淺析網(wǎng)絡(luò)時(shí)代背景下的高中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究

馮學(xué)軍

（甘肅省武威第七中學(xué)，甘肅武威 733000）

引言

信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展對(duì)我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了相應(yīng)影響，尤其是教學(xué)方式也逐漸與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。高中物理作為中學(xué)階段一門難以理解、較為抽象的學(xué)科，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，還能使學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)得到有效提升[1]。在高中物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中，教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，通常能夠更有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，高中物理開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在較多挑戰(zhàn)與機(jī)遇。但是，對(duì)于物理知識(shí)而言，由于其較為抽象難懂，學(xué)習(xí)難度相較于其他學(xué)科難度較大，教師可以將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革創(chuàng)新，從而使物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平得到有效提高，進(jìn)而有效提升學(xué)生的物理成績(jī)。

一、網(wǎng)絡(luò)背景下高中物理實(shí)驗(yàn)的特色

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)背景下的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通常具有數(shù)字化顯示、快速準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)化的信息采集、實(shí)時(shí)測(cè)量、現(xiàn)象規(guī)律可視化等特色[2]。網(wǎng)絡(luò)背景下，教師通常更注重學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的能力，更注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、探究意識(shí)的培養(yǎng)。

（一）物理量實(shí)時(shí)采集和顯示

（1）過(guò)程量。例如，在開(kāi)展“單擺周期性的驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以通過(guò)信息技術(shù)系統(tǒng)中的光電傳感器進(jìn)行計(jì)時(shí)。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)使用的用眼睛觀察秒表相比，信息技術(shù)更便于記錄單擺通過(guò)平衡位置的具體次數(shù)，且誤差更小。

（2）瞬間量數(shù)據(jù)的采集和顯示。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)通常能夠?qū)λ查g量實(shí)施準(zhǔn)確的測(cè)量及動(dòng)態(tài)顯示，能夠使物理本質(zhì)實(shí)現(xiàn)量化。例如，在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，教師可以通過(guò)傳感器對(duì)碰撞中的互相作用力進(jìn)行研究，通過(guò)光電門傳感器對(duì)瞬時(shí)速度進(jìn)行研究等。

（3）微小量數(shù)據(jù)的采集和顯示。例如，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，電流傳感器的精確度通常能夠達(dá)到0.1μA，具體測(cè)量的范圍能降低至-1μA 至1μA，通常能夠?qū)ξ⑿‰娏鬟M(jìn)行測(cè)量，如人體、水果、電池電流等。

（二）數(shù)據(jù)處理

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)通常能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行快速計(jì)算，并實(shí)施定量處理分析，然后擬合圖像，獲得物理規(guī)律。例如，在對(duì)牛頓第二定律中的加速度和質(zhì)量、力的關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)，傳統(tǒng)的研究方式在數(shù)據(jù)處理方面不僅費(fèi)時(shí)，還極為麻煩，而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的運(yùn)用，教師可以將采集的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，而計(jì)算機(jī)通常能夠快速處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并擬合成相應(yīng)圖像，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行定論，并獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而確保教學(xué)效率的提高。

二、網(wǎng)絡(luò)背景下高中物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新

（一）展示與分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在學(xué)生動(dòng)手操作的過(guò)程中，教師可以將學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的整個(gè)過(guò)程用視頻記錄下來(lái)，并對(duì)錄像進(jìn)行匯編與分析。網(wǎng)絡(luò)背景下，物理教師可指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行回放。在具體回放中，學(xué)生可以根據(jù)自己的操作過(guò)程，對(duì)自己實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行辨析，并對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析[3]。對(duì)于自學(xué)能力較強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，其通過(guò)分析自己的實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和物理教師分析與交流相關(guān)情況，從而有更多自主發(fā)展的空間。物理教師還能夠通過(guò)相關(guān)調(diào)查表，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行收集，并上傳資料實(shí)施統(tǒng)計(jì)分析，充分掌握學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，并根據(jù)這些資料，突破學(xué)生無(wú)法掌握的難點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，教師還可以上傳學(xué)生的資料，并逐漸歸類整理，從而構(gòu)建完整的實(shí)驗(yàn)誤區(qū)的資料庫(kù)，進(jìn)而確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開(kāi)展[4]。在該教學(xué)方式下，學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的主體，而教師則作為引導(dǎo)者，對(duì)實(shí)驗(yàn)錄像實(shí)施精確的匯編，并指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤進(jìn)行辨析，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

例如，在運(yùn)用電流表測(cè)量電流時(shí)，部分學(xué)生會(huì)遇到電流表讀數(shù)困難。此時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生連接電路，并對(duì)電路中的電流大小進(jìn)行測(cè)量，然后引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)屏幕對(duì)電流表的具體使用規(guī)則及讀數(shù)方法進(jìn)行模擬演示。經(jīng)過(guò)2～3 次的讀數(shù)練習(xí)，學(xué)生通常能夠有效掌握電流表的具體讀數(shù)及使用方法。對(duì)于連接電路存在困難的學(xué)生而言，其通過(guò)對(duì)自己實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻的觀看，通過(guò)師生、生生交流能夠發(fā)現(xiàn)連接電路中出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)中無(wú)法做或者不方便做的實(shí)驗(yàn)，教師可通過(guò)計(jì)算機(jī)科學(xué)模擬（simulation）及視頻資源開(kāi)展教學(xué)。例如，在開(kāi)展“超重和失重”實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，物理教師可根據(jù)人在電梯內(nèi)，電梯上下過(guò)程中失重和超重的例子進(jìn)行講解。在實(shí)際上課時(shí)，教師通常不方便帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)電梯觀察，因此可以在課前將實(shí)驗(yàn)過(guò)程錄制下來(lái)，并對(duì)錄像實(shí)施整編與分析。網(wǎng)絡(luò)背景下，教師通過(guò)計(jì)算機(jī)指導(dǎo)學(xué)生自主觀看實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主分析，通常能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

（二）數(shù)字信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)處理

數(shù)字信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（Digital Information System Laboratory，簡(jiǎn)稱 DIS）主要是由“數(shù)據(jù)采集器+傳感器+實(shí)驗(yàn)軟件包+計(jì)算機(jī)”所構(gòu)成的新型化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。DIS 系統(tǒng)綜合應(yīng)用了傳感器中的數(shù)據(jù)采集、分析、記錄技術(shù)，并構(gòu)建出依賴于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的一個(gè)實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，且有效避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端[5]。DIS 實(shí)驗(yàn)通常具有電壓、電流、溫度、微電流、聲波、壓強(qiáng)、位移、磁、光電門、力等不同傳感器，能夠有效確保各項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。DIS 在被運(yùn)用到高中物理的實(shí)驗(yàn)室時(shí)，通過(guò)傳感器對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并以接口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的順利采集與分析，并繪制出相應(yīng)的曲線和數(shù)據(jù)分析表，能夠更為快捷、方便地測(cè)量出物理量和實(shí)驗(yàn)物理量的關(guān)系。例如，在開(kāi)展電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)定、牛頓第二定律等相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)構(gòu)建Excel 數(shù)據(jù)表，從而有效生成相應(yīng)的點(diǎn)線圖。對(duì)非線性關(guān)系相關(guān)物理量而言，通常教師可通過(guò)數(shù)據(jù)處理的軟件實(shí)施曲線擬合，從而使學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)物理量間的規(guī)律與關(guān)系。例如，音叉的震動(dòng)可通過(guò)計(jì)算機(jī)繪制出相應(yīng)的振動(dòng)圖像，并用數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行擬合。這樣，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)該振動(dòng)圖像與正弦函數(shù)具有直接關(guān)系。又如，在對(duì)牛頓第二定律中變速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)行探究時(shí)，DIS 也能得到其與函數(shù)的關(guān)系。DIS 不僅能夠代替溫度計(jì)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、溫度計(jì)、彈簧秤、壓強(qiáng)計(jì)等傳統(tǒng)的儀表，還能對(duì)傳統(tǒng)儀表不能準(zhǔn)確測(cè)量的物理量進(jìn)行測(cè)量，如對(duì)瞬時(shí)速度、微電流等的直接測(cè)量。DIS 不僅是單純的替代，還可以使測(cè)量的范圍、精度、速度都得到有效擴(kuò)大和提高。

（三）強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋檢測(cè)

強(qiáng)矯正、快反饋是學(xué)生物理學(xué)習(xí)質(zhì)量有效提高的重要途徑。通過(guò)計(jì)算機(jī)具備的速度快、貯存量大、交互性能較好的特征，教師開(kāi)展具有針對(duì)性的檢測(cè)與訓(xùn)練，能夠使學(xué)生對(duì)相關(guān)問(wèn)題的思維方式、過(guò)程、結(jié)果的正確性進(jìn)行即時(shí)判斷，并對(duì)學(xué)生的思維方式進(jìn)行矯正。物理教師可依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，創(chuàng)建相應(yīng)的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立自主地進(jìn)行上機(jī)學(xué)習(xí)，并輔助學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的反饋練習(xí)，從而使學(xué)生的自學(xué)能力及處理相關(guān)問(wèn)題的能力得到有效提高[6]。例如，教師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容繪制成填圖、填空、選擇、改錯(cuò)、判斷等不同類型的標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練題，然后指導(dǎo)學(xué)生將答案輸入電腦中，并通過(guò)電腦對(duì)答案的正確性進(jìn)行直觀的判斷。

（四）實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)

在高中物理的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課程中，對(duì)于有些演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)記不清或者忘記。但復(fù)習(xí)的時(shí)間又比較緊迫，教師無(wú)法將平時(shí)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)再做一遍。而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，教師就可以將做過(guò)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)重新演示一遍，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)具備的較強(qiáng)交互性，增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，同時(shí)充分發(fā)揮出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上的主體作用，從而使學(xué)生積極參與到物理實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)中。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅能夠使實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課程的容量得到有效擴(kuò)充，還能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的復(fù)習(xí)效率得到有效提高。例如，在復(fù)習(xí)“電磁振蕩與電磁波”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師就可以播放實(shí)驗(yàn)相關(guān)視頻，講解電磁波的出現(xiàn)、調(diào)制發(fā)射、傳播、接收等相關(guān)過(guò)程，從而顯著提高課堂教學(xué)效率。或者在對(duì)不同實(shí)驗(yàn)裝置的相關(guān)裝配與電路連接進(jìn)行復(fù)習(xí)時(shí)，教師可以通過(guò)CAI 課件，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝連接，并在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)給予相應(yīng)的提示。除此之外，物理教師還可以把各種不同類型的實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)、重點(diǎn)進(jìn)行剪輯錄制成影像，讓學(xué)生觀看，并提出相應(yīng)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，從而使學(xué)生能夠在更加愉快的氛圍中掌握相關(guān)物理知識(shí)，并使學(xué)生的復(fù)習(xí)效率得到有效提高。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，教師將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通常能夠?yàn)閷W(xué)生帶來(lái)更好的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中獲得探究的樂(lè)趣。將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，更符合學(xué)生自身的認(rèn)知水平，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能使教學(xué)質(zhì)量和效率得到有效提高。