信息技术与大学物理实验整合的思考与研究

肖沛

摘要：本文分析了大学物理实验传统教学存在的不足、信息技术与物理实验课程整合后的优势，阐述了信息技术与物理实验课程在整合过程中的策略、分类和应注意的事项，以期能为教师提高教学效率提供参考。

关键词：物理实验；信息技术；整合

中图分类号：G642 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）12-0089-03

物理是一门以实验为基础的学科，物理实验能展示物理知识的形成与发展过程，能强化学生对物理知识的理解，培养他们的科学思维能力和科学素养。随着科技的发展，物理实验的传统教学方式已难以适应时代的需求。而利用现代信息技术的特点能弥补传统物理实验的劣势，改善实验教学环境，丰富实验教学手段，进而提高教学质量。

● 传统大学物理实验的不足

1.实验管理方式效率较低

传统大学物理实验的开课大多比较集中，通常在规定的时间、地点，单人或两人一组进行。由于大学生人数多，对物理实验需要的批次量大，所以教师的排课工作量巨大。如果有学生因故请假，那么教师就会面临重新预约、补做实验等问题，这在一定程度上又加大了实验管理的难度。

2.不利于个性化教学

传统实验教材的内容大同小异，这就导致通过实验得到的实验数据和结论近乎统一，这与学生需求的多样化产生矛盾，从而使学生失去了做实验的兴趣，甚至有的学生抄袭别人的实验数据来应付，在这方面教师也难以把控。

3.实验条件的局限性

由于一般高校的物理实验室受到资金投入、场地条件、安全措施等方面限制，所以学生无法开展一些实验，如高温、强电、强磁实验，高能粒子实验，空间实验等。即使有些实验能够开展，也可能会因为环境和实验条件限制而出现错误结果，甚至是与理论完全相悖的数据。另外，出于对学生安全的考虑，有些实验也不允许学生亲自操作，这就制约了学生的实验能力的发展。

4.不利于抽象物理现象的展示

物理学科有一些原理，如电磁波的传播、干涉、衍射等是比较抽象的，它们在传统实验中不能得到形象地展示。再加上学生生活、学习的局限性，使得他们缺乏直接的经验，所以学生对这些原理的理解存在一定难度。

5.物理实验环境单调

学生希望在实验中能够任意改变实验条件，调节实验参数，而传统的常规实验仪器往往很难满足学生的需求，物理实验环境相对单调。

● 信息技术与大学物理实验整合的优势

1.有利于实验教学管理

利用网络信息技术建设物理实验室管理系统可以有效解决管理难的问题。该管理系统可以分为学生系统（可实现实验预约、在线提交报告、在线提问等功能）、教师系统（教师可以挂载各种课件、讲义等教学资料）、在线实验仿真系统（学生可以在线进行虚拟仿真操作实验、预先熟悉实验仪器的各种操作等）等多种系统，这些系统组成了实验中心网站。该网站的建设不仅能方便教学的组织与管理，还有利于实施开放实验教学，降低人力、物力成本。

2.能拓宽知识的获取途径，改变师生的交流方式

如今，信息技术已经改变了人们的生活和学习方式，利用网络来获取知识已是常态，各种即时通讯软件更是缩短了人与人之间的距离。教师可以在线布置任务，展开讨论，学生则可以对实验开展情况发表个人的意见和建议，师生之间都是在线进行交流、问答。把实验教学从实验室扩展到网络上，突破了物理实验在时间、空间和人数上的限制，能够极大地提高实验教学的效率和质量。

3.有助于学生对实验原理的理解，提升实验兴趣

利用音频、视频、动画等现代信息技术手段，能使抽象、深奥的物理概念及原理简单化和直观化，从而有助于学生在最大程度上理解和接受知识，激发其学习兴趣，提高其思维能力。

4.改变学生实验的预习方式

网络信息技术的运用，能为学生的实验预习提供更多有效的途径。学生既可以在实验中心网站下载多媒体课件等各种电子资源，也可以在图书馆利用电子资源库得到丰富的学习内容，这使得学生学习不再受时间、地点限制，随时随地都能学习。学生还可以通过仿真实验，对实验的整个过程进行预演，对实验的内容、步骤，数据的采集、处理等各个环节有初步的认识，这对实际动手操作实验会有很大的帮助。

5.有助于统计成绩和分析教學成果

物理实验的总评成绩往往是由学生的实验预习、实验操作、实验报告、实验考核等方面组成。每个学期，学生要完成多个实验，所以对学生成绩的统计和分析工作是非常繁琐的。教师管理系统在这方面具有不可比拟的优势：教师把各类数据输入管理系统后，计算机就会高效、准确地处理出所需的各种成绩分布。这种详细的实验分析数据能帮助教师及时发现问题、分析原因，进而改进教学方法。

● 信息技术与大学物理实验整合的策略

1.制作优良的实验课件

制作实验课件的目的是帮助学生进行实验前的预习和完成实验后的自主学习，从而提升学生对实验原理的理解和实验能力。课件内容可以包括常规的实验原理、方法、步骤、仪器结构等，也可以增加拓展内容，如该实验的产生背景、应用价值、发展前景等。

2.升级智能化物理实验系统

由于传统的实验仪器缺乏先进的数据采集和处理技术，所以学生不能把更多的时间放在探究物理规律上来。而利用信息技术在常规实验仪器的基础上升级改造，如用温度和压力传感器来精确测量温度、压力数据，用光电倍增管来测量平常不易测量的光强等，能够为学生节省大量时间，能够在保证锻炼学生能力的基础上，让他们了解现代信息技术的发展，从而掌握如何把常规仪器与信息技术相结合的知识，提升科学素养。

3.建设虚拟仿真实验

实验仪器使用率高、易损坏、存放环境要求高、部分实验仪器昂贵等都是制约实验室管理和发展的因素，但仿真实验可以较好地解决这些问题。仿真实验通过软件程序能将实验目的、原理、器材、内容、数据处理等有机融为一体，能进行不宜在普通实验室操作的实验，能准确、直观地呈现出像场的分布、液体扩散等抽象的物理过程。对于仿真软件，学生既可以在自己的计算机上运行，也可以将其放在实验中心网站上在线操作。仿真实验不但减少了实验仪器被大量使用的损耗，降低了实验运行成本，还节省了学生到实验室进行预习实验的时间，提高了学生的学习效率。

● 信息技术与大学物理实验整合的分类及方式

1.实验原理的形象直观展示

利用信息技术可以模拟抽象的原理，使之形象化、直观化，有利于学生理解。例如，针对示波管原理的介绍，可以用计算机模拟电子聚焦、偏转、扫描、发光的整个过程，再辅助显示一些磁场分布情况，把整个物理过程展现在学生面前，能带给学生直观的认识，很好地帮助他们理解实验原理。

2.慢放瞬间的物理过程

对于一些瞬间发生的物理现象，我们无法观察到其发生的过程，只能测量其发生后的物理量。例如，电介质的极化过程。介质加上电场后，电偶极子的旋转拉伸过程时间极短，所以这个过程是无法观测的。而仿真实验通过动画的形式能模拟这个物理现象瞬间的发生过程，在学生的头脑中呈现出清晰的物理图像。

3.展示实验仪器的细节

有些物理实验仪器的刻度细小而不易观察，这给教师讲解带来了一定的难度。而通过运用多媒体课件在大屏幕上投影放大，能展示细节，收到较好的教学效果。例如，在分光计的实验中，关于刻度盘上刻度细小且类似游标卡尺的读数方式，只有在让学生近距离观察时，讲解才能起到效果，但仪器只能同时给两三位学生观察，这就增加了讲解的难度。而运用多媒体课件模拟读数盘的测量过程，能将仪器尺寸和刻度线充分放大，这样就非常方便教师讲解和学生学习。

4.模拟实验现象，创设实验情境

有一些物理实验具有安全隐患，不宜让学生实际操作，如涉及放射性物质的实验；有一些实验不易直接观察到物理过程，如气体分子的运动；有一些实验的物理机制及原理不易直接观察，如光子纠缠；有一些实验仪器结构复杂，不宜直接打开讲解原理，如真空泵、真空室；等等。用现代信息技术来辅助物理实验，能创设实验情境，模拟物理过程，使微观物理可视化，抽象原理形象化，再与实体实验仪器结合分析物理过程，能帮助学生理解和接受，并加深理解物理规律。

5.重现经典实验

由于物理是实验科学，所以让学生了解一些物理学发展史上的著名实验，对激发他们的学习兴趣具有重要意义。但由于条件限制，有些实验很难重复实现，而通过计算机模拟经典实验，既能突破条件限制，又能让其发挥应有的作用。例如，库伦测量点电荷作用力的扭秤实验、卢瑟福发现原子核结构的α粒子散射实验等，能避免教学枯燥，活跃课堂气氛。

● 整合过程中应注意的事项

1.不可夸大现代信息技术的作用

需要注意的是，虽然信息技术与物理实验整合能够提高教学效率，但信息技术不能代替传统实验，只能起到辅助的作用。因为传统实验在培养学生的动手能力、科学思维能力等方面有着不可取代的重要地位，如果一味夸大現代信息技术的优势，教学效果将会适得其反。只有将现代信息技术与物理实验有机整合，融为一体，才能使其发挥作用。

2.不可简单地把课件媒体化

课件不能是实验教材的简单翻版，而是要充分研究学生的特点，使其不仅能用于辅助教学，还能起到拓宽学生知识面和提高能力的作用。课件的制作要精良，可以利用现代信息技术的优势，在课件中融入声、光、动画等方式，通过各种软件平台进行制作，这样能把实验内容形象、直观地呈现给学生，使他们感兴趣且易于接受。

3.与时俱进，善于应用新的技术

时代在发展，科技在进步，我们的生活也随之发生改变。作为大学教师更应该与时俱进，善于利用新技术，如实验教学的MOOC开展等。所以实验课教师要及时更新自己的知识储备，更新思想观念，让科技发展更好地为教学服务。

● 结束语

其实，传统物理实验课程和现代信息技术的有机整合并无固定模式。只要实验课教师不断学习新的知识，提高自身素质，敢于并善于利用新的科学技术，及时改变教学方式，积极探索两者整合的模式，就能发挥信息技术的优势，弥补传统物理实验教学的劣势，提高教学效率。