基于信息技術(shù)的初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)策略

龐成瓊

【摘? ? 要】現(xiàn)代信息技術(shù)為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可視化創(chuàng)造了有利條件。因此，本文主要對信息技術(shù)支持下的初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)進(jìn)行探討，提出了一些可行建議，希望可以起到有效改善初中物理課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)? 初中物理實(shí)驗(yàn)? 可視化教學(xué)? 策略

中圖分類號：G4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.15.001

物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，通過物理實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對理論知識的形象認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生由感性認(rèn)識向理性認(rèn)識轉(zhuǎn)化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，發(fā)展學(xué)生的思維，培養(yǎng)探索精神，使其掌握實(shí)驗(yàn)技巧和實(shí)驗(yàn)方法，所以物理課堂離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，沒有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的物理課堂毫無意義。過去很多初中因?yàn)榭陀^條件的限制，比如缺乏實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)器材、對實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視、實(shí)驗(yàn)難度高等使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果并不理想。進(jìn)入信息時(shí)代，現(xiàn)代信息技術(shù)為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化提供了助力。目前，隨著經(jīng)濟(jì)條件的改善，不少初中已經(jīng)擁有了相對完善的校園網(wǎng)絡(luò)，開設(shè)了網(wǎng)絡(luò)教室，完善了基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可視化完全不是問題。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)的含義

物理實(shí)驗(yàn)就是人們利用一些儀器、設(shè)備創(chuàng)造、復(fù)現(xiàn)各種物理現(xiàn)象，再對其進(jìn)行觀測和研究的過程。而信息技術(shù)支持下的物理實(shí)驗(yàn)可視化就是通過先進(jìn)技術(shù)的支持，以動畫、視頻、圖片、音頻等形式演示物理實(shí)驗(yàn)的操作過程及變化過程，創(chuàng)造一種虛擬的真實(shí)，幫助學(xué)生更好地觀察和理解物理實(shí)驗(yàn)，消化其中所包含的物理知識。

二、基于信息技術(shù)的初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)的意義

（一）符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，符合物理教學(xué)的要求

初中是多數(shù)學(xué)生首次接觸物理學(xué)習(xí)的時(shí)期，很多學(xué)生畏懼物理學(xué)科的抽象性和復(fù)雜性，事實(shí)上物理學(xué)科知識的確如此，學(xué)生普遍會遇到學(xué)習(xí)困難。大多數(shù)學(xué)生的思維以形象直觀為主，要想轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄筮壿嬎季S還需要一段時(shí)間的訓(xùn)練。信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的融入就可以為學(xué)生提供一些緩沖時(shí)間，適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。新課改后，初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)也強(qiáng)調(diào)學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)，這就要求教師必須要做好教學(xué)方法與內(nèi)容的可視化處理，才能夠推動學(xué)生思維能力不斷發(fā)展。

（二）整合物理知識內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維

鑒于初中生思維形象直觀的特點(diǎn)，對于物理學(xué)科中所包含的復(fù)雜文字信息很難理解和記憶，教師只有通過把文字信息轉(zhuǎn)化成一定的形象信息，才能夠讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中所隱藏的規(guī)律，即“文字—圖像—文字”的識別過程，不同于以往教師單純對給學(xué)生灌輸物理理論知識，而是通過這一過程讓學(xué)生把握背后的事物變化，使學(xué)生能夠?qū)⑺械奈锢碇R以某種抽象的方式整合起來，明確各個(gè)知識之間的關(guān)系，那么學(xué)生的邏輯思維就會得以形成，所構(gòu)建起來的物理知識體系也會更加完善。

（三）提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，驅(qū)使學(xué)生主動學(xué)習(xí)

結(jié)合對過去初中物理課堂教學(xué)實(shí)踐的觀察，很多學(xué)生缺乏對物理學(xué)科主動積極的學(xué)習(xí)興趣，最主要的原因在于教師教學(xué)方式的單一和枯燥，單純的“理論灌輸式”教學(xué)讓學(xué)生感到乏味，只有文字、圖像、聲音結(jié)合起來的課堂教學(xué)，才能讓學(xué)生的思維更加活躍，興趣得以激發(fā)。從心理學(xué)角度來看，人體不同感官對外界信息的吸收率有區(qū)別，視覺要大于聽覺。基于信息技術(shù)支持的可視化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)圖文并茂，有效改善傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，豐富和完善教材內(nèi)容，使學(xué)生能夠從多渠道獲取和整合學(xué)習(xí)信息，課堂教學(xué)效果要大大超過傳統(tǒng)課堂的教學(xué)效果。

（四）提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

實(shí)踐能力的培養(yǎng)一直是教育教學(xué)工作中的重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)是物理最主要的實(shí)踐活動，只有參與實(shí)驗(yàn)，才能夠讓學(xué)生把自己所獲取的理論知識應(yīng)用到實(shí)際問題的解決過程中，在實(shí)踐中檢驗(yàn)自己理論學(xué)習(xí)的不足，真正吸收和消化物理理論，學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的高低在某種程度上反映了學(xué)生的物理綜合學(xué)習(xí)水平。物理實(shí)驗(yàn)的可視化教學(xué)是對學(xué)生思維能力到實(shí)踐能力轉(zhuǎn)化的有效訓(xùn)練，是貫通學(xué)生邏輯思維與實(shí)踐技能的助力，同時(shí)也能夠刺激學(xué)生創(chuàng)新意識的產(chǎn)生，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、基于信息技術(shù)的初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)策略

（一）生動形象，創(chuàng)設(shè)立體實(shí)驗(yàn)情境

首先，初中物理教師應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，保證學(xué)生以一種積極主動的態(tài)度來參與物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，這樣更利于教師接下來教學(xué)工作的開展，因此，教師就需要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一些立體的物理實(shí)驗(yàn)情境，牢牢抓住學(xué)生的注意力。例如，在“運(yùn)動的描述”這一知識點(diǎn)的教學(xué)中，教師就可以先為學(xué)生播放展示一些有關(guān)實(shí)驗(yàn)的視頻，比如大自然中奔騰的河流、草原上飛奔的獵豹、都市中人流的來往、太空中天體的運(yùn)動等，特別是這些與學(xué)生熟悉的日常生活息息相關(guān)的物理現(xiàn)象，更有利于喚醒學(xué)生的實(shí)際體驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生形成對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及問題更準(zhǔn)確的感知，把學(xué)生的注意力快速地集中到所要研究的問題上，從而提高學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)操作的期望，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作開展做好鋪墊。再如，在“聲音的產(chǎn)生與傳播”這一知識點(diǎn)的教學(xué)過程中，教師可以利用多媒體工具向?qū)W生展示各種聲音，如優(yōu)美的音樂、聒噪的蟬鳴、潺潺的流水聲等，展示各種聲音產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)場景，使學(xué)生可以通過對這些情境的觀察與思考來激發(fā)他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的興趣。

（二）動靜結(jié)合，呈現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)過程

1.放大物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)際上是非常豐富的，但是很多物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間非常短，產(chǎn)生的微觀、抽象變化也不可能讓學(xué)生直接就觀察清楚，比如彈力、摩擦力，但是如果通過計(jì)算機(jī)來模擬演示力的作用，這一過程就變得更加直觀清晰，在力的作用產(chǎn)生的過程中所發(fā)生的各種形變可以進(jìn)一步放大，便于學(xué)生觀察和分析，這是傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法做到的?？梢暬虒W(xué)讓物理實(shí)驗(yàn)過程放大，演示速度變慢，相當(dāng)于通過慢鏡頭來記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，這樣學(xué)生在研究運(yùn)動的快慢、力的作用的抽象物理理論時(shí)難度就會降低。

2.復(fù)現(xiàn)條件限制實(shí)驗(yàn)。在目前的初中物理教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件雖然得到了很大的改善，但是仍有不少實(shí)驗(yàn)需要精密、復(fù)雜、昂貴的儀器設(shè)備支持，才能使教師的教學(xué)工作順利展開，但是對于大多數(shù)初中來說，目前的教學(xué)條件還遠(yuǎn)不足以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完整性。初中物理教師通過應(yīng)用多媒體工具來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，把一些經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)出來，把教材上列舉的只有簡單文字描述的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw的、可觀察的實(shí)驗(yàn)過程，甚至可以向?qū)W生列舉更多在后面的學(xué)習(xí)階段才會接觸的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)案例，對于學(xué)生來講，將會收獲更多的學(xué)習(xí)價(jià)值。

3.模擬理想物理實(shí)驗(yàn)。有些物理實(shí)驗(yàn)由于受到大量客觀因素的影響，無法在理想的條件下開展，使得其實(shí)驗(yàn)主要現(xiàn)象不明顯，記錄不方便，學(xué)生觀察起來也不方便，這是影響物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要問題之一。如牛頓第一定律、研究真空中是否可以傳聲、探究移動的物體不需要力的維持等，針對這些實(shí)驗(yàn)的教學(xué)來應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行模擬，要保證實(shí)驗(yàn)過程完全處于理想條件之下所產(chǎn)生的“真實(shí)”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)識和理解。這里所講的真實(shí)是物理意義上的真實(shí)，因?yàn)槲锢砝碚摰男纬杀仨氁⒃诶硐霔l件和理想模型之下，但是大自然中一般不會存在這樣的理想條件和模型。反過來講，物理理論所呈現(xiàn)的物理情景是真實(shí)的嗎？結(jié)果是肯定的。物理真實(shí)同自然真實(shí)有區(qū)別，物理真實(shí)源于自然真實(shí)，但是要高于自然真實(shí)，而通過信息技術(shù)所展現(xiàn)的物理情景是物理真實(shí)，是對自然真實(shí)的本質(zhì)體現(xiàn)。

4.模擬微觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對于一些微觀物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比如分子熱運(yùn)動，其宏觀表現(xiàn)可以通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察，如噴香水，學(xué)生就能夠聞到香味，但是分子的體積很小，學(xué)生雖然能夠聞到香水味，卻看不到帶香味的分子的運(yùn)動，運(yùn)動本質(zhì)特征是無法直接用肉眼觀察到的，這時(shí)候物理教師通過應(yīng)用電腦將分子的運(yùn)動過程為學(xué)生生動形象地模擬出來，構(gòu)建物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)模型，使分子的運(yùn)動、分子運(yùn)動的快慢及影響條件置于學(xué)生可視的情景當(dāng)中，那么學(xué)生就能夠?qū)ζ湓碛型笍氐睦斫狻?/p>

5.模擬宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對于核能、太陽能這些抽象的內(nèi)容學(xué)生更是難以理解，但是核能、太陽能又和日常生活息息相關(guān)，對其變化和反應(yīng)過程，學(xué)生又無法通過實(shí)驗(yàn)建立完整認(rèn)知，如果通過多媒體工具來模擬演示核能中的裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，演示聚變的原理，學(xué)生就可以對核、太陽的概念、特征、優(yōu)點(diǎn)、功能及可能會給我們的生活帶來的問題有更加全面的把握，教師甚至還可以給學(xué)生展示宇宙大爆炸模型。

6.保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，在大多數(shù)情況下，教師都會把學(xué)生劃分成若干小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，不可能保證每一個(gè)學(xué)生能夠配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，一般是一部分學(xué)生操作，另一部分學(xué)生觀察，或者是學(xué)生輪流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，這就導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)操作的過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法讓學(xué)生形成直接的認(rèn)識，學(xué)生只能夠死記硬背實(shí)驗(yàn)操作過程和結(jié)果，這對于學(xué)生理論知識的理解以及實(shí)驗(yàn)技能的強(qiáng)化是無益的。有了信息技術(shù)的支持，雖然不能夠完全替代線下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是可以有效彌補(bǔ)一些不足，輔助課堂教學(xué)順利開展，每個(gè)學(xué)生都能夠完整地觀察實(shí)驗(yàn)過程，認(rèn)識物理現(xiàn)象。但是需要注意的是，在課堂教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)盡可能在現(xiàn)有條件的支持下，為學(xué)生提供獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，應(yīng)用多媒體技術(shù)給學(xué)生創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的教學(xué)情境，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程，巡視檢查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中常犯的錯(cuò)誤，及時(shí)糾正。物理教師甚至可以考慮在一些特殊情況下，鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)器材來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最主要的是培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

（三）數(shù)據(jù)處理，獲得準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)結(jié)果

信息技術(shù)同時(shí)還具備快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集、分析和處理能力，這一過程也能夠可視化，保證學(xué)生所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。物理教師可以向?qū)W生推薦一些合適的軟件，指導(dǎo)學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)收集和分析，以此來把握實(shí)驗(yàn)過程中各條件、步驟等變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使整個(gè)過程清楚、簡潔、明白。

四、結(jié)束語

信息技術(shù)對于優(yōu)化當(dāng)前初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)意義重大，是推動物理課堂教學(xué)走向現(xiàn)代化的必然，有效改善了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，注重對學(xué)生思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约翱茖W(xué)品質(zhì)的培養(yǎng)。但初中物理教師需要始終清楚，信息技術(shù)縱然優(yōu)勢眾多，但始終只是作為線下課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充與拓展，學(xué)生能夠親身參與實(shí)驗(yàn)過程更好，所以教師應(yīng)該把握適度，在今后的教學(xué)工作中繼續(xù)加強(qiáng)研究與實(shí)踐，發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢之余，也要對線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作不斷改進(jìn)和完善，構(gòu)建起更加高效的課堂教學(xué)模式。

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