利用可視化方式，提高物理實驗教學有效性

趙芳

摘 要：物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科，物理概念、規律的發現都是通過實驗實現的。因而，物理實驗是學生學習物理知識必不可少的方法，是學生培養科學素養的重要途徑，是物理教學的重中之重。但是，目前物理實驗教學方式單一，教學效果不佳。為了改變這一現狀，提高物理實驗教學的有效性，本文研究了可視化的物理實驗教學方式。

關鍵詞：高中;物理;可視化;實驗教學

學習物理是不斷接受生活自然現象并對其科學原理探索的過程。但是，到了高中階段，物理知識上升到了另一個層次。隨著知識深度的增加，實驗現象開始變得不明顯、實驗過程開始變得復雜難解、實驗規律變得不可捉摸，物理學習越來越困難。此時，如果仍然采用單一的物理實驗教學方式，學生的理性思維和抽象思維將難以突破，物理學習也將止步不前。鑒于此，物理實驗課堂需要增加一副“軟化劑”，讓堅硬難啃的物理實驗變得順滑柔軟。而可視化充當了“軟化劑”的角色。物理實驗的可視化讓學生能夠感性認知、直觀體驗物理現象，從而開啟了更深層次的物理本質的探尋，極大提高了物理實驗教學的有效性。

一、實驗現象可視化

在高中物理實驗中，有些實驗現象微小而迅速，學生難以捕捉。由于一些關鍵現象捕捉不到，學生就無法破除原有認知障礙、突破知識難點，無法理解性地獲得物理知識。鑒于此，教師可以采用“圖說”的可視化方式展開物理實驗教學，將一些難以捕捉的實驗現象用圖片的方式具體地呈現在學生面前，引導學生觀察出一些細微的實驗變化，從而突破認知障礙、理解物理知識，提高實驗教學的有效性。

例如，在教學“研究平拋運動”時，由于肉眼觀察的方式無法真切地看出物體運動的軌跡，平拋運動的研究難以繼續。于是，我利用了可視化的方式研究平拋物體的運動軌跡。具體來說，令一個小球做平拋運動，用頻閃照相機得出小球運動的軌跡，然后研究圖片中小球平拋軌跡上的位置變化關系，之后用一張標有坐標的白紙按照平拋運動軌跡描摹出一條曲線，在曲線上選取不同的幾個點，用刻度尺和三角板測出它們的坐標x和y，最后計算得出初速度。在整個過程中，由于可視化圖片的介入，平拋物體運動軌跡的研究變得直觀而生動。學生通過具體的圖片快速解讀了物體平拋運動軌跡，從而求算出了初速度。因而，實驗現象的可視化可以提高物理實驗教學的有效性。

二、實驗規律可視化

物理規律是構成物理的基本框架，是指導物理學習發生和發展的基石。因而，物理實驗特別重視物理規律的探究。但是，由于物理規律的抽象性和邏輯性較強，在實驗推導的過程中，學生無法總結、歸納出實驗規律。鑒于此，教師需要發揮可視化技術的輔助作用，讓實驗規律具體、生動地呈現在學生面前，輔助學生深刻掌握物理規律，提高實驗教學的有效性。

例如，在教學“實驗：探究功與速度變化的關系”時，學生在橡皮筋的彈力做功的處理和實驗數據的處理上感到疑惑，他們無法將力做功和做功引起的速度的變化定量聯系起來。鑒于此，我引入了圖像法，引導學生處理數據，實現實驗規律的可視化。具體來說，在完成實驗之后，引導學生用計算機Excel軟件的圖像處理功能處理數據。在圖像處理的過程中，學生發現w_v2圖像是一條過原點的直線，說明了牽引力做的功與小車獲得的速度呈正比例關系。由于Excel軟件圖像處理功能的介入，學生清楚地看到了牽引力做功與做功引起的速度變化的關系，從而得出了功與速度變化關系的規律。可見，實驗規律的可視化有助于提高實驗教學的有效性。

三、實驗過程可視化

在高中物理課堂上，由于時間緊、任務重，學生沒有充足的物理實驗探究時間。因而，物理實驗的學習基本上通過閱讀書本內容實現。然而，這種教條式的實驗學習方式并不能讓學生理解實驗內容，透徹掌握物理知識，影響了實驗教學的有效性。為了解決這一問題，教師可以以生活經驗為切入點，讓學生親身經歷實驗探究過程，深刻理解物理知識。

例如，在教學“實驗：驗證機械能守恒定律”時，引導學生組織生活小實驗，親自驗證機械能守恒定律。具體來說，用一個系有重物的紙帶穿過打點計時器，接通電源后松開紙帶讓重物自由落下，用幾條紙帶重復以上動作。紙帶打完點之后，學生親自挑選出幾條第一點和第二點之間距離接近2mm的紙帶測量，測出各點到第一點的距離，計算打點的即時速度;然后用刻度尺測量紙帶上某點O與其它點的距離，計算出相應減少的重力勢能;最后，計算各點對應的勢能減少量與增加的功能并對比，從而驗證機械能守恒定律。在整個過程中，通過親身試驗，學生經歷了機械能守恒定律產生的過程，有效驗證了機械能守恒定律。因而，實驗過程的可視化可以提高實驗教學有效性。

總之，在高中物理實驗教學中，可視化理念的滲透可以讓物理實驗更加直觀、生動、具體，可以輔助學生突破物理實驗難點，提高物理實驗的有效性。

參考文獻：

[1]唐華昌，馬開春，謝云霞.信息技術優化物理實驗可視化教學探究[J].教育信息技術，2015，（9）.

[2]蘇宙平，郭穎，張秀梅.物理教學可視化虛擬實驗平臺創建[J].江蘇第二師范學院學報，2015，31（3）.