初中物理實驗教學中應用信息技術的策略探究

楊 鑫

(福建省福州第十一中學，福建 福州 350001)

應用信息技術協(xié)助完成初中物理實驗，是對初中物理教學的有益探索，通過這種智慧化的教學模式，不但解決了在物理實驗開展中一直存在的各種問題，更好地提升課堂的教學效率，同時，也能夠使物理實驗更加的直觀，吸引學生的學習興趣，營造良好的物理實驗氛圍.

1 應用信息技術在物理實驗教學中的重要性

1.1 模擬實驗環(huán)境

初中物理的教學中，在較多因素的影響下，很多物理實驗無法在課堂上開展.首先，有很多物理實驗是非常具有專業(yè)性的，需要大型的物理設備.例如，完全真空的物理實驗環(huán)境等，學校已有的教學設備并不能很好地完成物理實驗；其次，很多大自然的物理實驗現(xiàn)象，受溫度、濕度、相互作用等要素的作用，需要很充分的前期準備，無法隨時為學生進行實驗展示；最后，有些初中物理實驗展現(xiàn)的是微觀層面的，由于初中階段學生對物理知識的掌握還不夠完備，對很多微觀世界的抽象概念沒有現(xiàn)實的具體形象，在實驗教學過程中很難從中得出老師需要表達的實驗結論.而且教師的個人精力是有限的，不能對每個學生在實驗過程中的理解進行全方位的關注.在這些事件的影響下，物理實驗地開展受到了阻礙，這時，信息技術在物理實驗教學中的應用就有效地解決了這些問題.通過把互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實技術、AI技術模擬實驗融入教學過程，能夠更好地模擬不同的物理實驗環(huán)境，不但能夠通過信息手段選擇各種實驗器材、調(diào)節(jié)聲光電等實驗室數(shù)值參數(shù)，還能利用電子實驗室這樣的空間，使學生通過點擊鼠標，就能完成各種物理實驗，為學生模擬真實的實驗環(huán)境，也能避免學生在實驗中發(fā)生危險.

1.2 創(chuàng)新教學模式

由于學校的教學資源有限，提供的物理實驗器材種類和數(shù)量也是有限的，這樣就很難保證每個學生都能親手進行物理實驗操作，使得物理實驗課堂的效果大打折扣.同時很多實驗是以小組合作的方式完成的，這樣的實驗模式，大多也是由小組中動手能力強的學生完成實驗操作，一旁觀察的其他學生對很多實驗中的操作流程沒有很深的感悟；另一方面，很多物理實驗的實驗現(xiàn)象不明顯，或?qū)嶒灛F(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，學生實驗能力不強或一旦注意力不集中就可能無法達到實驗的目的.對于不同的學生由于物理知識掌握水平以及動手操作能力的不同，他們的物理實驗很有可能得到不同的實驗結果，甚至出現(xiàn)實驗失敗的情況，使得學生無法通過物理實驗的操作得到并掌握正確的物理知識.這時，就需要教師探索一種方式為學生展示正確的物理實驗操作、物理實驗現(xiàn)象和物理實驗結果，幫助學生對物理實驗有全方位正確的分析觀察，完成相關物理知識的學習和掌握.應用信息技術就是最直觀、最有效的一種方式，通過VR虛擬實驗、AR技術等功能，可以將物理實驗操作或者是實驗現(xiàn)象進行放大，使每個學生都能更清楚地觀察到實驗現(xiàn)象，同時VR實驗錄播等形式也可以為學生提供回顧與復習課堂實驗的機會，一些學生優(yōu)秀的實驗做法，也可以在大屏幕上進行展示，對于實驗的各個環(huán)節(jié)也可以進行慢放、快進和自由選擇，為物理實驗的展示提供了諸多便利.

2 初中物理實驗教學中應用信息技術的策略

2.1 利用信息技術進行實驗展示

在初中階段，進行物理實驗的主要目的是為了通過對物理實驗現(xiàn)象的觀察，或者對得到的物理實驗數(shù)據(jù)的分析處理，完成對物理知識的證明、得出物理實驗規(guī)律或者物理公式.但是很多物理實驗由于無法在課堂上完成，不利于物理教學內(nèi)容的開展，因此，教師對實驗進行展示，讓學生充分觀察到實驗現(xiàn)象是非常必要的，教師可以借助AR、VR或“互聯(lián)網(wǎng)+”技術手段完成物理實驗展示.對于一些有危險或者不易在課堂上操作的實驗，教師可以借助VR實驗教學平臺進行實驗的虛擬演示過程，學生也能體驗到整個實驗的步驟和流程，學生能更直觀地觀察實驗現(xiàn)象，加深對物理知識的理解，同時還可以借助一些動態(tài)化的AR為學生展示實驗的操作流程，讓物理實驗課堂更加的豐富有趣.

比如，在進行《馬德堡半球?qū)嶒灐酚嘘P物理知識講解時，在現(xiàn)階段的物理實驗教學課堂上，很明顯是不具備進行該實驗的條件的，用十六匹馬將馬德堡半球拉開的場景無法進行現(xiàn)場演示，也沒有什么可以替代的實驗方式，這時教師就可以通過在VR實驗教學平臺上設置相關的實驗數(shù)據(jù)，重現(xiàn)實驗場景和實驗過程，讓學生對物理教材中的描述有更立體地觀察和更深入地理解，使學生能夠通過視頻展示拉開瞬間的實驗現(xiàn)象.了解大氣壓強發(fā)生的變化.通過信息技術化的手段，完成對物理實驗的展示，使得物理實驗不再受到實驗場所和實驗器材的限制，能夠更好地開拓學生的視野，為學生提供更豐富的教學資源.

2.2 利用信息技術優(yōu)化實驗效果

在初中物理實驗進行的過程中，是存在著很多弊端的，這些因素嚴重影響著物理實驗效果，使物理實驗教學大打折扣.首先，對于教師在課堂上進行的實驗展示教學，由于學生較多，實驗設備較小，實驗現(xiàn)象也不一定很明顯，不能保證每個學生都能細致觀察，特別是坐在后排的學生.但是如果讓學生都圍到講臺周圍，容易造成安全影響，也不利于實驗的開展；另外，對于學生自己親手操作的實驗，由于學生并沒有相關實驗經(jīng)驗，對于在實驗過程中出現(xiàn)的問題并不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，一方面容易造成安全隱患，另一方面也會影響實驗效果.同時，每個學生由于操作規(guī)范性和操縱方式的不同，對實驗的完成度或者得到的實驗現(xiàn)象也不相同.這時，教師就應該通過信息技術對實驗效果進行優(yōu)化，為學生放展示正確的實驗現(xiàn)象和實驗操作方法，規(guī)范學生的實驗操作，對正確的實驗效果進行分析和解讀.

比如，在進行《皮球落地過程發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化》相關物理實驗的學習時，教師可以為學生進行實驗展示，學生自己也可以進行實驗實踐，將手中的皮球松開，讓皮球落地再彈起，這是非常簡單的小實驗，但是對于實驗的現(xiàn)象卻不宜觀察分析，對于皮球落地瞬間發(fā)生的彈跳過程、以及是否發(fā)生形變、發(fā)生的形變大小等，由于皮球落地再彈起這一過程轉(zhuǎn)瞬即逝，發(fā)生的變化微乎其微，通過肉眼很難進行觀察，這時教師就可以借助高速攝影機，放慢實驗現(xiàn)象，優(yōu)化實驗效果.對落地瞬間進行慢放，達到更細致的觀察，同時暫停進行形變的分析，對發(fā)生形變的部位通過放大器進行放大，進行更直觀的觀察，最后還可以將這一實驗過程利用AR現(xiàn)實增加技術進行動態(tài)還原，由立體圖形的分析，轉(zhuǎn)換成點線面的分析，使抽象的內(nèi)容更加具體化.

2.3 利用信息技術提供更豐富的實驗資源

由于物理課堂的教學時間有限，物理教材的教學內(nèi)容展示也是有限的.對于很多物理實驗，教材不能進行完整的實驗介紹和實驗分析，這就需要教師借助信息技術對物理實驗教學內(nèi)容和教學方式進行延伸和拓展.很多的物理實驗是長期實驗，需要不斷對時間進行延長，對實驗的條件進行難度的提升，從而得到實驗結果的規(guī)律.但是這種實驗在有限的物理課堂無法完成，教師就可以借助VR虛擬實驗室，通過虛擬實驗還原加快整個冗長的實驗過程，讓學生感受到物理現(xiàn)象的變化，同類型的實驗中都有很多相同點和不同點，需要對同類型的實驗進行綜合分析，而且在進行一個物理實驗時，有很多同類型的實驗都能夠提供很多的參考，通過VR虛擬實驗可以迅速匹配需要的教學資源，完成知識體系的構建.對于很多物理實驗，我們在課堂上能夠完成的都是最基礎的、可操作性最強的實驗，但是對于物理這門深奧的學科，這是遠遠不夠的，而且基于不同學生的個性化發(fā)展需要，可以利用信息技術尋找到有關的拓展實驗，幫助學生完成知識的豐富，提供豐盈的實驗教學資源.

比如，在進行《擴散現(xiàn)象》相關物理知識學習時，教師會在課堂上為學生演示空氣和紅棕色氣體二氧化碳之間的擴散現(xiàn)象，由于顏色的差異明顯，學生可以很容易用肉眼觀察到擴散現(xiàn)象，但是現(xiàn)實中的擴散現(xiàn)象是很難在短時間內(nèi)展現(xiàn)的，這時，教師就可以通過VR虛擬實驗室技術，在虛擬實驗過程中為學生展現(xiàn)需較長時間才能顯現(xiàn)的相關分子擴散運動的拓展實驗或者相關的運動模型，幫助學生進行知識拓展.信息技術能夠跨時空的實現(xiàn)教學資源的共享，在物理實驗的教學中，也可以通過對信息化教學手段的應用，獲取更加豐富的教學資源，提高物理實驗的教學效果.

2.4 利用信息技術進行情境化教學

對于初中階段的學生來說，吸引學生的學習興趣，讓學生積極主動地參與到課堂中，對提升初中物理的教學效果是至關重要的.在物理實驗的進行過程中，往往會給學生帶來很大的學習壓力，一方面，在實驗前教師會為學生講解很多實驗的注意事項，包括安全事項以及操作事項，讓學生明確此次實驗應該通過怎樣的操作流程、觀察到怎樣的實驗現(xiàn)象，從而得到正確的實驗結論，學生就會有很強的任務性；另一方面，在實驗過程中，學生總是注意力高度集中，精神緊張，擔心在實驗中出現(xiàn)風險或者導致實驗失敗，這樣使本該有趣的實驗課變得枯燥乏味.這時，教師就可以利用網(wǎng)絡信息技術，為學生創(chuàng)建相應的教學情境，在不同的實驗課堂上運用AR和VR技術，將學生帶入相應實驗場景，激發(fā)學生的學習興趣，在情境化教學中更好地展開物理實驗.

比如，在進行《動滑輪定滑輪》的相關實驗內(nèi)容時，教師就可以為學生設置工業(yè)化的VR場景加入滑輪組的應用，為學生進行實驗時，也可以模擬動滑輪和定滑輪運動的音效，讓學生能夠?qū)ξ锢韺嶒炗懈蜗蠡母惺?，吸引學生的注意力，創(chuàng)設相關的初中物理實驗教學場景，讓學生在情景化的教學中完成對實驗現(xiàn)象的關注和對實驗結果的分析總結.也可以利用AR技術把虛擬的滑輪機械和現(xiàn)場教室結合在一起，利用AR技術的創(chuàng)新和虛擬現(xiàn)實的有機融合，能夠?qū)W生帶入到不同的實驗場景中，使學生對實驗產(chǎn)生聯(lián)想，輔助學生的分析和記憶，在今后遇到類似的場景時，能夠進行物理知識的復習.對于場景的記憶要遠比對理論知識的記憶更方便直觀，以這種方式提升物理實驗的質(zhì)量，達到物理實驗課堂更好的效果.

綜上所述，在物理實驗中應用信息技術是非常必要的，只有做到物理實驗與信息技術的有效融合，才能使物理實驗的教學得到創(chuàng)新，讓物理實驗更加的生動和有效，使學生能夠通過信息技術更直觀地觀察到更多的物理現(xiàn)象，既安全又高效.教師應該通過對不同物理實驗課堂的實踐分析，探索出更多更好的物理實驗與信息化技術融合的教學方式.