現(xiàn)代信息技術(shù)的特點能彌補傳統(tǒng)物理實驗的劣勢，改善實驗教學(xué)環(huán)境，豐富實驗教學(xué)手段，進而提高教學(xué)質(zhì)量。

● 傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗的不足

1.實驗管理方式效率較低

傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗的開課大多比較集中，通常在規(guī)定的時間、地點，單人或兩人一組進行。由于大學(xué)生人數(shù)多，對物理實驗需要的批次量大，所以教師的排課工作量巨大。如果有學(xué)生因故請假，那么教師就會面臨重新預(yù)約、補做實驗等問題，這在一定程度上又加大了實驗管理的難度。

2.不利于個性化教學(xué)

傳統(tǒng)實驗教材的內(nèi)容大同小異，這就導(dǎo)致通過實驗得到的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論近乎統(tǒng)一，這與學(xué)生需求的多樣化產(chǎn)生矛盾，從而使學(xué)生失去了做實驗的興趣，甚至有的學(xué)生抄襲別人的實驗數(shù)據(jù)來應(yīng)付，在這方面教師也難以把控。

3.實驗條件的局限性

由于一般高校的物理實驗室受到資金投入、場地條件、安全措施等方面限制，所以學(xué)生無法開展一些實驗，如高溫、強電、強磁實驗，高能粒子實驗，空間實驗等。即使有些實驗?zāi)軌蜷_展，也可能會因為環(huán)境和實驗條件限制而出現(xiàn)錯誤結(jié)果，甚至是與理論完全相悖的數(shù)據(jù)。另外，出于對學(xué)生安全的考慮，有些實驗也不允許學(xué)生親自操作，這就制約了學(xué)生的實驗?zāi)芰Φ陌l(fā)展。

4.不利于抽象物理現(xiàn)象的展示

物理學(xué)科有一些原理，如電磁波的傳播、干涉、衍射等是比較抽象的，它們在傳統(tǒng)實驗中不能得到形象地展示。再加上學(xué)生生活、學(xué)習(xí)的局限性，使得他們?nèi)狈χ苯拥慕?jīng)驗，所以學(xué)生對這些原理的理解存在一定難度。

5.物理實驗環(huán)境單調(diào)

學(xué)生希望在實驗中能夠任意改變實驗條件，調(diào)節(jié)實驗參數(shù)，而傳統(tǒng)的常規(guī)實驗儀器往往很難滿足學(xué)生的需求，物理實驗環(huán)境相對單調(diào)。

● 信息技術(shù)與大學(xué)物理實驗整合的優(yōu)勢

1.有利于實驗教學(xué)管理

利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)建設(shè)物理實驗室管理系統(tǒng)可以有效解決管理難的問題。該管理系統(tǒng)可以分為學(xué)生系統(tǒng)（可實現(xiàn)實驗預(yù)約、在線提交報告、在線提問等功能）、教師系統(tǒng)（教師可以掛載各種課件、講義等教學(xué)資料）、在線實驗仿真系統(tǒng)（學(xué)生可以在線進行虛擬仿真操作實驗、預(yù)先熟悉實驗儀器的各種操作等）等多種系統(tǒng)，這些系統(tǒng)組成了實驗中心網(wǎng)站。該網(wǎng)站的建設(shè)不僅能方便教學(xué)的組織與管理，還有利于實施開放實驗教學(xué)，降低人力、物力成本。

2.能拓寬知識的獲取途徑，改變師生的交流方式

如今，信息技術(shù)已經(jīng)改變了人們的生活和學(xué)習(xí)方式，利用網(wǎng)絡(luò)來獲取知識已是常態(tài)，各種即時通訊軟件更是縮短了人與人之間的距離。教師可以在線布置任務(wù)，展開討論，學(xué)生則可以對實驗開展情況發(fā)表個人的意見和建議，師生之間都是在線進行交流、問答。把實驗教學(xué)從實驗室擴展到網(wǎng)絡(luò)上，突破了物理實驗在時間、空間和人數(shù)上的限制，能夠極大地提高實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量。

3.有助于學(xué)生對實驗原理的理解，提升實驗興趣

利用音頻、視頻、動畫等現(xiàn)代信息技術(shù)手段，能使抽象、深奧的物理概念及原理簡單化和直觀化，從而有助于學(xué)生在最大程度上理解和接受知識，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，提高其思維能力。

4.改變學(xué)生實驗的預(yù)習(xí)方式

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的運用，能為學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)提供更多有效的途徑。學(xué)生既可以在實驗中心網(wǎng)站下載多媒體課件等各種電子資源，也可以在圖書館利用電子資源庫得到豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這使得學(xué)生學(xué)習(xí)不再受時間、地點限制，隨時隨地都能學(xué)習(xí)。學(xué)生還可以通過仿真實驗，對實驗的整個過程進行預(yù)演，對實驗的內(nèi)容、步驟，數(shù)據(jù)的采集、處理等各個環(huán)節(jié)有初步的認(rèn)識，這對實際動手操作實驗會有很大的幫助。

5.有助于統(tǒng)計成績和分析教學(xué)成果

物理實驗的總評成績往往是由學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告、實驗考核等方面組成。每個學(xué)期，學(xué)生要完成多個實驗，所以對學(xué)生成績的統(tǒng)計和分析工作是非常繁瑣的。教師管理系統(tǒng)在這方面具有不可比擬的優(yōu)勢：教師把各類數(shù)據(jù)輸入管理系統(tǒng)后，計算機就會高效、準(zhǔn)確地處理出所需的各種成績分布。這種詳細的實驗分析數(shù)據(jù)能幫助教師及時發(fā)現(xiàn)問題、分析原因，進而改進教學(xué)方法。

● 信息技術(shù)與大學(xué)物理實驗整合的策略

1.制作優(yōu)良的實驗課件

制作實驗課件的目的是幫助學(xué)生進行實驗前的預(yù)習(xí)和完成實驗后的自主學(xué)習(xí)，從而提升學(xué)生對實驗原理的理解和實驗?zāi)芰?。課件內(nèi)容可以包括常規(guī)的實驗原理、方法、步驟、儀器結(jié)構(gòu)等，也可以增加拓展內(nèi)容，如該實驗的產(chǎn)生背景、應(yīng)用價值、發(fā)展前景等。

2.升級智能化物理實驗系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)的實驗儀器缺乏先進的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，所以學(xué)生不能把更多的時間放在探究物理規(guī)律上來。而利用信息技術(shù)在常規(guī)實驗儀器的基礎(chǔ)上升級改造，如用溫度和壓力傳感器來精確測量溫度、壓力數(shù)據(jù)，用光電倍增管來測量平常不易測量的光強等，能夠為學(xué)生節(jié)省大量時間，能夠在保證鍛煉學(xué)生能力的基礎(chǔ)上，讓他們了解現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，從而掌握如何把常規(guī)儀器與信息技術(shù)相結(jié)合的知識，提升科學(xué)素養(yǎng)。

3.建設(shè)虛擬仿真實驗

實驗儀器使用率高、易損壞、存放環(huán)境要求高、部分實驗儀器昂貴等都是制約實驗室管理和發(fā)展的因素，但仿真實驗可以較好地解決這些問題。仿真實驗通過軟件程序能將實驗?zāi)康?、原理、器材、?nèi)容、數(shù)據(jù)處理等有機融為一體，能進行不宜在普通實驗室操作的實驗，能準(zhǔn)確、直觀地呈現(xiàn)出像場的分布、液體擴散等抽象的物理過程。對于仿真軟件，學(xué)生既可以在自己的計算機上運行，也可以將其放在實驗中心網(wǎng)站上在線操作。仿真實驗不但減少了實驗儀器被大量使用的損耗，降低了實驗運行成本，還節(jié)省了學(xué)生到實驗室進行預(yù)習(xí)實驗的時間，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

● 信息技術(shù)與大學(xué)物理實驗整合的分類及方式

1.實驗原理的形象直觀展示

利用信息技術(shù)可以模擬抽象的原理，使之形象化、直觀化，有利于學(xué)生理解。例如，針對示波管原理的介紹，可以用計算機模擬電子聚焦、偏轉(zhuǎn)、掃描、發(fā)光的整個過程，再輔助顯示一些磁場分布情況，把整個物理過程展現(xiàn)在學(xué)生面前，能帶給學(xué)生直觀的認(rèn)識，很好地幫助他們理解實驗原理。

2.慢放瞬間的物理過程

對于一些瞬間發(fā)生的物理現(xiàn)象，我們無法觀察到其發(fā)生的過程，只能測量其發(fā)生后的物理量。例如，電介質(zhì)的極化過程。介質(zhì)加上電場后，電偶極子的旋轉(zhuǎn)拉伸過程時間極短，所以這個過程是無法觀測的。而仿真實驗通過動畫的形式能模擬這個物理現(xiàn)象瞬間的發(fā)生過程，在學(xué)生的頭腦中呈現(xiàn)出清晰的物理圖像。

3.展示實驗儀器的細節(jié)

有些物理實驗儀器的刻度細小而不易觀察，這給教師講解帶來了一定的難度。而通過運用多媒體課件在大屏幕上投影放大，能展示細節(jié)，收到較好的教學(xué)效果。例如，在分光計的實驗中，關(guān)于刻度盤上刻度細小且類似游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方式，只有在讓學(xué)生近距離觀察時，講解才能起到效果，但儀器只能同時給兩三位學(xué)生觀察，這就增加了講解的難度。而運用多媒體課件模擬讀數(shù)盤的測量過程，能將儀器尺寸和刻度線充分放大，這樣就非常方便教師講解和學(xué)生學(xué)習(xí)。

4.模擬實驗現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)實驗情境

有一些物理實驗具有安全隱患，不宜讓學(xué)生實際操作，如涉及放射性物質(zhì)的實驗；有一些實驗不易直接觀察到物理過程，如氣體分子的運動；有一些實驗的物理機制及原理不易直接觀察，如光子糾纏；有一些實驗儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不宜直接打開講解原理，如真空泵、真空室；等等。用現(xiàn)代信息技術(shù)來輔助物理實驗，能創(chuàng)設(shè)實驗情境，模擬物理過程，使微觀物理可視化，抽象原理形象化，再與實體實驗儀器結(jié)合分析物理過程，能幫助學(xué)生理解和接受，并加深理解物理規(guī)律。

5.重現(xiàn)經(jīng)典實驗

由于物理是實驗科學(xué)，所以讓學(xué)生了解一些物理學(xué)發(fā)展史上的著名實驗，對激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣具有重要意義。但由于條件限制，有些實驗很難重復(fù)實現(xiàn)，而通過計算機模擬經(jīng)典實驗，既能突破條件限制，又能讓其發(fā)揮應(yīng)有的作用。例如，庫倫測量點電荷作用力的扭秤實驗、盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核結(jié)構(gòu)的α粒子散射實驗等，能避免教學(xué)枯燥，活躍課堂氣氛。

● 整合過程中應(yīng)注意的事項

1.不可夸大現(xiàn)代信息技術(shù)的作用

需要注意的是，雖然信息技術(shù)與物理實驗整合能夠提高教學(xué)效率，但信息技術(shù)不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗，只能起到輔助的作用。因為傳統(tǒng)實驗在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、科學(xué)思維能力等方面有著不可取代的重要地位，如果一味夸大現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，教學(xué)效果將會適得其反。只有將現(xiàn)代信息技術(shù)與物理實驗有機整合，融為一體，才能使其發(fā)揮作用。

2.不可簡單地把課件媒體化

課件不能是實驗教材的簡單翻版，而是要充分研究學(xué)生的特點，使其不僅能用于輔助教學(xué)，還能起到拓寬學(xué)生知識面和提高能力的作用。課件的制作要精良，可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，在課件中融入聲、光、動畫等方式，通過各種軟件平臺進行制作，這樣能把實驗內(nèi)容形象、直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，使他們感興趣且易于接受。

3.與時俱進，善于應(yīng)用新的技術(shù)

時代在發(fā)展，科技在進步，我們的生活也隨之發(fā)生改變。作為大學(xué)教師更應(yīng)該與時俱進，善于利用新技術(shù)，如實驗教學(xué)的MOOC開展等。所以實驗課教師要及時更新自己的知識儲備，更新思想觀念，讓科技發(fā)展更好地為教學(xué)服務(wù)。

● 結(jié)束語

其實，傳統(tǒng)物理實驗課程和現(xiàn)代信息技術(shù)的有機整合并無固定模式。只要實驗課教師不斷學(xué)習(xí)新的知識，提高自身素質(zhì)，敢于并善于利用新的科學(xué)技術(shù)，及時改變教學(xué)方式，積極探索兩者整合的模式，就能發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，彌補傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的劣勢，提高教學(xué)效率。