初探物理实验的信息化道路

初探物理实验的信息化道路 初探物理实验的信息化道路 初探物理实验的信息化道路

一、信息技术应用于物理实验教学的途径

1.信息技术作为演示实验的辅助工具

由于受到教学条件、教学场地、教学时间等限制,传统的演示实验效果常常不如人意。信息技术作为演示的工具,可使静态事物动态化、微观现象可视化、抽象知识形象化,完成难做实验的仿真模拟、进行物理过程的动态分析。有些实验现象比较清晰,但实验现象背后的本质比较抽象,这时就需要动画模拟演示,在慢动作中将微观变化放大处理,为学生搭建由形象思维迈向抽象思维的“桥梁”,从而加深学生对实验的理解,提高课堂效率。例如,在做“波的干涉”实验时,振动加强区和振动减弱区相互间隔,这个现象很容易观察到,但对于为何会出现这种现象,学生很难理解,因为波的叠加原理涉及到微观动态观察,学生很难跨越形象直接进入本质,此时如采用动画模拟演示,边慢节奏的动画演示,边配上适当的讲解,学生在可视化的环境中,很容易就掌握波的叠加原理了。有些实验在课堂内因教学条件所致无法开展,此时可用计算机进行模拟,或用视频资源来弥补教学条件的不足。例如,在讲原子核式模型时,对于α粒子的散射实验,只能用仿真实验来模拟代替。

2.信息技术作为实验数据采集和处理的工具

信息技术不仅有强大的展示功能,还有高速的信息处理能力。利用信息技术这一特点可使原本复杂的数据处理过程变得轻松快捷。例如,可以利用EXCEL表格记录数据,利用软件自带的画图功能,实时作出点线图,在探究两个变量的关系时显得尤为方便。在探究单摆周期和摆长之间关系时,就可利用EXCEL的画图功能,描绘图像,促使思维的转化。新教材中引入了数字信息系统实验室(DigitalInformationSystemLaboratory,简称DIS),它是由“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。它运用传感器采集实验数据,通过接口与计算机连接,完成数据的采集、分析,必要时可以画出数据分析表和曲线,还可以对不同条件下的实验误差进行分析与讨论。DIS实验系统不仅大大简化了数据处理的过程,而且大大提高了数据测量的精度,大大降低了实验误差,使原本在传统教学中只能定性分析的实验也可进行更精确的定量研究了,这样就可以使学生更专注于实验内在的原理研究。

3.信息技术作为进行探究性实验的研究工具

在研究力的平衡、运动的合成等实验中都可以支持学生进行多角度、多方位的探索。又如,仿真物理实验室这一工具软件,在虚拟环境中创设了一个完备的综合性实验室,它可同时为许多学生提供自己动手、探索问题的模拟实验环境,学生可以利用它进行无限次的设想、尝试、探索和思考。

4.信息技术作为实验基本技能训练的工具

对一些复杂仪器的准确使用和读数是进行实验的基本功,它往往需要经过大量的练习,才能达到熟练的程度。信息技术在虚拟世界中为学生提供了全方位、开放性的操作环境,学生可随时随地的进行模拟练习,在训练的同时还能得到及时的反馈,每个同学根据反馈,可及时调整训练重点,真正做到了因材施教。例如,在游标卡尺的读法上,就可采用上述方法。

二、信息技术与物理实验教学整合的教学模式

1.学生自主的研究型教学模式

学生一般只能沿着老师指定的路线往下走,被动的去接受所谓的实验结论,完全缺乏主动权,如今利用信息技术可为学生们提供动态的情境空间,提供广阔的探究舞台,学生完全可以自由的独立自主的进行探究活动,在反复的尝试、反思、修正中提高自己的实验素养和思维品质。它的流程一般为:提出问题→作出猜想→设计实验→收集、处理、分析数据→交流讨论→反思修正实验方案→再次尝试实验→归纳总结规律→评价实验过程。这种教学模式虽然花时比较多,但在培养学生综合能力上起着不可替代的作用,因此教师还是应该自觉的尽量使用。

2.师生协作的互助型教学模式

由于学生的能力有限,完全的自主探索,不仅耗时多,而且很可能一直找不到正确的方向,多次失败还会导致部分学生丧失继续探索的勇气,因此,师生互助型的教学模式就显得更为有效。教师可以组织学生进行充分的讨论,在此基础上筛选出几种有代表性的比较可行的方案,再让学生去尝试讨论。它的流程一般为:教师提出问题→学生作出猜想→师生共同讨论设计实验→选定设计方案→收集、处理、分析数据→师生交流讨论→学生归纳总结规律→师生共同评价实验过程。

三、信息技术与物理实验教学整合中要注意的问题

1.处理好模拟实验和传统实验的关系

模拟实验虽有种种长处,但它毕竟是存在于虚拟世界,它无法替代传统实验的真实性,若不加区别,一味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。因此,模拟实验只能作为传统实验的补充,在传统实验无法满足课堂需求时,作为局部突破,配合使用,只有这样,教学才能收到事半功倍的效果。

2.处理好数字化实验与传统实验的关系

数字化的实验环境自动化程度比较高,学生接触比较少,使用时更易由于好奇而过多的关注传感器本身,反而将实验的物理意义弱化了。另外,在培养细致、认真、耐心的观察习惯上,数字化的实验环境也有所欠缺。因此,尽管数字化改造是实验教学条件现代化的发展趋势,但我们还是应该把真实实验条件作为实验室建设的基础,信息技术装备只能是物理实验的有力的辅助设备之一。