在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，教育領(lǐng)域正在發(fā)生著深刻的變化。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理學(xué)科中非常重要的一個部分，信息技術(shù)的融入有著十分重要的意義。信息技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時空限制，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可視化和互動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，為培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)開辟新的途徑。

一、基于信息技術(shù)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢

（一）模擬復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)情境

信息技術(shù)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行仿真，提供了一種創(chuàng)新的解決方法。高中物理課程中有許多內(nèi)容很難在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室里得到完美呈現(xiàn)，通常都會涉及微觀世界細(xì)微的變化或宏觀宇宙宏大的現(xiàn)象等，受現(xiàn)實(shí)條件所限，學(xué)生很難對這些現(xiàn)象及其內(nèi)在機(jī)制有完整的直觀認(rèn)識。信息技術(shù)的出現(xiàn)突破了這種困境，通過復(fù)雜的編程算法結(jié)合先進(jìn)的圖形渲染技術(shù)來構(gòu)造一個栩栩如生的虛擬實(shí)驗(yàn)場景。就微觀領(lǐng)域而言，對于分子熱運(yùn)動、電子能級躍遷現(xiàn)象，信息技術(shù)能夠呈現(xiàn)分子無規(guī)則運(yùn)動軌跡和電子不同能級間躍遷過程，使學(xué)生走進(jìn)肉眼所不能接觸的微觀世界，真正體會物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動規(guī)律。從更廣泛的視角來看，例如天體的運(yùn)動，包括行星圍繞恒星的公轉(zhuǎn)和衛(wèi)星軌道的變化等，利用模擬軟件可以準(zhǔn)確地展示天體間的引力相互作用、軌道呈橢圓形狀，速度、加速度等參數(shù)也在不斷變化著，把浩瀚宇宙間紛繁復(fù)雜的運(yùn)動形象地展示在學(xué)生面前。

（二）提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力

高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力直接影響著學(xué)生是否能準(zhǔn)確地從中提煉物理規(guī)律與科學(xué)結(jié)論。信息技術(shù)的整合，優(yōu)化并強(qiáng)化了這個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理手段如手工計算、手繪圖表，不僅費(fèi)時費(fèi)力，還易將人為誤差引入數(shù)據(jù)記錄、計算過程及圖表繪制過程，特別是在面對海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或復(fù)雜數(shù)據(jù)關(guān)系的情況下，上述缺點(diǎn)就更顯突出，會造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)甚至出錯，從而影響到物理知識理解的正確性。信息技術(shù)的運(yùn)用有效地彌補(bǔ)了之前存在的不足之處，使用Excel、Origin這些專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件可以使學(xué)生高效準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。在數(shù)據(jù)錄人上，該軟件提供方便的表格編輯功能以便于學(xué)生快速錄人資料，并且能自動識別數(shù)據(jù)類型，對格式作初步整理。在數(shù)據(jù)分析部分，該軟件內(nèi)置豐富多彩的數(shù)學(xué)函數(shù)及統(tǒng)計工具，方便學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及擬合曲線的運(yùn)算，迅速揭示了數(shù)據(jù)集中趨勢與離散程度及變量間潛在函數(shù)關(guān)系。同時，該軟件產(chǎn)生的圖表專業(yè)性強(qiáng)、可視化效果好，能清晰顯示出數(shù)據(jù)的分布規(guī)律及變化趨勢，有利于學(xué)生更直觀地找出數(shù)據(jù)背后所隱藏的物理規(guī)律。而且，數(shù)據(jù)處理過程中的每一個步驟都可以被記錄和追溯，便于學(xué)生進(jìn)行檢查和糾錯，確保數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。這種以信息技術(shù)為依托的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方式在促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)高效、優(yōu)質(zhì)進(jìn)行的同時，還培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與科學(xué)的思維方法，讓學(xué)生掌握了物理知識，又能熟練運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)研究所必需的數(shù)據(jù)處理技能，從而為學(xué)生今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理和其他科學(xué)領(lǐng)域打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

二、基于信息技術(shù)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）多媒體課件輔助教學(xué)

多媒體課件輔助教學(xué)，是信息技術(shù)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的最主要手段。教師將文字、圖片、動畫、音頻及視頻等媒體元素融合在一起，將其做成內(nèi)容豐富、形象逼真的教學(xué)課件，給學(xué)生以更直觀的感受。綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)資源有助于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的深入了解。

以“平拋運(yùn)動\"這一實(shí)驗(yàn)為例，傳統(tǒng)的教學(xué)可能會讓教師花較多的時間在黑板上畫示意圖，解釋運(yùn)動過程及公式推導(dǎo)等，這對學(xué)生來說是較難理解的。教師借助多媒體課件，能先將平拋運(yùn)動真實(shí)情境以動畫形式呈現(xiàn)出來，使學(xué)生對物體水平方向勻速直線運(yùn)動與豎直方向自由落體運(yùn)動綜合效果一目了然，對平拋運(yùn)動軌跡特征有直觀感知。同時，可將實(shí)際平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)錄像插人課件，演示實(shí)驗(yàn)真實(shí)運(yùn)行過程，其中包括怎樣建立實(shí)驗(yàn)裝置，怎樣進(jìn)行水平及豎直方向位移測量，使學(xué)生更加具體地了解實(shí)驗(yàn)過程。在實(shí)驗(yàn)原理的解釋上，通過動畫將平拋運(yùn)動過程中速度與加速度的變化規(guī)律逐漸分解，同時配合公式動態(tài)呈現(xiàn)，讓學(xué)生更容易理解平拋運(yùn)動物理本質(zhì)與數(shù)學(xué)描述。另外，教師也可將部分互動環(huán)節(jié)設(shè)置于課件中，比如，以問題的形式引導(dǎo)學(xué)生對平拋運(yùn)動在不同情況下的變化情況進(jìn)行思考，再呈現(xiàn)對應(yīng)動畫效果加以驗(yàn)證，提高學(xué)生參與度與學(xué)習(xí)積極性。利用多媒體課件輔助教學(xué)，使抽象物理知識形象化、可視化地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而有效地降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

（二）應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室給高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了新的、不受時間、空間制約的實(shí)驗(yàn)平臺。學(xué)生可在虛擬環(huán)境下自由完成多種物理實(shí)驗(yàn)操作，模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)場景，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，采集與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等活動，以達(dá)到加深物理知識理解與掌握、訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)科學(xué)探究精神的目的。

以“電磁感應(yīng)\"為例，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以模擬各種形狀線圈、各種強(qiáng)度磁場和線圈相對磁場的運(yùn)動。學(xué)生可通過獨(dú)立選擇實(shí)驗(yàn)器材及構(gòu)建實(shí)驗(yàn)電路來改變磁場方向、強(qiáng)度及線圈匝數(shù)，進(jìn)而觀測電流表指針偏轉(zhuǎn)，探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)電流所具備的條件以及影響感應(yīng)電流的各種因素。在虛擬實(shí)驗(yàn)室里，不需擔(dān)心實(shí)驗(yàn)設(shè)備受損、實(shí)驗(yàn)材料耗損等問題，學(xué)生就能大膽嘗試、勇于探索，重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作直到充分掌握實(shí)驗(yàn)原理與規(guī)律。虛擬實(shí)驗(yàn)室還能提供實(shí)際實(shí)驗(yàn)室很難實(shí)現(xiàn)的某些極端實(shí)驗(yàn)情況，比如超強(qiáng)磁場、超高速運(yùn)動等，使學(xué)生能觀察常規(guī)環(huán)境中看不到的物理現(xiàn)象，開闊學(xué)生的眼界和思路。同時，虛擬實(shí)驗(yàn)室一般都配有數(shù)據(jù)記錄與分析功能，便于學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及使用軟件工具對數(shù)據(jù)的分析與處理，繪制相關(guān)圖片，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以進(jìn)一步提升學(xué)生科學(xué)探究能力及數(shù)據(jù)處理能力。

（三）采用傳感器進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

使用傳感器進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了信息技術(shù)和高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，該傳感器能把物理量轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器輸送到計算機(jī)中實(shí)時處理與分析，以達(dá)到準(zhǔn)確測量與動態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程的目的，給學(xué)生提供了更精確、更直觀的實(shí)驗(yàn)資料，有利于學(xué)生對物理規(guī)律進(jìn)行深人探討。

以“牛頓第二定律\"實(shí)驗(yàn)為例，在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計時器測小車加速度操作比較煩瑣，誤差大，而采用力傳感器與加速度傳感器相結(jié)合的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驑O大地提升實(shí)驗(yàn)精度與效率。在小車上裝上力傳感器以檢測小車所受拉力，并在小車上固接有加速度傳感器以對小車加速度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。在實(shí)驗(yàn)中，改變小車所受拉力的大小，計算機(jī)就可同時對力和加速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直接畫出力和加速度之間關(guān)系的圖。學(xué)生能直觀地觀察到拉力和加速度成正比的關(guān)系，進(jìn)而深入理解牛頓第二定律所包含的意義。由于傳感器能實(shí)時收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生能時刻觀察力、加速度等物理量的變化，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問題及時調(diào)整。比如，若發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中力和加速度之間關(guān)系的圖像有異常現(xiàn)象，學(xué)生就可查看實(shí)驗(yàn)裝置連接有無松動、傳感器有無標(biāo)定等情況，從而訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。用傳感器進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不但使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確、更可靠，還能使學(xué)生切身感受現(xiàn)代科技對物理實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用，激發(fā)了學(xué)生對物理學(xué)科及科學(xué)技術(shù)的興趣與喜愛。另外，傳感器可以記錄實(shí)驗(yàn)中細(xì)微的變化，動態(tài)呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)給學(xué)生帶來更多的信息，并引導(dǎo)學(xué)生對物理現(xiàn)象背后的實(shí)質(zhì)進(jìn)行深度思考。例如，在學(xué)習(xí)加速度和力之間的關(guān)系中，學(xué)生通過觀察實(shí)時數(shù)據(jù)曲線就有可能找到力的細(xì)微波動對加速度變化趨勢的影響，然后聯(lián)系現(xiàn)實(shí)中汽車起動、剎車的情境，深化物理知識實(shí)際運(yùn)用的認(rèn)識。同時這種數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)方式為教師提供了個性化的教學(xué)指導(dǎo)。教師可針對每一位學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特點(diǎn)準(zhǔn)確指出問題，有利于學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)方法與思維，而且學(xué)生在不斷解決問題的同時，也逐步掌握了科學(xué)的研究方法與技術(shù)，形成了嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度。這為將來進(jìn)行更加復(fù)雜的科學(xué)探究活動打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心與成就感，讓學(xué)生更加積極、主動地投入物理學(xué)科探究。

（四）線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺互動教學(xué)

線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺上的互動教學(xué)開辟了高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，它突破了時空的限制，可以使教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生間更方便地開展有效的溝通和互動，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)在形式和內(nèi)涵上更加豐富。

以“光線的折射和反射\"這一實(shí)驗(yàn)為例，教師可以在線上教學(xué)平臺提前公布實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)材料，這些材料包括解釋實(shí)驗(yàn)原理的視頻、模擬實(shí)驗(yàn)展示以及相關(guān)知識點(diǎn)的測試題等，以協(xié)助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始之前做足充分的準(zhǔn)備工作。實(shí)驗(yàn)課中，教師通過該平臺現(xiàn)場直播了實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作過程，學(xué)生即使沒有到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場，仍可以清楚地觀察到教師的每個操作步驟，比如怎樣調(diào)節(jié)光源、怎樣擺放折射介質(zhì)。同時，學(xué)生可通過該平臺提出問題，教師可及時解答學(xué)生的問題，保證學(xué)生對實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵要點(diǎn)的了解。當(dāng)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)后，各組均可把實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象及所遇問題等實(shí)時上傳至平臺，并與其他組共享交流。例如，某些小組在測定光的折射角度時獲得的數(shù)據(jù)與預(yù)期理論值存在偏差。當(dāng)學(xué)生上傳實(shí)驗(yàn)設(shè)備的照片和數(shù)據(jù)后，其他的小組可以聯(lián)合起來探討可能出現(xiàn)的問題，例如，光線有無垂直入射界面、測量角度儀器有無誤差等。這種互動交流既有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中解決問題，又可以使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不同視角的思考，開闊思維視野。另外，在在線平臺上可開設(shè)實(shí)驗(yàn)競賽和小組合作項(xiàng)目，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與競爭意識。比如，組織一場名為“設(shè)計最為準(zhǔn)確的折射定律檢定實(shí)驗(yàn)方案”的競賽，在這個平臺上，各個小組都會提交學(xué)生自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案，其中也包括了實(shí)驗(yàn)的具體步驟、數(shù)據(jù)采集方法及預(yù)期結(jié)果等，再結(jié)合在線投票與教師評審選出優(yōu)秀方案。通過線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺互動教學(xué)加強(qiáng)學(xué)習(xí)參與度與團(tuán)隊協(xié)作，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更生動、更有趣、更有效。

三、結(jié)束語

信息技術(shù)應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，前景廣闊，大有可為。盡管目前存在一些問題，但通過不斷提升教師素養(yǎng)、合理配置資源以及正確處理虛擬與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，能夠充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程、提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生物理學(xué)習(xí)及今后發(fā)展打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，有利于培養(yǎng)出符合時代需要的創(chuàng)新型人才，促進(jìn)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)邁上一個新的臺階。

【參考文獻(xiàn)】

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