新技术助力物理实验教学

潘家料

摘 要：本文借助新技術、DIS实验、虚拟仿真实验室等手段对演示实验、学生动手分组实验、课外拓展实验等进行融合教学，对实际物理问题的建模与实验验证，不断提高物理实验教学的实效性方面的实践作了阐述。

关键词：新技术；助力；物理实验教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0070-3

物理是一门理论联系实际的学科，物理教学离不开实验，实验教学涵盖课堂教学演示实验，学生分组动手实验，课外拓展的探究性实验、科技小制作等方面。信息技术水平的不断提升，为物理实验教学实效性的提高奠定了坚实的基础，使实验教学可在更高的平台上进行。因此，物理教师如何充分利用信息技术提供的先进手段进行教学，从理论到实践将信息技术与物理实验教学进行融合，使物理实验教学更高效，本文将结合教学实践谈谈笔者的思考。

首先，从理念上辩证对待信息技术与教学的关系，教育教学的终极目标是为了学生的终身发展奠定坚实基础，应该根据学生的身心发展与教育教学规律确定教学目标，恰当选择教学方式与教学手段，采用灵活的教学方法激发学生积极思维为教学设计的出发点，避免为了新技术的使用而进行教学设计，造成主次颠倒；然后，在此认识的基础上将新技术手段融合进物理实验教学。

利用新技术手段可提高演示实验的精确度，实现由定性实验转向定量研究。如用气垫导轨代替平板探究“力、质量与加速度的关系”“做功与物体动能的改变”“碰撞中的守恒”等力学实验，不但减少平衡摩擦力的实验环节，而且使实验接近于光滑平面上的运动情景，提高实验的精度。通常教材中“安培力影响因素的探究”实验是定性研究，若将此实验改用朗威DIS实验，可用传感器测出实验中的磁感应强度和安培力，就可通过定量的研究，得出安培力与磁感应强度、电流强度及磁场中导线长度成正比的关系。运用PASCO数字化传感器对气垫导轨上物块的简谐运动进行实验设计与研究，以定量验证简谐运动的周期。物理量的测量数字化及数据处理的集成化，更好地提升了研究手段，便于实验探究，激发学生对问题的探究意识，掌握探究方法，提高探究问题的能力。如用思科DIS实验研究物体下落过程的超重与失重现象，利用传感器测出物体位移情况的实时记录，通过电脑显示在屏幕上，利用自带软件的数据处理功能，显示物体下落过程的位移、速度、加速度及受力情况。相较于只用视频拍摄下学生在电梯中运动时台秤示数的变化，然后进行理论分析的教学方法，更能直观、渐进地让学生在探究中领悟超重与失重的实质。

利用新技术手段提高演示实验的可视化程度。需要观察细小部件如仪器、仪表的内部结构以及瞬间闪过的实验现象等，可用展示台、电脑或手机自带摄像头进行拍摄在大屏幕展示，将不易观察或只有教室前排学生可观察到的现象变成全班学生都可清晰观察到的现象，将时间运动很短的过程进行回放与慢放，同时可将拍摄到的图片进行展示对比。如借助DIS实验将自感现象实验中电流大小及方向进行记录与显示，由此来分析讨论灯泡的“闪亮”现象及电感线圈电流渐变情况，以及将DIS实验记录保存的实验数据，利用Excel表格的数据处理功能将数据分析结果用图像展示，有效提升学生的观察能力及分析判断等思维能力，极大地提高实验的可视程度，这是传统演示实验无法比拟的。

由于片面追求考试成绩，现阶段从小学到中学，对学生科技意识及动手实验能力等科技素养培养不足，因此学生分组动手实验通常效率低，实验课教学有效性差，从实验器材的选取、原理的领悟、过程的设计到数据处理及对结论的探究等方面能力都很差。部分学生在观望，大部分学生实验目的不明确，不利于实验教学的进行和学生动手能力的培养。因此，在有限时间里充分利用微视频进行示范讲解，利用仿真实验室提前对实验器材选取与实验过程进行模拟，使学生进实验室分组动手实验时探究方向明确，实验操作过程清楚，避免盲目，在科学有序进行实验后利用Excel表格进行数据记录，充分利用Excel表格的数据处理功能对实验数据进行拟合等处理，用图像等表示数据所展示的规律。如光的折射规律探究过程，对实验记录下的入射角i、折射角r、等进行数据处理，依据数据拟合出图像，对几个图像进行分析学生即可得出折射规律。利用手机拍摄功能和QQ群或学乐云平台，将每个小组有代表性的实验情况拍摄后在大屏幕展示，通过评析对比，及时对学生实验的成功之处给予肯定和不足之处加以透彻分析，不断深化学生对实验原理、方法的领悟，激发动手实验的兴趣，提升探究等实验能力，极大地提高实验课的实效。

物理是与生活实际紧密联系的学科，充分利用小玩具等开发校本实验资源。如利用激光笔的功能直观演示光的干涉与衍射现象、光的折射与反射定律等探究实验，利用学生闲置生日卡中的发光二极管，磁性很强的小磁块，可用于探究电磁感应现象等实验，教师亦可用其演示小磁块穿过绕有多个线圈的PR管，对比其自由落体运动的快慢情况，根据穿过同样长度两个管的时间不同和发光二极管的发光情况，来分析讨论电磁感应现象中的力和能的综合问题，极大地激发学生的探究意识，直观验证了电磁感应中的安培力做功与能量转化的问题。手机导航软件可以记录行进路线、位移、时间，结合百度地图或搜狗地图分析两地的实际距离等，据此分析生活中的运动，具有数据详细、操作便捷、全程体验等特点。利用发光球演示通过人体感应使日光灯发光情况学习电场中导体，亦可利用一只手机放入茶叶罐中，盖上盖子，用另一只手机去拔打（课堂里用免提），听到的声音是“对不起，您拨的电话暂时无法接通，请稍后再拨。”说明金属罩内没有电磁信号，该手机已经被屏蔽，由此来演示静电屏蔽现象等。将抽象问题给予直观化，通过教师的示范启发，引导学生开发实验资源，进行课外实验，还可指导学生利用3D打印技术进行科技小制作等活动，激发科技创新意识，为学生全面发展、挖掘潜能营造氛围。

信息技术的发展为虚拟物理实验室的建立创造了条件，即用数字技术在电脑上模拟实验室中的设备、实验过程和实验数据，最终形成数字化实验结果的电脑虚拟实验室，很容易实现人机交互和人人交互，可以通过网络实现共享和远程操作。如使用网络版的NOBOOK系列学科教学工具，只需用账号登录，即可在实验室、教室及学生家里可以上网的地方进行物理实验，实验都是数字化运行，成本几乎为零。特别是对于高成本耗材或危险性的物理实验，如加在灯泡两端电压远超额定电压时灯泡爆裂实验等，可以在电脑中无数次重复进行，其方便性、经济性、安全性显而易见。但其不足之处也不容忽视，虚拟物理实验室的设备都是数字化的，与真实环境下的真实物理实验相比，只能部分替代真实的物理实验，一些目前还无法数字化的实验因素还无法在虚拟实验中再现，比如材料的味道等。另外，虚拟实验是利用物理规律对真实实验的模拟和推理得出结果，其模拟的真实程度、精确度也是有限的，一些细节问题可能无法模拟。

遵循从感性到理性，从对实验原理的理解到领悟、方法的迁移，以期提升实验能力的教学思路，达到应用物理概念和规律解决物理问题的目的，还需充分利用实验复习、习题教学中实际问题的物理模型建立等途径，来提高学生的实验能力。利用微课视频对实验内容进行复习，利用保存的DIS实验及数据处理过程等，深刻理解实验原理，总结提炼实验方法，在此基础上通过改变实验条件及器材参数，激发学生思维，将实验原理、方法迁移到新的实验中。创设新的物理情景或利用实际物理问题，启发引导学生分析、设计实验，在讨论研究的基础上，利用虚拟实验室的仿真功能，通过设置对应参数进行验证猜想实验方案的可行性以及对实际物理问题分析计算结果的验证等。

本文只是抛砖引玉，希望广大物理教师可以结合实际将更多、更新的技术，更好地应用于教学之中，还可开发一些与教学有关的应用程序，将新技术与物理教学有机融合，激发学生对物理学习的浓厚兴趣，提升其科技素养，促进物理教学的生动与高效。

参考文献：

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（栏目编辑 邓 磊）