多媒体技术在物理实验教学中的科学运用

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  物理学是一门以观察和实验为基础的学科,其包涵的概念、规律、定理、定律等,都是在实验的基础上建立起来的。可以说,实验教学是物理教学的重点和提高物理教学质量的重要环节之一。物理教学中设置了许多实验,它对学生分析、研究物理现象,学习探索未知世界起着积极的作用。但由于客观条件的限制,许多实验运用传统的方法无法在课堂中完成,从而使现有的物理实验在物理教学中具有一定的局限性。计算机多媒体技术的运用正好可以弥补这些不足,从而达到预期的实验和教学效果。
  1 多媒体设备在物理实验教学中的应用
  中学物理实验教学中,由于时间、空间、资源等的限制,实验中常常出现实验过程不全面、现象不清楚等问题。随着科学技术的发展、计算机的普及、电教设备的更新,学校购置了电子白板、投影机、实物展台、影碟机等视听媒体。这些电教设备应用于物理实验教学中,具有操作灵活、形式多样等特点,表现不同时空的动态事物、微观事物,特别是一些不易于观察的实验,通过在显示屏上进行微观放大、宏观缩小或者瞬间变慢等方式,可以较清晰地展示给学生,让学生获取动态图像、可感信息,从而形成鲜明感性的认识,对学生记住实验现象有一定的帮助,进一步为学生形成物理概念、理解物理规律、上升为理性认识奠定基础。
  2 利用多媒体设备增强物理实验效果
  2.1 利用多媒体技术提高演示实验的清晰度
  物理实验是物理教学的重要手段之一,实验造成的情景能生动地吸引学生,增加探求产生现象原因的欲望,使学生处于一种积极的思维状态。如果所做实验的效果不好,现象不明显,能见度低,不但起不到应有的作用,还会使学生造成错觉,给教学带来不必要的麻烦。如果在物理实验教学中正确应用多媒体技术,则可以大大提高演示实验的质量,不仅使现象明显、清晰,而且操作方便,能相应地节省课堂教学时间。
  如在讲授“多用电表使用”一节时,将多用电表投影到大屏幕上,使学生非常清楚地看清表指针的转动情况,以及电阻、电流、电压大小,从而加深学生对电阻的理解。又如在游标卡尺、螺旋测微器的教学过程中,如何测量?如何读出刻度值?用过去传统的教学,学生往往不易理解,刻度值的读数,学生也很难看清楚。而通过实物展台的放大功能,学生对刻度值的读数就清楚多了,也容易理解,学生的记忆也深刻,不易忘记。
  2.2 合理运用多媒体技术,优化演示实验教学
  利用常用仪器、教具进行演示实验是一种基本的教学手段,而合理利用多媒体教学,是教学现代化的重要标志。如应用多媒体展示课堂实验无法演示的宏观的、微观的、极快的、极慢的物理过程,从而突破时空的束缚,进行逼真的模拟,灵活地放大或缩小物理场景,将物理过程生动形象地展现于学生眼前,使学生认识加强、理解透彻。
  例如,对于“LC电磁振荡电路”的振荡过程分析,应用计算机的动画功能,展现了随着电容充放电的进行,LC回路中的电场能和磁场能之间的周期性变化,振荡电路的大小和方向变化的全过程,安全逼真,激发学生的学习兴趣,激发学生的学习兴趣,使学生在学习过程中保持精力高度集中、思维高度活跃、求知欲高度旺盛的状态。对于可见度小、不易观察且只能水平演示、观察的内容,如水波的干涉、衍射现象,用发波水槽借助实物投影仪演示,既起放大作用,又使其有动感,使学生看到清晰的干涉条纹,对学生脑子里形成正确概念有极大的帮助。
  再如在机械波中有用手“抖动绳”的实验:1)把40 cm*60 cm玻璃放到投影仪上;2)把软绳的一端系在钢锯条上;3)手握锯条一端,把绳放在玻璃中间,在水平方向上左、右抖动软绳。经过上述操作后,待绳静止时,在屏幕上可以清晰地看到绳波传播的运动状态。这样处理后,直观性强,效果好,可长久保留波的运动状态,便于观察分析,给学生印象深刻。
  2.3 利用多媒体的“模拟”作用,化抽象为形象,增强实验效果
  在物理实验教学中,有的演示实验操作起来较麻烦,学生又很难把静态变化组合成动态。如回旋粒子加速器这一内容,要想形象地介绍给学生,用常规方法几乎是不可能的。然而利用多媒体的模拟功能,制作好课件,不仅可以方便地调节粒子、磁场、电场的相应参数值的大小,并且可以输出即时数据,这显然比单纯地向学生灌输相应理论,让学生自己联想、组合取得更直观、更形象的效果,也更易为学生所接受。又如,人造卫星绕地球运转,环绕速度与轨道半径的关系,可用多媒体模拟实验,学生就容易得出V与r的定性关系。因此,用计算机“模拟”演示,能够使静态实验变为动态实验,使间断变为连续,而且演示节奏可以调节,增强观察效果。
  更有一些演示实验,根本就没有仪器和药品进行实验演示。这时不妨通过丰富的网络资源下载一些演示实验的操作实录,然后通过自己的加工、组合,制成内容充实、互动性强的演示实验课件,由教师或学生通过运行课件来观察实验现象和操作规范,同样也可以顺利地完成教学任务。
  2.4 利用多媒体技术辅助教学进行分组实验
  物理教学中的分组实验是贯穿整个教学过程中的一个重要环节。利用多媒体技术辅助教学进行分组实验,在教师指导下,让学生分组设计一个合理的实验过程。在日常的演示实验教学中,总有些实验不易在教室中直接演示操作,有些实验即使可以演示操作,但可见度比较低,学生不易观察。
  例如在教学中利用实物教具演示单摆概念,得出单摆的振动规律。要求学生在电脑上利用几何画板,可以自己或分组合作按以下步骤完成操作。1)作一个较大的圆,并在圆的下端对称地取两点A、B,连接AB并作其垂直平分线,选取垂直平分线与圆的交点,标为0′作为平衡点。2)在圆弧AB上作一自由点,标为E点,选中E点和弧AB,让自由点E在弧AB上作往返运动;把E点向下平移2厘米,并连接E点与平移点作为重力G。3)把重力G进行分解,得到回复力,并度量回复力的大小。4)连接O′E,作为位移S,并度量它的大小。5)利用几何画板的计算功能,并根据机械能守恒定律,求出速度和加速度的大小,并且计算机能够在运动中即时计算更新速度和加速度的值。这样既形象又直观,学生又易于理解和接受。
  现在用效果图,手动拖动B点进行演示,让学生在实验中观察到:①单摆在振动过程中的位移、回复力的大小和方向的变化;②从拖动过程中,电脑不断计算且即时演示出速度和加速度的数值变化,直观地反映了速度和加速度的变化关系。最后,双击“自动演示”按钮,让电脑自动演示,学生体验在整个振动过程中位移与回复力、速度与加速度度间的变化关系。
  2.5 利用多媒体的“复现”,增强实验复习效果
  传统的实验复习教学以教师讲解为主,学生只能死记硬背实验现象及过程,复习缺乏直观性、生动性,不能激发学习兴趣,调动积极性,实验复习效率低。特别是近年来高考试题增加了物理实验的考查,因此,对于物理实验的复习就显得尤其重要。在教学中,利用实验多媒体光盘,讲解实验内容,可以达到图文并茂、声形并存的特点,形象、生动、直观地“复现”实验操作过程。利用各种交互方法让学生参与实验操作,从而得出实验结论。有效地克服了常规实验复习的弊病。
  3 多媒体技术运用的局限性和应注意的问题
  多媒体技术局限性表现在:1)实践教学运用中,教师的操作点过多地集中在电脑键盘、鼠标上,而学生的注目点在屏幕上,这种注意对象在空间位置上的分离阻碍了师生情感的交流;2)有些课件的制作过于注重形式,容易把学生的注意力引向课件外;3)课件的预设性也或多或少地扼杀了学生的创新思维,弱化学生的实际操作能力;4)课件过分追求时间和效率,容易忽略学生思维所需要的时间停顿;5)课件制作的科学性和教师操作的熟练程度等诸多细节也对实验教学构成一定影响。
  虽然运用多媒体技术开展物理实验教学存有一定的弊端,但总的来说还是利大于弊,多媒体技术在物理实验教学中有其传统的教学无法取代的功效,但它只能是辅助教学的一种重要手段。是现代教学的发展趋势与方向。多媒体技术作为实验教学一种辅助工具,它既不能完全代替教师的指导作用,也不能取代学生的动手操作和感性思维,更不能取代传统实验的真实体验。只有将多媒体计算机技术与传统的教学手段有机结合,科学运用,才能弥补常规实验的不足,增强物理实验的教学效果,使实验教学变得形象、直观,而且从视觉、听觉多方面刺激学生,使学生能够在轻松的环境中获取知识,服务新时期的教育教学。
  参考文献
  [1]卢惠林.改革中学物理实验教学的新构想[J].中学物理教学参考,2000,29(4):5-7.
  [2]郭昭全,何胜红.高中物理学生实验课改革的实践与思考[J].物理教学探讨,2000,18(8):4-5.
  (作者单位:山东省平度市第九中学)
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