信息技术优化物理实验‘可视化’教学的理论与实践

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1、信息技术优化物理实验‘可视化’教学的理论与实践唐华昌四川省成都市新都一中610500马开春四川省成都市新都一中610500摘要：实验是中学物理教学中的一个重要组成部分，可以说没有物理实验就等于没有物理教学，但由于各种原因使物理实验教学存在着许多实验现象、操作过程、数据采集、分析处理以及学生对实验的理解思维过程不可视化，而随着信息技术在教育教学中应用，为实验教学的可视化提供了更易于操作和实现的物质平台，通过演示实验课件、虚拟现实技术、传感器和接口技术等将学生置于多媒体动画、图片、图表、音频等视听资料和计算机网络所创造的物理实验现象可视化时空之中，使其在‘虚拟的

2、真实’中探索、发现、理解和掌握教学内容，从而在潜移默化之中达到培养学生创造性素质和能力的目的。关键词：信息技术、物理实验、可视化《全日制中学物理教学大纲》指出：“物理是一门实验科学”，运用物理实验，可以丰富学生感性认识，提高学习兴趣；突破教学重点难点，理解概念规律；形成物理图像，认识物理过程；启发学生思维，增强探索精神；培养学生观察能力，掌握实验技能；促使学生养成良好习惯，学会科学方法。因此，物理教学离不开物理实验，没有物理实验就等于没有物理教学。但现行高中物理实验教学中存在着如下问题：①由于实验器材、实验现象等因素的限制，常常使得演示实验效果不明显，实验的

3、可观察面太小，或是某些实验（如伽利略斜面实验，太空旅行等实验）根本就无法做，使得许多实验现象都不可能置于学生的‘可视化’情景之中；②由于实验器材的不足，学生的分组实验就不能做到一人一套器材，课外的“小实验、小制作”根本就不可能进行，导致学生的许多实验操作及实验现象都都处于不可视情景之中；③在传统的物理实验教学中，很多实验数据采集很难，以及学生的操作过程和数据处理通常都得不到及时的反馈，使得学生常常觉察不到自己操作上存在的不足与不规范，觉察不到实验结果的意义；④物理概念和规律是物理现象与思维相互作用的结果，但在传统的物理实验教学中，往往存在着忽视实验现象的理解

4、、分析处理的思维过程，使得实验现象的理解、处理、归纳等思维过程不可视化。上述问题充分说明在物理实验教学中存在着实验现象、实验操作过程、实验数据的采集、分析处理及学生对实验的理解思维过程的不‘可视化’。那么如何克服上述物理实验教学中存在的问题而将学生完全置于物理实验的‘可视化’时空之中，通过物理实验的‘可视化’教学来提供学生学习整合知识，表达、监控思维的工具，加强对学生的多通道刺激，激发学生的学习热情，进而培养学生的物理学科探究素质、创新能力呢？在信息社会的今天，能否借助现代信息技术来提高物理实验教学的优化呢？实践证明，校园网络建设的完善、学生网络教室的建成、

5、为物理实验教学的优化提供了可靠的物质条件，信息技术从演示实验辅助课件的应用，到计算机的传感器和接口技术的应用，再到虚拟实验平台的建立等，变换了实验信息处理方式，给学生创设了一种‘可视化’的思维情景，优化了物理实验教学。因此，我们提出了信息技术优化物理实验‘可视化’教学模式。1．信息技术优化物理实验‘可视化’教学的含义物理实验是指人们在人为控制条件下利用科学仪器、设备，使物理现象反复再现，从而有目的地进行观测研究的一种方法。而信息技术优化物理实验‘可视化’教学则是指利用实验技术媒体和现代信息技术媒体（如演示实验辅助课件、传感器和接口技术、虚拟实验平台、实验室等

6、）将物理实验中观察面小，或无法操作的实验等再现于多媒体动画、图片、图表、音频等视听资料和计算机网络所创造的可视化时空之中，使学生在‘虚拟的真实’中探索、发现、理解和掌握教学内容，从而在潜移默化之中达到培养学生创造性素质和能力的目的。2．信息技术优化物理实验‘可视化’教学的价值2.1符合学生直观化思维习惯与高中物理要求　　大多数学生发现由初中进入高中，物理课突然变得很困难了。原因何在？我认为，高中物理课的学习难点主要发生在：首先，高初中教学内容的四个过渡：由不变（常量物理）到变化（变量物理）的过渡；由静态图形研究到动态图形（包括图像）研究的过渡；由直线情景到平

7、面情景甚至到空间情景的过渡；由能明确感知（如路程、速度等等）到大量出现抽象规定（如加速度、多力的等效处理）的过渡。其次，在思维要求上，高中更多地要求逻辑分析思维，各种思维方法的综合应与学生初中形成的“眼见为实”的心理、思维习惯的矛盾。而在教学中，部分教师忽视形象思维，以为只有抽象思维才是高级思维能力，以为单凭“讲”就可以达到教学目标的教师才算“本事”，将“教学法”局限为“教授法”，单纯依赖文字、语言讲“生动”“形象”，却往往是枯燥、难懂。所以高中物理中的抽象规定与初中过分注重直观化思维的习惯有不小的差距。如在“牵引力的本质是摩擦力”的教学实验中，研究表象活动

8、对建立物理概念和掌握物理规律的意义，研究结果表明：按