以“水”载“舟”— 信息技术环境中高中物理实验教学.doc

以“水”载“舟” 信息技术环境中高中物理实验教学摘要：物理实验与科学探究包含了从提出问题、设计实验，到收集、处理、分析数据，形成实验结论和进行表达交流等一系列过程。信息技术与物理实验教学整合，发挥传统实验与信息技术各自的优势，优化教学资源。信息技术是物理实验中的演示工具、信息加工的工具、实验设计与研发的工具。信息技术使实验信息处理高速化和智能化，通用软件与数字信息系统实验室，使实验数据的处理、显示更加便捷，高精度的数据，形象、直观的图线图形帮助学习者进行科学探究。关键词：实验教学 数字化 信息技术 整合正文：物理学是一门基础自然科学，研究包括物质的基本结构、普遍的相互作用、一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。高中物理课程帮助学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。物理实验是高中物理教学中的重要内容，高中物理课程标准将“物理实验”的提法变为“物理实验与科学探究”,包含了从提出问题、设计实验，到收集、处理、分析数据，形成实验结论和进行表达交流等一系列过程。物理实验和科学探究不仅是物理教学中重要内容和学习方式，而且是物理教学中的教学目标。信息技术与物理实验教学整合，实现了实验手段多样化和现代化，创建有利于引导学生主动学习的课程实施环境，提高学生自主学习合作交流以及分析和解决问题的能力。一传统的物理实验教学以学生掌握和巩固知识为目的，对实验在知识、能力、方法、情感态度与价值观等综合科学素质教育中的重要作用认识不足。实验教学基本上以教师为中心，演示实验：教师操作，学生观察，教师引导学生总结物理规律；由于课堂的时间和空间的限制，以及实验仪器、实验设备的性能制约，多数演示实验的操作过程以及物理现象可见度较低，无法让全体学生同时获得有效的刺激，难以形成直观的感性认识；学生分组实验：学生动手操作，但实验目的、仪器准备、操作步骤、实验报告全部由教师预先设定，学生仅仅是依据设定的预案，操作、观察，记录和分析实验数据，验证规律，学生缺乏独立思考和创造性活动。新课程理念，重视学生对物理实验的理解。演示实验，不仅要求学生关注所观察的实验现象，同时引导学生理解该物理现象是用来说明什么问题和怎样说明问题的、了解实验装置的工作原理。学生分组实验，学生明确实验目的、理解实验原理，设计实验，独立操作。重视学生实验技能的提高，使学生能正确使用高中物理实验中的仪器和工具，获得准确的实验信息，避免刻板的技能训练，以适应对技能要求的不断变化。实验是了解、研究自然规律的重要方法，是信息获取、信息演绎、归纳的过程。演示实验鼓励学生参与其中，获得直接观察经验，体验物理规律的发现过程；学生分组实验采用探究式教学，根据探究活动的需要，增加学生在实验室活动，练习使用各种实验仪器、实验设备，尝试实验设计，收集实验数据并归纳、总结实验规律。信息技术与物理实验教学整合，视听媒体资料、网络资源等加强实验教学与社会生活、科学技术之间的联系；信息技术的交互性和超文本链接优势，为“师生互动”提供可靠的保证。在实验观察环节，信息技术扩展实验的可视性和重复性；在实验数据采集环节，信息技术使物理量的测量简单、方便，提高测量精度；在实验数据分析环节，学生摆脱机械、繁琐的数据处理，有时间进行更有创造性的工作。二物理实验是进行物理教学的重要手段，信息技术的模拟功能，能够把一些不易观察、难于操作或不能直接操作的实验内容，微观放大、宏观缩小、瞬间变慢，让学生获取直接观察信息，形成鲜明的感性认识，理解物理概念、物理规律。1.动画模拟与真实实验相结合，在传统实验的基础上，利用实验模拟动画，展示实验现象发生的全过程，利用交互功能控制过程的进行，强化观察主体，引导对物理现象的分析，增强实验效果；应用信息技术叠加分析性信息，搭建形象思维与抽象思维的“桥梁”，使学习者更深刻地理解客观物理规律及其应用。在“平抛运动”的教学中，利用实验演示，平抛运动的物体和做自由落体运动的物体，同时开始运动，同时落地，得出平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动的结论，现象不明显，结论得出略显牵强。flash动画模拟、重现运动过程，过两个小球连一条直线，使直线随小球一起下落，放慢动画速度，发现直线始终保持水平，学生自然、合理地接受了实验结论。“质点的简谐运动”教学，初学者很难同时体会到回复力、加速度、速度和位移等物理量在运动过程及关键时刻的具体特征。通过动画模拟展示，调节振动频率或者使其暂停，对矢量的大小、方向变化进行分析，选择观察物理量的周期性变化中的某一瞬间，建立清晰、完整的物理图景。2.利用动画技术模拟无法用传统实验演示的物理现象、物理过程，创设生动形象的物理情景。在“波的形成和传播”的教学中，仅利用绳波的演示，学生很难发现质点的运动与波的传播的关系。flash动画演示，绳子被形象的分解为一个个质点，动画模拟波的形成和传播、质点的运动，清楚、直观的演示质点的运动与波的传播的关系，在教学中起到事半功倍的效果。模拟演示微观现象或者宏观过程中的无法观察到的现象或动态过程。计算机科学模拟和视频资源支持物理实验教学，仿真模拟中学物理实验无法涉及的、条件要求苛刻的实验，如高温、强电、强磁实验，高能粒子实验，空间实验等；可以使一些微观物理现象，如粒子的大角散射、原子核的衰变、链式反应等变得形象生动、一目了然。信息技术把渐变的物理量动态展现，消除学生缺乏想象力而形成的思维障碍。对物体的受力分析，是学生学习高中物理的普遍难点。物理情景只能在头脑中思考，无法在视觉上定量展现，例如角度等物理量变化引起其他物理量的动态变化分析，需要学生有丰富的想象力，有直观、形象的分析。用flash的动画功能，控制线段的伸缩和旋转，反映力的大小和方向的动态变化，把原来要凭学生想象才能得到的动态变化过程展示出来，借助视听媒体，配合具体、生动的替代经验，提高学生对知识理解的准确度。3. 模拟实验规则不允许操作或进行技能训练。模拟物理实验不受实验一般规则的限制，学生自由的进行模拟实验的“操作”。在虚拟物理实验室中利用相关课件，让学生在网络环境中去独立“操作”，例如观察课件所模拟的电流表或电压表的接线柱接反、测量值超过了量程、电源短路等误操作情况下发生的现象，既保护仪器又规范学生的操作习惯。虚拟实验室为学生提供了全方位的、开放性的操作环境，如学生在虚拟场景中拆解游标卡尺，练习测量（如测量圆柱的直径、圆桶的深度和内径等），根据得到的反馈信息（测量方法和读数）进行针对性训练，完成对游标卡尺的结构、测量方法及读数的意义建构。三信息技术使实验信息处理高速化和智能化，一些通用软件（如excel）的数据处理界面非常接近实验数据的分析方式，数据以图表的形式显示，分析实验数据。如测定电源电动势和内阻的实验，用记录表中的数据创建excel数据表，生成点线图，有助于学生发现相关物理量之间的关系。数字信息系统实验室(digital information system laboratory，简称dis)是由“传感器数据采集器实验软件包计算机”构成的新型实验系统。传感器采集实验数据，与计算机连接，完成数据的采集、分析，得到数据分析表和分析曲线，对实验进行定量分析。dis实验系统处理数据，缩短了学生处理数据的时间，学生有时间进行探索性研究。例如“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验，使用dis实验系统，特征曲线由计算机描绘，学生有充裕的时间用定值电阻、二极管等替换小灯泡进行实验，比较、分析图线差异，研究不同材料的物理特性。dis可以替代打点计时器、弹簧秤、温度计、压强计等仪表，可以测量传统仪表无法测量的物理量，如测量瞬时速度(光电门)、磁感应强度(霍尔传感器)、微电流(微电流传感器)等。替代不是简单的功能重复，而是测量范围的扩展、测量精度、速度的提高，是对电磁学实验中暂态现象的观察与记录。四. 实验是一种验证性的实践活动，更是一种探究性的实践活动，培养学生的探索能力和发现问题、解决问题的能力以及创造性思维能力，是实验教学的最终目标。信息技术作为一种实验设计与研发的工具，为对物理实验感兴趣的同学提供了进一步研究和探索的平台。1.工具型教学软件为教与学提供很好的支持，如几何画板、“仿真物理实验室”等工具软件都可进行虚拟环境中的探究性研究。几何画板的特点是动态模拟，对共点力的平衡、物体的运动、机械波和简谐运动、几何光学等内容的研究比较适用。 “仿真物理实验室”把物理定律内置在软件中，为学生提供自己动手、探索问题的模拟实验环境。2.dis实验简化了实验数据的采集过程，要求学生有设计实验方案的能力和处理实验数据，尤其是处理表格、图像的能力。系统在观测小信号和瞬间变化信号、处理数据和分析实验结果等方面具有传统实验仪器无法比拟的优势，能使学生实验的研究范围大大拓宽。同时，系统的开放性设计保证了学生可利用此平台方便地设计实验来验证提出的假设，为学生的探究活动提供了工具保证。五.培养学生的实践能力和严谨的、以事实为依据的科学态度，是物理实验教学的基本目的之一。模拟是被理想化的模型，突出主要方面，忽略次要因素，是对客观物理过程的合理简化。一些操作简便、效果明显的实验，无论从真实性还是从效果来看，都不宜用计算机模拟，完全用虚拟的过程替代真实实验，将会弱化学生的实际操作能力和科学意识，背离实验教学的初衷。 数字化的实验环境和资源是现实环境和资源在空间、时间上的延伸，它与现实的环境和资源并没有本质差异。数字化实验涉及到综合性、技术性的知识较多，学生对许多内容比较生疏，实验时注意力容易转移。数字化实验自动化程度高，易使学生单纯关注实验数据的采集、处理，忽视实验的物理意义，使实验变成数字“游戏”。传统物理实验侧重于培养细致、认真、耐心的观察习惯，数字化实验则侧重于培养在观察中思考探究的能力；传统物理实验重视培养正确选择和使用仪器的能力，数字化实验则相对欠缺；传统物理实验一般比较重视实际操作技能的训练；传统物理实验充分培养计算、作图以及利用数学知识解决物理问题的能力，数字化实验则有助于培养分析数学图形的能力和对复杂物理现象进行分析判断的能