基于信息技术2.0的提高物理实验教学可视化研究

　　曾开坤

　　（广东省江门市蓬江区荷塘中学，江门529000）

　　摘 要：物理是一门以实验为基础的学科，物理实验是考试中重要的考查内容。所以，物理实验教学是物理教学中重要部分。针对教学中不少物理现象不够明显、学生难以观察等问题，借助国家推行的信息技术2.0，文章谈谈在物理实验教学中，基于信息技术2.0手段的提高，提出物理实验教学可视化的方法。

　　关键词：信息技术；物理实验；可视化

　　作为一门以实验为基础的学科，物理实验教学在物理课程中无疑是重要的一环。很多物理知识、自然规律都是通过物理实验得出的，所以物理实验是学生在学习物理的过程中，形成物理概念、掌握物理规律的重要手段。物理实验还可以激发学生的学习兴趣、提高学生观察能力、培养学生动手能力和创新能力等。在中考试题设置中，实验题的分数是各大题型中占比最高的。所以，无论是从素质教育方面，还是从应试教育的角度，开展好物理实验教学都具有重要的意义。

　　在实验教学中，观察实验现象是学生要做的第一件事情。所以，能清晰地让学生观察到实验现象，是衡量一个实验是否成功的第一前提。但是我们在开展实验教学的过程中，由于场地条件的限制、实验器材的缺陷、实验现象本身难以观察等原因，影响到学生对实验现象的观察。所以，在教学过程中提高实验教学的可视化非常有必要。信息技术的发展，有利于提高实验教学的可视化。

　　一、化远为近，化小为大，让每个角落的学生都能清晰观察

　　物理实验教学中，演示实验占了大多数。物理教师站在讲台上进行演示实验时，坐在课室中后段的学生，基本上很难看清楚实验现象，如果实验中用到测量仪器，即使是前排的学生，也难以看清测量结果。利用智能设备和课室的一体机，配合应用软件，进行投屏直播就可以解决这个问题。例如，演示“探究水沸腾时温度变化的特点”实验，要求学生既要观察水在加热过程中气泡的变化，又要记录温度。坐在第一排的学生尚能观察到实验现象，但温度计的刻度太小，液柱太细，坐在后面的学生无法观察到读数，基本无法参与实验。为了解决这个问题，笔者是这样做的：分别在课室的一体机和智能手机或平板电脑上安装好软件“希沃白板5”，注册账号并在一体机和智能手机上同时登录同一账号，打开授课课件，在智能手机的移动授课模式下，使用传屏功能，就可以对实验进行实时直播。笔者可以通过调整手机摄像头的角度、清晰度、镜头的远近，让实验现象的细节呈现在课室电脑的大屏幕上，让每个学生都能看得清清楚楚。需要对温度计进行读数时，再把镜头聚焦在温度计上，记录温度的问题也迎刃而解。

　　二、化快为慢，化动为静，看清实验过程

　　有一些物理实验，实验过程比较快，实验的时间比较短，实验现象一闪而过，学生用肉眼比较难清楚观察到实验的现象。例如演示“压缩气体做功使它的内能增加，点燃硝化棉”实验时，从按压活塞到硝化棉被点燃再到完全燃烧的过程发生在毫秒之间，一瞬而过。学生稍不留神就会错过实验现象，所以，学生虽然对这个实验很感兴趣，但是演示效果不佳，常常败兴而归。笔者使用了录像慢放的方法，很好地解决这个问题。现在很多智能手机都有慢动作拍摄的功能，如华为Mate系列手机等。教师只需要在做演示实验的过程中，利用智能手机的慢动作拍摄方式进行拍摄，然后上传到课室的电脑播放即可。为了使实验更有说服力，应该在课堂上现场拍摄，即时播放。如果手机没有慢动作拍摄功能，也可以设置手机录像参数，将拍摄帧数设置到最大值。教师在演示实验时，正常拍下实验过程，再利用会声会影、剪映或Pr等视频剪辑软件，制作出效果非常好的慢动作视频。如果慢动作还不足以看清实验现象，或者我们想对实验的特定阶段进行仔细观察时，我们还可以用定格的方法，把实验某一瞬间固定下来。例如硝化棉的燃烧速度非常快，如果想观察到硝化棉燃烧产生的火焰，就可以把它燃烧时火焰最大的情景定格下来，无论用手机还是软件都比较容易做到。

　　三、化真为假，突破条件限制

　　有一些物理实验对实验器材的高精度、实验环境的要求等非常高，还有一些物理实验危险程度比较高，一般学校的物理实验室条件无法满足时，可以利用计算机的虚拟技术，建立仿真实验室，创造出一个可以探索物理现象和规律的虚拟环境。利用仿真实验室，学生可以在一个比较安全、轻松的环境中完成物理实验。仿真实验室的优点是实验准备快捷、实验数量多、有无限的试错机会、实验现象明显、学生更容易观察实验演示等。现在已经开发出的仿真实验室有力学仿真实验室、电学仿真实验室等，基本能满足大部分实验操作要求。电学实验是物理教学的重要组成部分，是考试的重点内容。学生利用实验室的元件做电学实验时，容易出现以下的问题：1. 连接电路时，经常出现接线柱接触不良，电器元件虚焊等问题，导致电路无法接通。2. 干电池使用次数多了以后，内阻变大，难以调出实验所需要的电压值。3. 灵敏度比较高的实验仪器容易因为操作错误而损坏，例如电流表、电压表等。4. 有些电学实验由于有一定的危险性，如家庭电路短路现象，不适合直接在课室或实验室演示。5. 演示电路故障时，用实际电路会对各个元件都有损耗。这时，我们就可以使用电学仿真实验室来完成实验。仿真实验室的缺点是实验现象的虚拟性，可信度没有真实实验高。但考虑到现代信息技术的高速发展，核试验都可以通过计算机进行虚拟实验，可信度已经大大提高，学生也会接受仿真实验的结果。

　　四、化微观为宏观，化抽象为形象，助学生把知识立体化

　　物理实验中有些理想化实验是无法完成，如伽利略理想斜面实验；有些微观实验只能看见宏观现象而无法看到微观的本质，比如扩散现象、分子热运动等；有些实验是无法在学校的实验室完成的，如核聚变、核裂变实验；有些物理现象是无法用肉眼观察，如电流、电磁波、声波、磁场等。我们可以用动画模拟实现物理实验过程的可视化。用动画模拟物理实验的过程还常用于复习阶段，用来解决因为时间紧，不能把所有实验重新做一次的问题，提高复习效率。有一些抽象的物理现象，例如声波，既难以观察，又难以感知。笔者在做声学实验的时候就用了模拟示波器软件将声波呈现出来，实现了声波的可视化。做法：从网络上下载“模拟示波器”这个软件并在电脑端安装，电脑配备外置麦克风，运行软件，电脑就可以将麦克风接收到的声音以声波的形式呈现出来。示波器除了可以呈现声波的形状，还可以用来探究声音的音调、响度、音色三种特性的特点，通过观察噪声的波形，掌握噪声和乐声的概念，是一款功能强大的实验辅助软件。

　　五、化手动为自动，实现实验数据可视化

　　有很多物理实验，实验数据比较难采集，或者采集的精度难以保证，或者处理数据比较繁琐，但是利用信息技术，例如相关的软件，配合各类传感器，使得实验结论能够快速得出。九年级物理课本第十三章第3节比热容中有一个拓展实验，就是利用传感器比较不同物质的比热容。实验装置通过温度传感器直接收集不同物质的温度变化数据，传输到计算机，由配套的专门软件，对数据进行分析，就可得到相应的数据分析图像，快速比较出不同物质比热容的大小。现在可以购买到红外传感器、声波传感器、光学传感器等，在设计测量时间、速度等物理实验都可以应用。

　　总之，信息技术的发展，给我们开展物理实验教学带来了很大的帮助，使课堂效率更加高效，也还有很多技术可以让我们去深度挖掘，进一步用信息技术来优化我们的实验教学。另外，我们也应该清楚，利用信息技术提高实验教学效果也只是实验教学中的一种辅助，学生动手，亲身体验实验的过程是不可替代的。我们的目标应该是充分利用现代化的信息技术，为学生创造更多的动手实验机会。

　　参考文献：

　　［1］徐苑苑.思维可视化的教学研究［J］.中国信息技术教育，2013（05）.

　　［2］叶新东.未来课堂环境下的可视化教学研究［D］.上海：华东师范大学，2014.

　　［3］徐春珏.初中物理实验现象可视化的课堂实践——基于苏科版八年级上册教材的若干尝试［J］.中学教学参考，2019（35）.

　　［*本文系广东省基础教育校本教研基地蓬江“一核双翼八路径”建设项目阶段性研究成果］