• 物理实验教学应用信息技术现状、存在问题及发展趋势

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    • 物理实验教学应用信息技术现状、存在问题及发展趋势

            1.现状
            当前,信息技术与课程整合取得了一定进展,探索出一些网络环境下教与学的模式,并且开发了大量的信息化教学资源。信息技术在物理实验教学中的应用一直受到中学物理教师的重视,也涌现出一些优秀作品。但信息技术在物理实验中的应用还不够系统,存在很大差距,具体现状如下。 
            学生应用情况:
            (1)学生接触到知识传授的多,基本是教材的媒体化。
            (2)学科内容比较完善,没有注意到与其他学科的整合和资源共享。
            (3)网上学习大多不过只是文本的阅读,缺乏教师指导和学生协作。
            教师应用情况:
            (1)在学科应用中比较多,能够应用互联网络搜集相关学科信息,能够应用常用软件PowerPoint、FrontPage等进行课件制作,但基本是单机应用水平,没能发挥网络优势,共享性差。
            (2)传授知识的资源比较多,培养和评价学生能力的资源比较少。
            (3)部分学校和教师建设了物理专题网站,但系统性差,对知识内容体系关注较多,对物理实验关注较少。
            2.存在的问题
            物理实验教学自身的特点及物理实验教学的现状,决定了物理实验教学中存在的具体问题如下。
            (1)学生实验的个性化需求与实验教学“一齐化”的矛盾。
            在实验教学中,学生的个性需求是多样的,而现行教材的实验目的、实验器材、实验原理、实验过程等都是统一的,所以得出的实验结论必然是一致的。导致很多学生失去了对物理实验的兴趣,到实验室做实验变成了“走过场 。形成了“做实验不如讲实验,讲实验不如看实验”的局面。
            (2)学生实验操作的渴望和实验条件局限的矛盾。
            学生对实验操作普遍具有好奇心理,都渴望进行自主操作。可是由于学校实验条件和有些物理实验内容本身的限制性,不可能满足所有学生任意操作。
            (3)学生活动的局限性和物理研究内容广泛性的矛盾。
            物理学的研究内容十分广泛,大到天体物理,小到微观粒子都是教学内容。而学生的生活空间是有限的,因此他们建构诸如天体物理、微观粒子等物理内容时缺乏直接经验。
            (4)学生直接经验的缺乏和物理实验原理抽象性的矛盾。
            许多物理实验的原理非常抽象,如波的干涉、波的衍射、波的叠加、光电效应等。学生缺乏这方面的直接经验,对这些实验原理的理解比较困难。
            (5)学生记忆的短暂性和物理实验现场不可恢复性的矛盾。
            每一次物理实验操作完成后都无法再现同样的实验现场,而学生不可能完全记住实验信息,而这些信息对整个实验是非常重要的,特别是当实验记录出现错误时,再恢复实验现场是不可能的。
            (6)对实验分析的任意性要求与物理实验过程连续性的矛盾。
            为了便于学生理解,有时我们希望在分析实验时可以进行任意暂停,在任意位置和角度观察实验,而真实的物理实验是连续的,是不可能实现上述要求的。
            (7)对信息化环境的需求和物理实验环境单调性的矛盾。
            例如,在弹簧振子的简谐振动过程中,为了便于分析简谐振动的本质,我们希望能够营造在任意位置显示振子的受力方向和大小、速度方向和大小以及加速度方向和大小的信息化环境,而在传统的实验室环境和教室环境是不可能实现的。
            3.发展趋势
            信息技术具有可交互性、可计算性、可控制性、可图示性、实时性、可复制性、可共享性、可传递性、可存储性、可检索牲、大容量性、可扩大性、可程序化、可模拟性、可仿真性、可智能性、可组合性等特性,这些优势为物理实验教学提供了必要的保证。随着信息技术的不断发展,物理实验教学呈现如下趋势。
            (1)虚拟实验室。
            虚拟物理实验室能把很多传统实验室中无法完成的实验模拟出来,将无法实现的效果——再现。让学生在网络环境下进入虚拟物理实验室,学生在教师的指导下自主地完成模拟实验的“操作”,观察实验现象,得出实验结论。虚拟物理实验室不受传统物理实验室的有关规章制度的限制,为学生提供了全方位、开放的“操作”环境,激发了学生的创造性思维,提高了学生的动手能力,解决了困扰物理教师多年的实验教学方面的不少难题,也使学生实现了在虚拟世界的“真实体验”。
            (2)软硬件结合。
            为了快速采集、处理和分析实验数据并进行实验数据的直观显示,在传统物理实验中加入传感器、电脑及实验软件。信息技术在这一方面的应用主要是将电脑做终端,接口电路、传感器和常规物理实验仪器共同组成新的智能化实验仪器。利用传感器、通过接口电路完成一些物理量的测量,其优点在于提高了数据测量的精度;而且利用计算机处理数据时,可以把实验数据的曲线绘制出来,直观性强。传感器进入中学物理实验室,不仅成为信息技术与物理课程整合、教育手段现代化的一个新的突破口,而且还能突出物理学科重实际、重应用的特点,对培养学生实践动手能力、激发学生学习科技的兴趣、提高综合素质和发展创新思维有着重要的作用。

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