楊 鑫

(福建省福州第十一中學(xué)，福建 福州 350001)

應(yīng)用信息技術(shù)協(xié)助完成初中物理實(shí)驗(yàn)，是對(duì)初中物理教學(xué)的有益探索，通過這種智慧化的教學(xué)模式，不但解決了在物理實(shí)驗(yàn)開展中一直存在的各種問題，更好地提升課堂的教學(xué)效率，同時(shí)，也能夠使物理實(shí)驗(yàn)更加的直觀，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造良好的物理實(shí)驗(yàn)氛圍.

1 應(yīng)用信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要性

1.1 模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境

初中物理的教學(xué)中，在較多因素的影響下，很多物理實(shí)驗(yàn)無法在課堂上開展.首先，有很多物理實(shí)驗(yàn)是非常具有專業(yè)性的，需要大型的物理設(shè)備.例如，完全真空的物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境等，學(xué)校已有的教學(xué)設(shè)備并不能很好地完成物理實(shí)驗(yàn)；其次，很多大自然的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，受溫度、濕度、相互作用等要素的作用，需要很充分的前期準(zhǔn)備，無法隨時(shí)為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示；最后，有些初中物理實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)的是微觀層面的，由于初中階段學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握還不夠完備，對(duì)很多微觀世界的抽象概念沒有現(xiàn)實(shí)的具體形象，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中很難從中得出老師需要表達(dá)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.而且教師的個(gè)人精力是有限的，不能對(duì)每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的理解進(jìn)行全方位的關(guān)注.在這些事件的影響下，物理實(shí)驗(yàn)地開展受到了阻礙，這時(shí)，信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用就有效地解決了這些問題.通過把互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、AI技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)融入教學(xué)過程，能夠更好地模擬不同的物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不但能夠通過信息手段選擇各種實(shí)驗(yàn)器材、調(diào)節(jié)聲光電等實(shí)驗(yàn)室數(shù)值參數(shù)，還能利用電子實(shí)驗(yàn)室這樣的空間，使學(xué)生通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就能完成各種物理實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，也能避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)生危險(xiǎn).

1.2 創(chuàng)新教學(xué)模式

由于學(xué)校的教學(xué)資源有限，提供的物理實(shí)驗(yàn)器材種類和數(shù)量也是有限的，這樣就很難保證每個(gè)學(xué)生都能親手進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)操作，使得物理實(shí)驗(yàn)課堂的效果大打折扣.同時(shí)很多實(shí)驗(yàn)是以小組合作的方式完成的，這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，大多也是由小組中動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，一旁觀察的其他學(xué)生對(duì)很多實(shí)驗(yàn)中的操作流程沒有很深的感悟；另一方面，很多物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ粡?qiáng)或一旦注意力不集中就可能無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的.對(duì)于不同的學(xué)生由于物理知識(shí)掌握水平以及動(dòng)手操作能力的不同，他們的物理實(shí)驗(yàn)很有可能得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗的情況，使得學(xué)生無法通過物理實(shí)驗(yàn)的操作得到并掌握正確的物理知識(shí).這時(shí)，就需要教師探索一種方式為學(xué)生展示正確的物理實(shí)驗(yàn)操作、物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，幫助學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有全方位正確的分析觀察，完成相關(guān)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握.應(yīng)用信息技術(shù)就是最直觀、最有效的一種方式，通過VR虛擬實(shí)驗(yàn)、AR技術(shù)等功能，可以將物理實(shí)驗(yàn)操作或者是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行放大，使每個(gè)學(xué)生都能更清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)VR實(shí)驗(yàn)錄播等形式也可以為學(xué)生提供回顧與復(fù)習(xí)課堂實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，一些學(xué)生優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)做法，也可以在大屏幕上進(jìn)行展示，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)也可以進(jìn)行慢放、快進(jìn)和自由選擇，為物理實(shí)驗(yàn)的展示提供了諸多便利.

2 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)的策略

2.1 利用信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示

在初中階段，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的主要目的是為了通過對(duì)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，或者對(duì)得到的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，完成對(duì)物理知識(shí)的證明、得出物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律或者物理公式.但是很多物理實(shí)驗(yàn)由于無法在課堂上完成，不利于物理教學(xué)內(nèi)容的開展，因此，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行展示，讓學(xué)生充分觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是非常必要的，教師可以借助AR、VR或“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)手段完成物理實(shí)驗(yàn)展示.對(duì)于一些有危險(xiǎn)或者不易在課堂上操作的實(shí)驗(yàn)，教師可以借助VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的虛擬演示過程，學(xué)生也能體驗(yàn)到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟和流程，學(xué)生能更直觀地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深對(duì)物理知識(shí)的理解，同時(shí)還可以借助一些動(dòng)態(tài)化的AR為學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)的操作流程，讓物理實(shí)驗(yàn)課堂更加的豐富有趣.

比如，在進(jìn)行《馬德堡半球?qū)嶒?yàn)》有關(guān)物理知識(shí)講解時(shí)，在現(xiàn)階段的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上，很明顯是不具備進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的條件的，用十六匹馬將馬德堡半球拉開的場(chǎng)景無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，也沒有什么可以替代的實(shí)驗(yàn)方式，這時(shí)教師就可以通過在VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上設(shè)置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生對(duì)物理教材中的描述有更立體地觀察和更深入地理解，使學(xué)生能夠通過視頻展示拉開瞬間的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.了解大氣壓強(qiáng)發(fā)生的變化.通過信息技術(shù)化的手段，完成對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的展示，使得物理實(shí)驗(yàn)不再受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和實(shí)驗(yàn)器材的限制，能夠更好地開拓學(xué)生的視野，為學(xué)生提供更豐富的教學(xué)資源.

2.2 利用信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果

在初中物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程中，是存在著很多弊端的，這些因素嚴(yán)重影響著物理實(shí)驗(yàn)效果，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大打折扣.首先，對(duì)于教師在課堂上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)展示教學(xué)，由于學(xué)生較多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備較小，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不一定很明顯，不能保證每個(gè)學(xué)生都能細(xì)致觀察，特別是坐在后排的學(xué)生.但是如果讓學(xué)生都圍到講臺(tái)周圍，容易造成安全影響，也不利于實(shí)驗(yàn)的開展；另外，對(duì)于學(xué)生自己親手操作的實(shí)驗(yàn)，由于學(xué)生并沒有相關(guān)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，一方面容易造成安全隱患，另一方面也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果.同時(shí)，每個(gè)學(xué)生由于操作規(guī)范性和操縱方式的不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)的完成度或者得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不相同.這時(shí)，教師就應(yīng)該通過信息技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行優(yōu)化，為學(xué)生放展示正確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)操作方法，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)正確的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行分析和解讀.

比如，在進(jìn)行《皮球落地過程發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化》相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)時(shí)，教師可以為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示，學(xué)生自己也可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，將手中的皮球松開，讓皮球落地再彈起，這是非常簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象卻不宜觀察分析，對(duì)于皮球落地瞬間發(fā)生的彈跳過程、以及是否發(fā)生形變、發(fā)生的形變大小等，由于皮球落地再彈起這一過程轉(zhuǎn)瞬即逝，發(fā)生的變化微乎其微，通過肉眼很難進(jìn)行觀察，這時(shí)教師就可以借助高速攝影機(jī)，放慢實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果.對(duì)落地瞬間進(jìn)行慢放，達(dá)到更細(xì)致的觀察，同時(shí)暫停進(jìn)行形變的分析，對(duì)發(fā)生形變的部位通過放大器進(jìn)行放大，進(jìn)行更直觀的觀察，最后還可以將這一實(shí)驗(yàn)過程利用AR現(xiàn)實(shí)增加技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)還原，由立體圖形的分析，轉(zhuǎn)換成點(diǎn)線面的分析，使抽象的內(nèi)容更加具體化.

2.3 利用信息技術(shù)提供更豐富的實(shí)驗(yàn)資源

由于物理課堂的教學(xué)時(shí)間有限，物理教材的教學(xué)內(nèi)容展示也是有限的.對(duì)于很多物理實(shí)驗(yàn)，教材不能進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)介紹和實(shí)驗(yàn)分析，這就需要教師借助信息技術(shù)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行延伸和拓展.很多的物理實(shí)驗(yàn)是長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，需要不斷對(duì)時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)行難度的提升，從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的規(guī)律.但是這種實(shí)驗(yàn)在有限的物理課堂無法完成，教師就可以借助VR虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過虛擬實(shí)驗(yàn)還原加快整個(gè)冗長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生感受到物理現(xiàn)象的變化，同類型的實(shí)驗(yàn)中都有很多相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，需要對(duì)同類型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，而且在進(jìn)行一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，有很多同類型的實(shí)驗(yàn)都能夠提供很多的參考，通過VR虛擬實(shí)驗(yàn)可以迅速匹配需要的教學(xué)資源，完成知識(shí)體系的構(gòu)建.對(duì)于很多物理實(shí)驗(yàn)，我們?cè)谡n堂上能夠完成的都是最基礎(chǔ)的、可操作性最強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，但是對(duì)于物理這門深?yuàn)W的學(xué)科，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且基于不同學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展需要，可以利用信息技術(shù)尋找到有關(guān)的拓展實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生完成知識(shí)的豐富，提供豐盈的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源.

比如，在進(jìn)行《擴(kuò)散現(xiàn)象》相關(guān)物理知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，教師會(huì)在課堂上為學(xué)生演示空氣和紅棕色氣體二氧化碳之間的擴(kuò)散現(xiàn)象，由于顏色的差異明顯，學(xué)生可以很容易用肉眼觀察到擴(kuò)散現(xiàn)象，但是現(xiàn)實(shí)中的擴(kuò)散現(xiàn)象是很難在短時(shí)間內(nèi)展現(xiàn)的，這時(shí)，教師就可以通過VR虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，在虛擬實(shí)驗(yàn)過程中為學(xué)生展現(xiàn)需較長(zhǎng)時(shí)間才能顯現(xiàn)的相關(guān)分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的拓展實(shí)驗(yàn)或者相關(guān)的運(yùn)動(dòng)模型，幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)拓展.信息技術(shù)能夠跨時(shí)空的實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，也可以通過對(duì)信息化教學(xué)手段的應(yīng)用，獲取更加豐富的教學(xué)資源，提高物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果.

2.4 利用信息技術(shù)進(jìn)行情境化教學(xué)

對(duì)于初中階段的學(xué)生來說，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與到課堂中，對(duì)提升初中物理的教學(xué)效果是至關(guān)重要的.在物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過程中，往往會(huì)給學(xué)生帶來很大的學(xué)習(xí)壓力，一方面，在實(shí)驗(yàn)前教師會(huì)為學(xué)生講解很多實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，包括安全事項(xiàng)以及操作事項(xiàng)，讓學(xué)生明確此次實(shí)驗(yàn)應(yīng)該通過怎樣的操作流程、觀察到怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生就會(huì)有很強(qiáng)的任務(wù)性；另一方面，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生總是注意力高度集中，精神緊張，擔(dān)心在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)或者導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，這樣使本該有趣的實(shí)驗(yàn)課變得枯燥乏味.這時(shí)，教師就可以利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)建相應(yīng)的教學(xué)情境，在不同的實(shí)驗(yàn)課堂上運(yùn)用AR和VR技術(shù)，將學(xué)生帶入相應(yīng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在情境化教學(xué)中更好地展開物理實(shí)驗(yàn).

比如，在進(jìn)行《動(dòng)滑輪定滑輪》的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，教師就可以為學(xué)生設(shè)置工業(yè)化的VR場(chǎng)景加入滑輪組的應(yīng)用，為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，也可以模擬動(dòng)滑輪和定滑輪運(yùn)動(dòng)的音效，讓學(xué)生能夠?qū)ξ锢韺?shí)驗(yàn)有更形象化的感受，吸引學(xué)生的注意力，創(chuàng)設(shè)相關(guān)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景，讓學(xué)生在情景化的教學(xué)中完成對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的關(guān)注和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析總結(jié).也可以利用AR技術(shù)把虛擬的滑輪機(jī)械和現(xiàn)場(chǎng)教室結(jié)合在一起，利用AR技術(shù)的創(chuàng)新和虛擬現(xiàn)實(shí)的有機(jī)融合，能夠?qū)W(xué)生帶入到不同的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生聯(lián)想，輔助學(xué)生的分析和記憶，在今后遇到類似的場(chǎng)景時(shí)，能夠進(jìn)行物理知識(shí)的復(fù)習(xí).對(duì)于場(chǎng)景的記憶要遠(yuǎn)比對(duì)理論知識(shí)的記憶更方便直觀，以這種方式提升物理實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)課堂更好的效果.

綜上所述，在物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用信息技術(shù)是非常必要的，只有做到物理實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)的有效融合，才能使物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)得到創(chuàng)新，讓物理實(shí)驗(yàn)更加的生動(dòng)和有效，使學(xué)生能夠通過信息技術(shù)更直觀地觀察到更多的物理現(xiàn)象，既安全又高效.教師應(yīng)該通過對(duì)不同物理實(shí)驗(yàn)課堂的實(shí)踐分析，探索出更多更好的物理實(shí)驗(yàn)與信息化技術(shù)融合的教學(xué)方式.