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物理学是一门以实验为基础的学科,在教学中,实验是让学生获得感性认识的基本手段.通过实验,可以激发学生的学习兴趣,提高思维能力、想象和创造能力.但是演示实验不可能十全十美,不少物理情景无法在物理实验室里完成;还有一些实验由于实验器材等条件的限制无法演示,更有一些实验在教室里完成了,但多数后排学生无法观察到……随着科学技术的迅速发展,信息技术被广泛应用于中小学教学领域.信息技术具有声像并茂、形象清晰、再现迅速、感染力强,能突破时空限制等优点,在传统的实验教学中增加信息技术软件的辅助演示能够为学生创设良好的物理学习氛围,增加了可见度和清晰度填补传统实验教学的不足,极易激发学生的兴趣和注意力,并加强学生对物理规律的理解.
1 视频技术在实验教学中的应用
演示实验不仅要实验效果好,还要面向全体学生,所以实验应当更直观,让学生更容易观察到实验操作和现象.一些大件的实验仪器放在较高的讲台,学生基本能看到一些,但对一些小件实验仪器又平摆较低的讲台,学生很难观察现象及操作.而现在,绝大多数学校(包括大部分农村中学都在农村远程教育工程扶持下)配备了多媒体教室及教学设备,可将演示实验和多媒体技术有效结合,使实验更加直观.
1.1 摄像头在光学实验中的作用
在光学实验中,光的反射和光的折射现象,只有眼睛在反射光线或折射光线上才能看到相关现象,演示实验时很难让全班同学的眼睛都在这一方向上看到相关现象.如在《显微镜和望远镜》教学中,只有拿到望远镜的人才能看到被放大的远处的景物,要让全班同学都看到望远镜或显微镜的观察效果,可把望远镜固定在铁架台上,把物镜对准远处景物,把摄像头靠近望远镜的目镜,调整摄像头与目镜的距离,使电脑屏幕上的图像最清晰为止.把图像投影到大屏幕上,这样全班同学都能看到该实验现象,并能把看到的现象拍摄下来.同理,显微镜、照相机、万花筒以及其他的光学实验把观察到的景像投影到大屏幕上.
1.2 使用视频演示器,放大实验现象
有些实验只能在水平桌面上进行,不能在竖直平面进行,而水平桌面上的实验器材、操作过程、实验现象及数据只有前排少数同学可以看到,后面的大多数同学无法看到.怎样让全班同学都能清楚地看到呢?如在电路教学中,电路元件、电路连接只能在水平桌面上进行,电路元件、电路连接及电表数据后面大多同学无法看到.在做该实验时,打开视频演示器,接通电脑,并把视频演示器抓到的图像调整为全屏,把实验台上的电路元件、电路连接、实验现象和电表数据投影到大屏幕上并被放大,使全班同学都能看得清清楚楚.
1.3 用数码相机拍摄和用多媒体播放演示实验录像
对于一些不能在教室里进行的实验,如有危险性的实验(用水银测大气压实验)、因器材限制无法在教室里进行的实验(大气压能支持多高水柱实验)等,只有教师在实验室或特殊场地进行实验,拍成录相,用专业软件制作成视频文件,在教学时播放实验录相,可对实验个别时段还可画面暂停、回放或慢放,更有利于学生观察和分析.还可对个别操作和现象进行重点讲评.再如研究物体动能与弹性势能的转化时,弹性物体如皮球、弹片、弹簧在撞击时,其弹性形变和撞击物的速度变化是相当的快,我们还没反映过来就结束了,如果用摄像头或数码相机拍摄下实验过程,制作成视频课件播放实验过程,对实验中弹簧片变形和恢复原状时段还可画面暂停、或慢放,其弹性形变和撞击物的速度变化就一目了然了.
2 利用“powerpoint”辅助光学实验
在用powerpoint制作幻灯片时,我们可制作成不同颜色的几张幻灯片,用投影仪播放该幻灯片时,就如同有不同颜色的光源射到大屏幕上,可以帮助解决光学中不同颜色的光源问题.比如在《光的色散》教学中,同一颜色物体在不同色光下的反光情况,在该实验中不易找到适合做实验的各种颜色的灯光来操作,怎样解决这一难题?可以在幻灯片配色方案中制成所需不同颜色的幻灯片,还可用画图板中制成所需不同颜色的图片插入到幻灯片中做成所需各种颜色的幻灯片代表各种色光,并投影到大屏幕上,把物体依次放在不同颜色的光中来观察该物体在不同色光下的反光情况.由于在电脑中各种颜色容易找到,且色度和亮度容易调节,比实际生活中的色光灯容易取材和操作.
3 传感技术在演示实验中的应用
在固体熔化常规实验中,用普通温度计只有教师和前排少数同学才能观察到温度计的示数,且分析熔化过程温度变化情况还要手工画图线来表示温度变化特点.如果在该实验中加入温度传感器并接通电脑和投影仪,在实验中传感器能把温度数据传至电脑中,能在大屏幕上出现温度随时间变化图线,且温度变化图线随实际实验中的温度变化而变化.这样即节约了时间又直观形象.再如,焦耳定律实验,机械能转化为内能实验,用温度传感器都能达到较好的效果.同样的道理,在力学和光学实验中应用压力传感器或光传感器,有利于师生对相关现象和规律进行定性和定量的研究.
4 利用多媒体课件补充演示实验的不足
要想使演示实验取得成功,有时我们还必须对已做的实验进行分析和解释,然而枯燥的讲解学生很难理解,我们可对部分实验产生的现象进行分析,设计制作相应的课件,对难以分析的部分进行形象的演示.如在平面镜教学中,学生对平面镜成像的原理和特点很难理解,我们可制作和播放课件,通过两条动态射入到平面镜的入射光线,再出现两条法线和动态的反射光线,并有两条虚线向反射光线反向延长,直至相交成虚像点;还可设计物体和与物体大小相等的像,通过动画使拖动物体移动,像也跟着一起移动,它们一直遵循平面镜成像的规律,且在任何一处点击物体时都有相应的成像原理光路图出现.再如凸透镜成像规律实验中,用手拖动蜡烛改变物距,可看到折射光线和成像位置及大小、虚实、正倒也会相应地变化,把成像的原理形象直观演示,有利于学生对光学规律的理解.
5 用示波器软件显示和研究声音的特性
我们在教学《声音的特性》时,通常是到实验室拿示波器来显示声音的波形,由于示波器屏幕较小,学生不易观察,教学效果很不好.有了多媒体技术和信息技术,我们可上网下载一个示波器软件,安装在多媒体教室的电脑上.使用时打开该程序,调好频率和波长的显示参数.在研究声音特性实验教学时,把物体发出的声音用话筒传到电脑,在电脑屏幕上并能显出声音的波形图和频率、波长信息,再用投影仪把屏幕上的波形图像投影到大屏幕上,全体学生都能观察到声音的波形图和频率、波长信息.然后再根据听到的声音和波形信息来进行分析研究声音的特性.实验效果相当好.
总之,利用信息技术来辅助初中物理实验教学,有助于提高学生的实验兴趣和实验效率,扩大了实验范围和容量,是一种有效可行的教学手段.但是,我们要注意,课件模拟实验和真实实验是有区别的,前者不能代替后者,否则会使物理实验教学虚拟化、游戏化,降低学生实验操作和探索的能力.因此,信息技术手段要与传统教学手段有机结合,相辅相成,使物理实验教学得到最大的效益.
1 视频技术在实验教学中的应用
演示实验不仅要实验效果好,还要面向全体学生,所以实验应当更直观,让学生更容易观察到实验操作和现象.一些大件的实验仪器放在较高的讲台,学生基本能看到一些,但对一些小件实验仪器又平摆较低的讲台,学生很难观察现象及操作.而现在,绝大多数学校(包括大部分农村中学都在农村远程教育工程扶持下)配备了多媒体教室及教学设备,可将演示实验和多媒体技术有效结合,使实验更加直观.
1.1 摄像头在光学实验中的作用
在光学实验中,光的反射和光的折射现象,只有眼睛在反射光线或折射光线上才能看到相关现象,演示实验时很难让全班同学的眼睛都在这一方向上看到相关现象.如在《显微镜和望远镜》教学中,只有拿到望远镜的人才能看到被放大的远处的景物,要让全班同学都看到望远镜或显微镜的观察效果,可把望远镜固定在铁架台上,把物镜对准远处景物,把摄像头靠近望远镜的目镜,调整摄像头与目镜的距离,使电脑屏幕上的图像最清晰为止.把图像投影到大屏幕上,这样全班同学都能看到该实验现象,并能把看到的现象拍摄下来.同理,显微镜、照相机、万花筒以及其他的光学实验把观察到的景像投影到大屏幕上.
1.2 使用视频演示器,放大实验现象
有些实验只能在水平桌面上进行,不能在竖直平面进行,而水平桌面上的实验器材、操作过程、实验现象及数据只有前排少数同学可以看到,后面的大多数同学无法看到.怎样让全班同学都能清楚地看到呢?如在电路教学中,电路元件、电路连接只能在水平桌面上进行,电路元件、电路连接及电表数据后面大多同学无法看到.在做该实验时,打开视频演示器,接通电脑,并把视频演示器抓到的图像调整为全屏,把实验台上的电路元件、电路连接、实验现象和电表数据投影到大屏幕上并被放大,使全班同学都能看得清清楚楚.
1.3 用数码相机拍摄和用多媒体播放演示实验录像
对于一些不能在教室里进行的实验,如有危险性的实验(用水银测大气压实验)、因器材限制无法在教室里进行的实验(大气压能支持多高水柱实验)等,只有教师在实验室或特殊场地进行实验,拍成录相,用专业软件制作成视频文件,在教学时播放实验录相,可对实验个别时段还可画面暂停、回放或慢放,更有利于学生观察和分析.还可对个别操作和现象进行重点讲评.再如研究物体动能与弹性势能的转化时,弹性物体如皮球、弹片、弹簧在撞击时,其弹性形变和撞击物的速度变化是相当的快,我们还没反映过来就结束了,如果用摄像头或数码相机拍摄下实验过程,制作成视频课件播放实验过程,对实验中弹簧片变形和恢复原状时段还可画面暂停、或慢放,其弹性形变和撞击物的速度变化就一目了然了.
2 利用“powerpoint”辅助光学实验
在用powerpoint制作幻灯片时,我们可制作成不同颜色的几张幻灯片,用投影仪播放该幻灯片时,就如同有不同颜色的光源射到大屏幕上,可以帮助解决光学中不同颜色的光源问题.比如在《光的色散》教学中,同一颜色物体在不同色光下的反光情况,在该实验中不易找到适合做实验的各种颜色的灯光来操作,怎样解决这一难题?可以在幻灯片配色方案中制成所需不同颜色的幻灯片,还可用画图板中制成所需不同颜色的图片插入到幻灯片中做成所需各种颜色的幻灯片代表各种色光,并投影到大屏幕上,把物体依次放在不同颜色的光中来观察该物体在不同色光下的反光情况.由于在电脑中各种颜色容易找到,且色度和亮度容易调节,比实际生活中的色光灯容易取材和操作.
3 传感技术在演示实验中的应用
在固体熔化常规实验中,用普通温度计只有教师和前排少数同学才能观察到温度计的示数,且分析熔化过程温度变化情况还要手工画图线来表示温度变化特点.如果在该实验中加入温度传感器并接通电脑和投影仪,在实验中传感器能把温度数据传至电脑中,能在大屏幕上出现温度随时间变化图线,且温度变化图线随实际实验中的温度变化而变化.这样即节约了时间又直观形象.再如,焦耳定律实验,机械能转化为内能实验,用温度传感器都能达到较好的效果.同样的道理,在力学和光学实验中应用压力传感器或光传感器,有利于师生对相关现象和规律进行定性和定量的研究.
4 利用多媒体课件补充演示实验的不足
要想使演示实验取得成功,有时我们还必须对已做的实验进行分析和解释,然而枯燥的讲解学生很难理解,我们可对部分实验产生的现象进行分析,设计制作相应的课件,对难以分析的部分进行形象的演示.如在平面镜教学中,学生对平面镜成像的原理和特点很难理解,我们可制作和播放课件,通过两条动态射入到平面镜的入射光线,再出现两条法线和动态的反射光线,并有两条虚线向反射光线反向延长,直至相交成虚像点;还可设计物体和与物体大小相等的像,通过动画使拖动物体移动,像也跟着一起移动,它们一直遵循平面镜成像的规律,且在任何一处点击物体时都有相应的成像原理光路图出现.再如凸透镜成像规律实验中,用手拖动蜡烛改变物距,可看到折射光线和成像位置及大小、虚实、正倒也会相应地变化,把成像的原理形象直观演示,有利于学生对光学规律的理解.
5 用示波器软件显示和研究声音的特性
我们在教学《声音的特性》时,通常是到实验室拿示波器来显示声音的波形,由于示波器屏幕较小,学生不易观察,教学效果很不好.有了多媒体技术和信息技术,我们可上网下载一个示波器软件,安装在多媒体教室的电脑上.使用时打开该程序,调好频率和波长的显示参数.在研究声音特性实验教学时,把物体发出的声音用话筒传到电脑,在电脑屏幕上并能显出声音的波形图和频率、波长信息,再用投影仪把屏幕上的波形图像投影到大屏幕上,全体学生都能观察到声音的波形图和频率、波长信息.然后再根据听到的声音和波形信息来进行分析研究声音的特性.实验效果相当好.
总之,利用信息技术来辅助初中物理实验教学,有助于提高学生的实验兴趣和实验效率,扩大了实验范围和容量,是一种有效可行的教学手段.但是,我们要注意,课件模拟实验和真实实验是有区别的,前者不能代替后者,否则会使物理实验教学虚拟化、游戏化,降低学生实验操作和探索的能力.因此,信息技术手段要与传统教学手段有机结合,相辅相成,使物理实验教学得到最大的效益.