新課程理念下信息技術(shù)與高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的新模式探討榮斌

新課程理念下信息技術(shù)與高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合中山市第一中學(xué)物理科組榮斌隨著各個(gè)學(xué)校信息化水平和教師利用信息技術(shù)能力的不斷提高，以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)已經(jīng)深入到學(xué)校教育的各個(gè)領(lǐng)域，也為物理學(xué)科教學(xué)模式的變革和發(fā)展提供了前提和便利。物理學(xué)是一門構(gòu)建在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿了物理教學(xué)的整個(gè)過程。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求大力促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的融合，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生互動(dòng)方式的變革。因此如何進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)有效整合的探索研究，對(duì)實(shí)踐物理學(xué)科新課程改革具有重要的先導(dǎo)作用。一、信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩種整合模式物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，教師的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的兩個(gè)重要組成部分，這些實(shí)驗(yàn)的完成質(zhì)量從某種程度上決定了物理教學(xué)的整體效果。隨著教學(xué)改革的不斷深入，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)在能力、方法、情感等綜合科學(xué)素質(zhì)教育中的重要作用認(rèn)識(shí)不斷提高。在各種實(shí)驗(yàn)的不同環(huán)節(jié)，信息技術(shù)都能發(fā)揮其獨(dú)特的作用，充分滿足各個(gè)方面的需求。1、信息技術(shù)作為演示實(shí)驗(yàn)講授平臺(tái)這是信息技術(shù)用于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)最廣泛的形式，是整合最基礎(chǔ)的層次，也是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的延伸。中學(xué)物理有很多的演示實(shí)驗(yàn)，通過這些實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生建立物理模型、認(rèn)識(shí)物理過程、掌握基本概念和規(guī)律。但由于中學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的精度和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，其中相當(dāng)一部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、可操作性差、可見度和重復(fù)度很低，實(shí)驗(yàn)效果并不如意，無法讓全體學(xué)生同時(shí)獲得有效的感官刺激并形成直觀認(rèn)識(shí)，達(dá)不到教學(xué)要求。這時(shí)通過信息技術(shù)平臺(tái)以圖片、錄像或者多維動(dòng)畫的形式，進(jìn)行信息處理和圖像輸出，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行微觀放大、宏觀縮小、動(dòng)態(tài)變慢、瞬間定格，讓學(xué)生清晰地獲取有用信息，形成鮮明的感性認(rèn)識(shí)，有效的彌補(bǔ)課堂演示的不足，提高物理實(shí)驗(yàn)的演示效果。例如，在講解“生活中的向心力”時(shí)，學(xué)生對(duì)火車轉(zhuǎn)彎模型普遍沒有認(rèn)識(shí)。我通過展示車輪結(jié)構(gòu)的照片，學(xué)生對(duì)車輪和軌道的相互作用形成直觀感受；通過播放火車過彎時(shí)的動(dòng)態(tài)錄像，引導(dǎo)學(xué)生思考轉(zhuǎn)彎路段鐵軌鋪設(shè)的科學(xué)道理，其中車輪與鐵軌擠壓產(chǎn)生的火花和刺耳的摩擦聲，給學(xué)生形成強(qiáng)烈的感官刺激。又如“重核裂變”在現(xiàn)實(shí)生活中不能直接再現(xiàn)的，我通過制作動(dòng)畫演示核裂變的具體場(chǎng)景和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形象過程，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行后原子彈爆轟的場(chǎng)面給學(xué)生留下深刻印象，加深了對(duì)反應(yīng)條件的認(rèn)識(shí)，達(dá)到非常好的教學(xué)效果。2、信息技術(shù)作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究平臺(tái)新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生探究新知的經(jīng)歷和獲得新知的體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)結(jié)果和過程的并重，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。探究實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)要求教師要改變以往的教學(xué)策略，構(gòu)建新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；探索性實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生，由學(xué)生自己動(dòng)手，在實(shí)驗(yàn)過程中，認(rèn)識(shí)到這些物理實(shí)驗(yàn)反映的物理本質(zhì)，從而形成正確的物理規(guī)律，建立正確的物理規(guī)律。信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合不只是把它作為多媒體展示工具來使用，更重要的是把信息技術(shù)作為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)技術(shù)支持工具和信息加工工具。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)是隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的新型實(shí)驗(yàn)方法，能夠逼真地模擬實(shí)驗(yàn)儀器的測(cè)量特性，符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律，突破了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的限制，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)范圍，拓展了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作范圍，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平與效果。例如在電學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在完成儀器連接后需要教師進(jìn)行檢查防止錯(cuò)誤接法對(duì)儀器的損害，學(xué)生錯(cuò)誤經(jīng)過矯正后也不能形成深刻有效的刺激；這時(shí)可以通過電路仿真軟件讓學(xué)生熟手，讓他們?cè)谔摂M環(huán)境中獨(dú)立操作，觀察所發(fā)生的各種現(xiàn)象，這樣既可以保護(hù)儀器，也能夠保護(hù)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。在電學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真中，學(xué)生在前端（屏幕界面）完成儀器種類和數(shù)量的選擇、參數(shù)的確定和電路連接，在后臺(tái)（計(jì)算機(jī)內(nèi)部）按照電路運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行科學(xué)計(jì)算并反饋到儀器讀數(shù)中，實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一般無二，可以使學(xué)生充分經(jīng)歷科學(xué)探究的樂趣，充分發(fā)揮他們的主動(dòng)性和積極性?，F(xiàn)代傳感器已廣泛進(jìn)入中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，成為信息技術(shù)與物理課程整合、教育手段現(xiàn)代化的一個(gè)的突破口，對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科技的興趣，提高綜合素質(zhì)和發(fā)展創(chuàng)新思維有著重要的作用。傳感器替代了傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，能夠完成各種物理量數(shù)據(jù)的測(cè)量采集，并把這些海量數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)完成計(jì)算和分析，并以圖表等直觀形式呈現(xiàn)給學(xué)生。在新課程改革中，我們注重通過實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，從而讓學(xué)生親歷“現(xiàn)象猜想-實(shí)驗(yàn)規(guī)劃-操作驗(yàn)證-結(jié)論歸納”的科學(xué)探究過程，初步掌握科學(xué)研究的方法。豐富的傳感器增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)，提高了探究過程的實(shí)效和范圍，信息化的實(shí)驗(yàn)手段可以拓展學(xué)生探究日常生活中物理現(xiàn)象的能力，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望。二、信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的實(shí)踐目前，全國(guó)各地的學(xué)校都在積極地進(jìn)行信息技術(shù)與課程整合的實(shí)踐。信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要和學(xué)生發(fā)展的需求，辯證地分析信息技術(shù)實(shí)施過程中的優(yōu)勢(shì)和不足，趨利避害，追求信息技術(shù)在教學(xué)中的最大實(shí)效。不久之前，筆者在講授“平拋運(yùn)動(dòng)”時(shí)提到平拋物體的軌跡是拋物線，課后不少同學(xué)提出設(shè)想：理論計(jì)算表明平拋軌跡是拋物線，但理論的基礎(chǔ)是平拋運(yùn)動(dòng)的合成和分解；如果能夠計(jì)算拋體的軌跡，那不也可以驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)分解的合理性嗎？對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)想，我給予極大的肯定，鼓勵(lì)他們盡快拿出實(shí)驗(yàn)方案。通過交流和討論，他們把這個(gè)問題分解成兩個(gè)部分來完成：一是通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)確定平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡；二是根據(jù)軌跡確定拋體方程，但沒有行之有效的簡(jiǎn)便方法。通過引導(dǎo)，他們掌握了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值擬合的方法，順利的解決了問題。于是，參與探究的同學(xué)分成兩部分，一部分同學(xué)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，測(cè)定平拋物體的軌跡點(diǎn)；另一部分計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)好的同學(xué)確定具體的擬合方法，編制計(jì)算機(jī)程序，他們利用EXCEL的自動(dòng)計(jì)算和作圖功能，通過調(diào)整拋物線方程參數(shù)改變拋物線的形狀來和測(cè)量坐標(biāo)擬合。（可調(diào)）拋物線參數(shù)a6自變量x函數(shù)值y實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Y

在上圖中，當(dāng)調(diào)整參數(shù)a=時(shí)，粗線代表的拋物線方程和細(xì)線代表的測(cè)量坐標(biāo)值完美的擬合在一起。通過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，證明了平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡的確是拋物線，還通過拋物線方程中參數(shù)a與初速度的關(guān)系，順利求解了平拋速度。三、信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合中存在的問題1、當(dāng)前絕大部分的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是在整合的低級(jí)階段相當(dāng)一部分物理教師認(rèn)為信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)學(xué)科課程整合就是在實(shí)驗(yàn)課上使用信息技術(shù)，如制作PPT演示文稿、編輯WORD文檔，就可以提高實(shí)驗(yàn)課堂、課后效率，有效提高學(xué)生的知識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＴ谶@種情況下，教師預(yù)先規(guī)劃教學(xué)過程，學(xué)生按照教師的思路進(jìn)行學(xué)習(xí)，被動(dòng)地接受教師的傳授，學(xué)生的創(chuàng)造性被封閉在這個(gè)閉環(huán)過程之外。久而久之，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性被消磨殆盡。其實(shí)，信息技術(shù)應(yīng)用于物理教學(xué)只是起到輔助工具的作用，它既是課堂主導(dǎo)者-教師進(jìn)行科學(xué)引導(dǎo)的工具，更是課堂的主體-學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的工具。教師要做的不僅是抓住課堂教學(xué)的重、難點(diǎn)，更重要的是以最貼近青少年學(xué)生思維特征的方式傳達(dá)出來。2、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和信息多媒體技術(shù)不能有效平衡從高中物理學(xué)科的特點(diǎn)來看，以信息技術(shù)為核心的模擬仿真實(shí)驗(yàn)、先進(jìn)傳感器實(shí)驗(yàn)代替不了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。由于高中生本身的認(rèn)知特點(diǎn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式能夠給學(xué)生最真實(shí)感受，再逼真的模擬、仿真都無法和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)過程媲美。先進(jìn)傳感器極大的拓寬了我們的測(cè)量能力和范圍，但是它的測(cè)量過程對(duì)學(xué)生是透明的，呈現(xiàn)給學(xué)生的就是最終的測(cè)量結(jié)果，不利于培養(yǎng)學(xué)生正確選擇、使用儀器的能力和實(shí)驗(yàn)操作、觀察能力。但是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在以下不足：由于高中實(shí)驗(yàn)室儀器等級(jí)普遍較低，測(cè)量結(jié)果精度不夠；實(shí)驗(yàn)儀器量程小，測(cè)量范圍窄；實(shí)驗(yàn)儀器種類少，測(cè)量能力不足；重視學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的能力，輕視學(xué)生規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力等。信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)則正好相反，通過模擬、仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以避開實(shí)驗(yàn)室的各種安全規(guī)則，大膽嘗試努力創(chuàng)新；先進(jìn)傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)量大，計(jì)算、描點(diǎn)、作圖交給計(jì)算機(jī)完成，學(xué)生的主要任務(wù)是實(shí)驗(yàn)方案的再規(guī)劃、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的探究分析、推測(cè)結(jié)論；側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)和規(guī)律的探求能力、數(shù)行結(jié)合能力和物理建模能力。因此筆者認(rèn)為，時(shí)代呼喚物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的變革，信息技術(shù)給教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來很多有益的根本性的變化，但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不能退出歷史舞臺(tái)。學(xué)生只有經(jīng)過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的打磨，才能體驗(yàn)先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)過程中的真實(shí)感，兩者可以取長(zhǎng)補(bǔ)短、相得益彰。四、結(jié)束語(yǔ)新課程改革突出強(qiáng)