浅析高中物理实验教学与信息技术的整合

（南宫市职业技术教育中心，河北南宫 055750）

伴随着现代信息技术的飞速发展，计算机多媒体技术已经走进了高中教学。信息技术正在引起教学手段、教学方法甚至教育观念与教学模式的革新。与此同时，高中课程改革也已全面展开。探究式教学是我国新一轮基础教育课程改革的一大亮点、热点和难点。在新课标中，科学探究不仅被作为重要的理念强调、作为教学建议提出，而且被列入了课程目标和内容标准之中，作为必须实施的内容要求。而物理实验是探究教学中的一个重要方式，是物理教学中的重要内容。如何整合现代信息技术促进物理实验教学改革的实施成为一线教学工作者和物理教育专家共同关注的一个话题。基于上述原因，笔者从一线教师的角度对信息技术与实验学科整合进行初步探讨。

一、传统实验教学所面临的困境

物理学是一门以实验为基础的自然科学，离开实验可以说谈不上学物理。中学物理实验教学担负着培养学生观察能力、分析和解决实际问题能力，使其逐步形成科学态度和科学精神的任务。传统的实验教学虽然不乏一定的优点，如理论讲解透彻、操作简单、手段经济、教师易于控制等。但是由于受“应试教育”等因素的影响，我国中学物理实验教学始终是一个薄弱环节。更为严重的是，在当前中学物理实验教学中，还广泛存在“三重三轻”，即重讲解，轻实验；重结论，轻过程；重知识，轻方法。长期以来，形成了物理实验教学“教师难教、学生厌学”的局面。

新课程虽然进入全面实施阶段，但是受传统的教学观念影响，高中物理实验教学当中以教师为中心的教学模式仍然占据相当的份量，这便使得物理实验教学自身应有的优势(如学生参与的广泛性、实验过程的体验性和探索性、实验结果的差异性等)很难体现出来，学生基本上是按教师所布置的实验步骤进行操作，进行实验的积极性和主动性大打折扣。

不仅如此，由于中学实验室硬件条件的限制，并考虑到实验的时间、安全等因素，很多实验难以作为演示实验或学生实验走进课堂。学生对实验现象只能根据教师的讲解进行主观想象，如果对物理模型和物理过程的动态分析和过程分析把握不准就很容易使教学陷入困难的境地，从而严重影响教学效果。

二、信息技术与高中物理实验教学的整合策略分析

由于中学实验室硬件条件的限制，并考虑到实验的时间、安全等因素，很多实验难以作为演示实验或学生实验走进课堂，这时，可采取计算机模拟演示。

（一）将DISLab系统应用于物理实验教学

DIS是DigitalInformationSystem三个词的缩写，DISLab是“数字化信息系统实验室”的简称，它是一种用于实时采集数据的智能化系统，由传感器、数据采集器、计算机系统及配套软件构成。DISLab配备的各种传感器可以实时采集各类被测量的数据，几乎涵盖了高中物理教材中所有实验的被测量，并可以同时测量多个物理量，通过A／D转换输入计算机，并通过相应的软件对被测信息进行各种数据处理，从而构建一个现代化的数据测量和处理平台。

“数字化信息系统实验室”DISLab技术在实验教学中的应用，初步实现了运用现代技术改造传统的实验手段和方法，为实验教学与信息技术的融合创造了条件。DISLab系统它不但能训练学生操作计算机中的软件获取实验数据，更能训练学生按照实验要求正确进行实验操作，因为错误的实验过程和操作步骤所产生的数据将会被系统忠实地记录下来，学生无法通过编造实验数据来掩饰实验中的错误，只有重新进行实验操作才能得出正确的实验结果。这样对提高学生的实验操作能力也起到了很大的促进作用。DISLab系统的引入，也为开展基于物理实验的研究性学习创造了更好的条件，为对物理实验感兴趣的学生提供了进一步研究和探索的平台，有利于满足不同学生对物理学习的不同需求，为实现物理教育的个性化创造了很好的条件。

DISLab是将来实验发展的一个趋势，但现在中学里只有少数学校配备，大面积普及暂时还有一定难度。而且DISLab在中学物理实验教学中的引入，对传统的实验教学是一个很大的冲击，对教师的实验素质也提出了较高的要求。

（二）利用计算机进行实验数据处理

在学生实验中，很多数据的处理是很繁杂的，处理时一些简单而机械的计算会占去学生大量的课堂时间，计算机及配套软件的使用使我们“数据挖掘”的本领大大增强，更容易、更深刻地揭示客观世界隐藏的各种规律。从目前计算机发展的现状来说，继续让学生进行简单而机械的计算已无必要，将这些时间留给学生进行实验探索会更有意义。所以，我们可以利用一些功能较强的数据处理软件如excel来处理实验数据获得结果，也可以自己编写相应的程序或指导编程能力较强的学生编写相应的程序来处理实验数据，让学生从简单而又繁杂的计算中解放出来。这样一方面可以采用信息技术使处理数据层面上的工作简单化，学生用于数据处理的时间大大减少，他们有更多机会去进行探索研究；另一方面，信息技术本身就是学生进行探究活动的有效工具。以计算机为代表的现代信息技术能够跟传统实验实现“优势互补”，推动物理实验教学方法的改革。

（三）利用现代信息技术虚拟实验辅助教学

信息技术的可视化大大丰富了物理的实验教学情境，可以为学生提供丰富的直观性材料，培养学生的认知能力，也更易调动学生思维的积极性，增强学生学习物理的兴趣。一些实验在教学中不便演示、展示或实验，于是可用信息技术模拟这些现象和内容，以立体的信息输入学生的大脑，帮助学生形成生动、立体、形象的物理实验情景，将微观过程实施宏观模拟、把宏观场景进行微缩处理、将瞬间过程转变为定格分析，进而实现变抽象为具体、变动态为静态、化枯燥为生动的教学效果。这些都有利于学生通过意义建构建立认知结构并主动探究解决问题的途径。根据解决问题的不同，现阶段高中物理教学中信息技术虚拟实验大致应用于两种情况：一是虚拟实验现象；二是虚拟实验过程以便于进行动态分析。

1.虚拟物理实验现象，给予学生形象、深刻的感知

物理学中的研究对象极其广泛，小至微观世界，大至宇宙天体都在物理学的研究范围之内。由于中学实验室硬件条件的限制，并考虑到实验的时间、空间、技术、安全等因素，很多实验难以作为演示实验或学生实验走进课堂，这给高中物理教学造成很大的困难。信息技术的可视化使上述困难得以解决。

例如：α粒子散射现象，我们可以在实验原理和实验事实的基础上，运用C语言图形函数模拟出由四个原子排列而成的单层金箔片，展现出三个α粒子基本上无偏转、小角偏转及大角偏转三种情形的运动过程。然后对照卢瑟福的原子核式结构模型，汤姆生的“枣糕”模型，学生在这种动感的实验情景刺激下，马上就在头脑里建立了原子核式结构模型，否定汤姆生的“枣糕”原子模型。再如：重核的裂变，由于条件及危险性的限制，不可能用实验来演示，更不可能让学生试验。然而学生对这部分知识又特别感兴趣，都想知道原子弹为何有如此大的威力。若用视频播放原子弹爆炸素材，计算机来模拟核裂变的过程，不但可以看到核裂变时不断有能量释放，而且使学生有一种身临其境的感觉。

2.利用信息技术实现对物理过程的动态分析

对实验中的局部细节可以进行放大，使快速的过程延缓，有助于学生观察和进行动态分析，发现事物的本质和规律。如：在平抛运动的教学中利用动画将它分解成水平和竖直两个方向的运动，使之通过形象生动的画面，为学生学习过程中的感知、抽象、建模提供符合现代教学理念的学习情景，从而得出正确的结论。又如：在讲述交变电流的产生时，可以利用三维动画技术来展示在转动过程中线框与磁感线夹角的变化与电动势变化之间的关系，为学生分析问题创设情景。

三、高中物理实验教学与现代信息技术整合中需要注意的问题

（一）实验优先，能做实验不用信息技术虚拟

仿真物理实验室就是利用计算机及多媒体技术仿真或虚构某些情境，供学生观察、操纵、建构物理对象，使他们获得体验或有所发现。在开展高中物理计算机辅助实验教学时，必须牢固树立实验优先的教学指导原则。例如：可以借助计算机多媒体技术中的智能和仿真技术来创建“虚拟”实验室，使学生在“虚拟”实验室中进行实验“探索”。由于在“虚拟”实验室中所经历的实验“探索”通常具有实验现象“清晰”，实验操作“简洁”以及具有智能导航、智能评价等特点，且不受实验环境限制，因此，从某种程度上来说，在这样的“虚拟”实验室中可以得到较高的教学“效果”。但由于学生能力所限，大多数学生对仿真实验室的使用只能根据教师的要求按部就班地进行实验，另外，由于虚拟实验室的模拟性、过度的理想化等特点所带来的没有真实感、缺乏可操作性等因素，导致部分学生不相信实验数据和实验结果，无法真正发挥仿真实验室的效果。因此，实验的效能并不能被“虚拟”、“模拟”所代替，物理实验教学的培养任务只有通过做实验才能实现。计算机辅助物理实验教学只能起辅助观察、辅助讲解、辅助分析、辅助探索的作用，切记不可用虚拟实验来完全代替真实的实验操作。

（二）实验数据处理和数据分析不宜全部依赖于计算机

应用计算机数据处理软件进行实验数据的处理，固然可以使学生从简单而又繁杂的计算中解放出来，但是物理实验并非单单让学生得出实验结果，更重要的是在实验过程中更好地理解和掌握数据处理的原理和方法，从而更有效地培养学生的数据处理能力。因此，在利用计算机进行实验数据处理的同时，必须使学生深刻理解实验数据的处理原理和处理方法。

（三）树立全新的教育观念，利用信息环境开展探究式教学

尽管许多学校拥有了比较先进的信息技术教育设施，教师制作和运用课件的能力也达到了相当的水平，却由于受传统教育观念的影响，很多学校虽然使用的是现代新技术，反映的却是陈旧的教学思想。信息技术在教学过程中也仅仅作为“辅助教”的工具，没有用来“辅助学”，在教学设计中忽视“学生如何参与”的研究，没有为学生创设主动、积极学习的环境，学生实验素质的提高及创新能力难以得到实质性提高。故此，在利用全新的教学手段的同时，必须摒弃传统的教育理念，树立以学生为中心的全新教育观，注重对学生自主、合作、探究能力的培养。

[1]刘建政.新课标下高中物理实验教学改革的研究[J].合肥师范学院学报,2005,(06).

[2]朱宏雄.物理教育展望[M].上海：华东师范大学出版社,2002.

[3]乔际平,邢红军.物理教育心理学[M].南宁:广西教育出版社,2002.