利用可視化方式，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性

趙芳

摘 要：物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的。因而，物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識必不可少的方法，是學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，是物理教學(xué)的重中之重。但是，目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一，教學(xué)效果不佳。為了改變這一現(xiàn)狀，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，本文研究了可視化的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。

關(guān)鍵詞：高中;物理;可視化;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

學(xué)習(xí)物理是不斷接受生活自然現(xiàn)象并對其科學(xué)原理探索的過程。但是，到了高中階段，物理知識上升到了另一個層次。隨著知識深度的增加，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開始變得不明顯、實(shí)驗(yàn)過程開始變得復(fù)雜難解、實(shí)驗(yàn)規(guī)律變得不可捉摸，物理學(xué)習(xí)越來越困難。此時(shí)，如果仍然采用單一的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，學(xué)生的理性思維和抽象思維將難以突破，物理學(xué)習(xí)也將止步不前。鑒于此，物理實(shí)驗(yàn)課堂需要增加一副“軟化劑”，讓堅(jiān)硬難啃的物理實(shí)驗(yàn)變得順滑柔軟。而可視化充當(dāng)了“軟化劑”的角色。物理實(shí)驗(yàn)的可視化讓學(xué)生能夠感性認(rèn)知、直觀體驗(yàn)物理現(xiàn)象，從而開啟了更深層次的物理本質(zhì)的探尋，極大提高了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

一、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化

在高中物理實(shí)驗(yàn)中，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象微小而迅速，學(xué)生難以捕捉。由于一些關(guān)鍵現(xiàn)象捕捉不到，學(xué)生就無法破除原有認(rèn)知障礙、突破知識難點(diǎn)，無法理解性地獲得物理知識。鑒于此，教師可以采用“圖說”的可視化方式展開物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將一些難以捕捉的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用圖片的方式具體地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，引導(dǎo)學(xué)生觀察出一些細(xì)微的實(shí)驗(yàn)變化，從而突破認(rèn)知障礙、理解物理知識，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

例如，在教學(xué)“研究平拋運(yùn)動”時(shí)，由于肉眼觀察的方式無法真切地看出物體運(yùn)動的軌跡，平拋運(yùn)動的研究難以繼續(xù)。于是，我利用了可視化的方式研究平拋物體的運(yùn)動軌跡。具體來說，令一個小球做平拋運(yùn)動，用頻閃照相機(jī)得出小球運(yùn)動的軌跡，然后研究圖片中小球平拋軌跡上的位置變化關(guān)系，之后用一張標(biāo)有坐標(biāo)的白紙按照平拋運(yùn)動軌跡描摹出一條曲線，在曲線上選取不同的幾個點(diǎn)，用刻度尺和三角板測出它們的坐標(biāo)x和y，最后計(jì)算得出初速度。在整個過程中，由于可視化圖片的介入，平拋物體運(yùn)動軌跡的研究變得直觀而生動。學(xué)生通過具體的圖片快速解讀了物體平拋運(yùn)動軌跡，從而求算出了初速度。因而，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視化可以提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

二、實(shí)驗(yàn)規(guī)律可視化

物理規(guī)律是構(gòu)成物理的基本框架，是指導(dǎo)物理學(xué)習(xí)發(fā)生和發(fā)展的基石。因而，物理實(shí)驗(yàn)特別重視物理規(guī)律的探究。但是，由于物理規(guī)律的抽象性和邏輯性較強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)的過程中，學(xué)生無法總結(jié)、歸納出實(shí)驗(yàn)規(guī)律。鑒于此，教師需要發(fā)揮可視化技術(shù)的輔助作用，讓實(shí)驗(yàn)規(guī)律具體、生動地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，輔助學(xué)生深刻掌握物理規(guī)律，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

例如，在教學(xué)“實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系”時(shí)，學(xué)生在橡皮筋的彈力做功的處理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理上感到疑惑，他們無法將力做功和做功引起的速度的變化定量聯(lián)系起來。鑒于此，我引入了圖像法，引導(dǎo)學(xué)生處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的可視化。具體來說，在完成實(shí)驗(yàn)之后，引導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算機(jī)Excel軟件的圖像處理功能處理數(shù)據(jù)。在圖像處理的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)w_v2圖像是一條過原點(diǎn)的直線，說明了牽引力做的功與小車獲得的速度呈正比例關(guān)系。由于Excel軟件圖像處理功能的介入，學(xué)生清楚地看到了牽引力做功與做功引起的速度變化的關(guān)系，從而得出了功與速度變化關(guān)系的規(guī)律?？梢?，實(shí)驗(yàn)規(guī)律的可視化有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

三、實(shí)驗(yàn)過程可視化

在高中物理課堂上，由于時(shí)間緊、任務(wù)重，學(xué)生沒有充足的物理實(shí)驗(yàn)探究時(shí)間。因而，物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)基本上通過閱讀書本內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。然而，這種教條式的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式并不能讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，透徹掌握物理知識，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。為了解決這一問題，教師可以以生活經(jīng)驗(yàn)為切入點(diǎn)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，深刻理解物理知識。

例如，在教學(xué)“實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生組織生活小實(shí)驗(yàn)，親自驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。具體來說，用一個系有重物的紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源后松開紙帶讓重物自由落下，用幾條紙帶重復(fù)以上動作。紙帶打完點(diǎn)之后，學(xué)生親自挑選出幾條第一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間距離接近2mm的紙帶測量，測出各點(diǎn)到第一點(diǎn)的距離，計(jì)算打點(diǎn)的即時(shí)速度;然后用刻度尺測量紙帶上某點(diǎn)O與其它點(diǎn)的距離，計(jì)算出相應(yīng)減少的重力勢能;最后，計(jì)算各點(diǎn)對應(yīng)的勢能減少量與增加的功能并對比，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。在整個過程中，通過親身試驗(yàn)，學(xué)生經(jīng)歷了機(jī)械能守恒定律產(chǎn)生的過程，有效驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。因而，實(shí)驗(yàn)過程的可視化可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性。

總之，在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可視化理念的滲透可以讓物理實(shí)驗(yàn)更加直觀、生動、具體，可以輔助學(xué)生突破物理實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，提高物理實(shí)驗(yàn)的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐華昌，馬開春，謝云霞.信息技術(shù)優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)探究[J].教育信息技術(shù)，2015，（9）.

[2]蘇宙平，郭穎，張秀梅.物理教學(xué)可視化虛擬實(shí)驗(yàn)平臺創(chuàng)建[J].江蘇第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，31（3）.