信息化环境下高中物理实验能力培养探究

汤海湘　汪超　秦红兵

【摘要】在互联网时代，“信息技术+物理实验”已经成为高中物理教学的重要发展方向，信息技术能够有效拓展物理实验教学的空间，增强实验教学的深度，提高学生的实验能力.近些年来，物理课堂在实验教学方面不断创新，学生从以往的模仿实验、做实验转变为设计实验、创造实验，实现了从模仿到创新的转变.物理教师可以通过互联网资源丰富实验教学内容，利用现代电子设备记录微观层面的物理实验现象，展现物理实验的细节，让实验更加直观.本文立足于高中物理实验教学，从学生学习兴趣、物理实验教学创新、教学结构转变等角度，分析现代信息技术应用于物理实验教学的意义，结合具体教学内容提出二者的融合路径.

【关键词】高中物理;信息技术;实验能力

《教育信息化2.0行动计划》中明确提出，要实现从专用资源向大资源的转变，全面提高学生的信息技术素养，实现创新融合发展.纵观近几年的高考物理题，可以发现高考考查创新实验题的比例在不断提升，高考对学生物理思维、实验能力的要求越来越高.物理教师需要将物理实验教学与理论知识教学紧密融合起来，创新物理实验教学的内容，结合多媒体技术、虚拟现实技术等，采用现代化的实验教学方法，提高学生对物理实验的兴趣，增强学生在实验中的参与感和体验感.

1 高中物理实验教学应用信息技术的价值

1.1 转变态度——激发学生参与物理实验的兴趣

物理实验教学具有较强的实践性，需要学生具备一定的实验操作能力、观察能力、数据分析能力.其中，部分物理实验需要学生运用物理公式，融合物理学科理论知识和数学计算，得到科学的实验结果.基于现代信息技术，高中物理实验能够摆脱以往简单枯燥的教学形式，教师可以将模仿式的实验教学转化为创新式、探究式的教学，增强实验过程的趣味性.在高中阶段，很多物理实验的材料难以获取，实验过程比较危险，教师只能通过口头讲述的方法开展教学.通过运用信息技术，教师可以通过互联网渠道下载这些具有安全隐患或者操作难度较大的实验视频，引发学生的好奇心，转变学生的学习态度.

1.2 推动创新——满足物理实验教学需求

当前，新课程、新教材、新高考正在同步实施，高中物理实验教学必须要做到与时俱进，在教学方法和教学内容上进行改进，提高物理实验教学与高中教学改革的适应性.在以往传统的物理实验教学中，部分物理教师采用落后的实验教学方法，通过手动实验的方式为学生演示，指导学生模仿整个实验过程，忽略了学生的个性思维，难以发挥物理实验教学的效果.通过利用现代信息技术，教师可以突破物理知识中的重点和难点，使学生加强对物理现象的观察和思考，让学生将自己的想法融合到实验当中.此外，在多样化信息技术的帮助下，教师还可以全面创新物理实验的开展形式，将不重要的实验环节用视频展示出来，为学生提供更多的操作时间，拓展学生的实验空间，帮助学生调配个人实验和小组实验，满足现代化的实验教学需求.

1.3 优化结构——提升物理实验教学质量

通过融合现代信息技术与高中物理实验教学，教师可以打开实验教学的新路径，为更多学生提供方便，让实验成为学生获取知识的重要方式.现代信息技术能够转变教师和学生在实验中的关系，让物理实验与课堂理论教学的搭配更加合理.在以往传统的高中物理实验教学中，“教”和“学”容易脱节，教师片面追求实验效率，难以照顾到不同层次的学生，有些学生无法参与到实验操作中，还有一些学生座位靠后，很难完整地观察实验.利用现代信息技术，教师可以在课堂上运用投影来展示实验，也可以提前录制实验视频，将实验以微课的形式发送给学生，提高实验教学效果.

2 信息技术在高中物理实验教学中的应用原则

2.1 目标性原则

在高中物理实验教学中，教师需要遵循目标性原则，做到以目标为导向.当前很多高中物理教师已经认识到信息技术对物理实验的辅助作用，但是却忽略了实验教学的目标，存在滥用信息技术的问题.因此，物理教师需要在实验教学中制定三维立体教学目标，确保学生在物理知识、物理实验技能等方面获得提升.

2.2 适用性原则

信息技术并非教师“炫技”的工具，有些实验需要学生亲自操作，这是现代技术无法替代的.高中物理教师必须明确学生在物理学习方面的认知规律，确定哪部分需要运用信息技术，哪部分不需要运用信息技术，通过信息技术来展示实验细节，提高信息技术的适用性.部分高中物理实验无法在课堂上完成，例如磁场、电场的相关实验，这种实验具有一定的抽象性，教师可以利用多媒体技术演示磁场和电场的分布特点，开展模拟实验，提高学生对磁场、电场的理解.

2.3 辅助性原则

在高中物理实验教学中，教师应用信息技术需要遵循辅助性原则，充分发挥信息技术的辅助作用，用信息技术来辅助教学，点燃学生学习物理的激情.例如，在遇到难点问题时，教师需要亲自为学生解答问题，在解答的过程中对学生进行指导，通过信息技术呈现图象、视频等，使学生感受到物理实验的独特魅力，让学生养成崇尚科学、探究科学的学习意识.总而言之，实验教学需要以学生探究、教师讲解为主，以现代技术为辅，教师需要关注学生的亲身实验经历，既不能忽略信息技术的作用，也不能舍本逐末.

3 信息化环境下高中物理实验教学的优化路径

3.1 基于信息技术调动学生参与实验的积极性

以往，学生在物理实验教学中比较被动，自主设计实验、改进实验方法的意识较差，学习效果不佳.基于现代信息技术的支持，物理教师可以全面改进物理实验教学的方式，在实验教学中凸显教学目标，使全体学生都参与到物理实验操作当中，引导学生针对物理实验内容提出创新化意见，发挥奇思妙想.

例如 在开展“探究平抛运动的特点”实验时，学生需要将平抛运动分解为直线运动，研究平抛运动的本质，进而开展平抛运动实验.在演示实验中，教師可以准备实验器材，让两个小钢球在同一时间做平抛运动和自由落体运动，引导学生观察现象.通过肉眼观察，学生可以发现两个小球同时落地，初步了解平抛运动的规律.经过第一环节的观察，学生必然会产生疑问，“为什么两个物体在不同运动形式下同时落地？平抛运动和自由落体运动有什么关系？”在实践教学中，为进一步调动学生的学习兴趣，让学生深入观察实验现象，教师可以利用频闪照相机，得到物体平抛运动和自由落体运动的频闪照片，带领学生分析物体的运动高度、运动时间.此外，教师还可以利用Flash动画编辑软件，用动画为学生展示平抛运动和自由落体运动，调整动画的速度，通过投影来呈现两个物体的慢动作，提高学生的观看效果.通过运用现代信息技术，教师可以融合实验视频、动画视频等教学素材，用多样化的实验教学技术来增强学生的学习兴趣，使学生自主建构物理知识.

3.2 利用信息技术凸显物理实验的直观性

在信息化环境下，高中物理实验教学更加直观、清晰，学生可以全方位观察物理实验现象，将实验内容、实验结果紧密结合起来，实现整体化学习.通过运用多媒体技术，教师可以将物理实验现象放大，通过投影展示物理实验过程，利用现代化的电子设备辅助实验，确保每个学生都能掌握实验的操作方法，了解实验现象，全面提高物理实验的教学效果.

例如 “探究小车速度随时间变化的规律”的实验，该实验的核心是研究物体运动速度随时间变化的规律，学生需要在实验中尝试使用打点计时器.打点计时器可以让整个实验过程更加清晰，将研究对象转移到纸带上，学生可以研究纸带上的点的变化规律，最终得出物体运动的变化规律.在实验中，小车一端连着打点计时器，另一端连着细绳，打点计时器可以记录小车的运动速度，通过点的间距展现小车运动速度的变化.在打点计时器工作的过程中，打点计时器会与纸条产生摩擦，导致测量结果不够精确.针对这种问题，教师可以录制实验过程，运用数码相机来记录时间，将两次的记录结果综合起来，引导学生对比打点计时器和数码相机的记录结果，了解小车的运动速度变化规律.

3.3 运用信息技术拓展物理实验教学的内容

现代信息技术可以和互联网教学资源紧密结合，提高学生的实践技能，拓展学生的视野.在以往传统的高中物理实验中，几乎所有的实验内容都局限于课本教材中，教师对实验教学的拓展微乎其微，学生的思维容易受到禁锢.在现代信息技术的支持下，教师可以结合所学内容，对实验进行拓展，提高学生自主设计实验、解决实验问题的能力.

例如 在学习“练习使用多用电表”时，教师可以在课堂上展示多用电表，利用实际物品开展教学，为学生介绍电阻的刻度线、选择开关、表笔、欧姆调零旋钮等电表结构，然后通过多媒体设备展示数字式多用电表、普通多用电表，拓展教学内容，让学生全面了解多用电表的结构，掌握不同类型电表的操作方法.相比较于课本中的传统电表，数字式多用电表具有读数准确、精确度高、电压灵敏、测量种类丰富等特点，学生可以在实验中感受数字式多用电表的优势，对两种电表进行对比，扩展学习内容.在学生测量小灯泡电流时，教师可以通过视频讲解易错点，展示多用电表在实践生活中的功能，引导学生用生活化的视角看待多用电表，掌握多用电表的工作原理，了解其读数方法.为充分发挥学生的学习自主性，强化学生在课堂上的参与和体验，教师可以将学生分为不同小组，指导学生利用多用电表测量电流和电阻，增强学生的实践技能.

4 结语

基于新课程标准，高中物理实验教学需要从本质上进行改革，从以往的演示实验、模仿实验，转化为创新型实验，使学生通过实验验证物理知识，利用实验探索真知.就高中物理实验教学而言，教师需要充分发挥物理实验的作用，引入现代信息技术，发挥模拟实验的价值，展示微观层面的物理现象，用物理实验来教育学生、引导学生，使學生主动探索物理世界的奥秘，养成科学探究的良好习惯.

【本文为江苏省教育科学规划十四五课题《基于学科核心素养的高中信息技术融合教学实践研究》（编号D/2021/02/84）阶段性成果.】

参考文献：

[1]赖佳颖，王铁桦，李希凡.架构实验能力框架 引领实验教学改进[J].物理教学，2021，（03）：23-25.

[2]张书良，洪华标.基于SOLO理论的高中物理实验能力操作试题开发[J].物理教学，2020，（07）：39-42.

[3]刘高福，王平瑞，丁曲.物理实验教学中学生创新能力的培养[J].教学与管理，2020，（06）：101-103.

[4]陈海涛.巧用物理实验设计 培养学生创新能力[J].物理教师，2019，（01）：14-17.

[5]张礼，左玉生，吴弘，陈杰.物理实验教学方法的研究与发展[J].实验技术与管理，2015，（10）：197-198+202.

[6]曹亚杰，刘景林.优化物理实验教学提高学生创新能力[J].继续教育研究，2015，（04）：42-43.