信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

蔡偉

摘 要：在素質(zhì)教育與課程改革的背景下，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展能夠提高學(xué)生的動手操作能力，使學(xué)生的思維得以發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。縱觀當(dāng)前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，還存在著一定的問題，隨著信息融合技術(shù)的發(fā)展，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲得更準(zhǔn)確的目標(biāo)信息，為高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展帶來機(jī)遇。本文從信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的意義角度進(jìn)行分析，探討傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和應(yīng)用信息融合技術(shù)的現(xiàn)狀，并提出具體的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：信息融合技術(shù)；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；應(yīng)用研究

一、信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的意義

（一）模擬理想實(shí)驗(yàn)

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)能夠使教學(xué)效果更加顯著。一般來說，物理實(shí)驗(yàn)是通過測量等環(huán)節(jié)，與物理理論相結(jié)合推導(dǎo)出最終結(jié)論，因此要求必須具有理想的實(shí)驗(yàn)條件，信息融合技術(shù)的應(yīng)用能夠打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的限制，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)作用。例如：探究光的干涉和衍射現(xiàn)象等相關(guān)實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)儀器要求高，不能在課堂中進(jìn)行，教學(xué)中可利用信息融合技術(shù)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行模擬，為實(shí)驗(yàn)的開展提供資源，使學(xué)生能夠經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，更好地理解并掌握物理知識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、探究問題、解決問題的能力。信息融合技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知水平，鞏固學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生探討更深層次的物理內(nèi)涵，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力[1]。

（二）提高實(shí)驗(yàn)效率

信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用能夠提高教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的效率，實(shí)現(xiàn)省時(shí)高效的教學(xué)效果。教師在設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程中，可利用信息融合技術(shù)中的數(shù)據(jù)融合理論方法對資料進(jìn)行收集與分析，在分析的過程中要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生學(xué)情，不斷優(yōu)化教學(xué)過程[2]。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)能夠以多元化的教學(xué)形式呈現(xiàn)，采取動圖、動畫、視頻的方式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，以及虛擬實(shí)驗(yàn)室等，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動的積極性，使學(xué)生在輕松的氛圍內(nèi)獲得知識，突破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的枯燥與煩瑣限制，提高實(shí)驗(yàn)效率，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化發(fā)展。

（三）調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)對學(xué)生來說，能夠發(fā)展學(xué)生的信息素養(yǎng)，與信息時(shí)代相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，拓展學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，使學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)中利用計(jì)算機(jī)思維解決難題，并實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)造性想法。將物理學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑷诤霞夹g(shù)與教師講解理論相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使學(xué)生能夠通過自主思考與小組合作解決實(shí)驗(yàn)問題，增添物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多樣性，使學(xué)生能夠利用信息思維從多角度解決物理實(shí)驗(yàn)問題，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入現(xiàn)代教育理念，滿足高中人才培養(yǎng)的需求。

（四）充分發(fā)揮信息融合技術(shù)優(yōu)勢

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮信息融合技術(shù)的優(yōu)勢，例如：教學(xué)可視性、啟發(fā)性與合理性。信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用能夠使理論技術(shù)的展示更加便捷，學(xué)生能夠通過信息融合技術(shù)直觀地觀察到物理實(shí)驗(yàn)的全過程，物理原理的抽象過程也較為清晰，能夠使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲取物理知識，對物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更深層次的理解，激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣。通過可視化教學(xué)方式，可有效彌補(bǔ)一些危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)不能夠動手操作的缺陷，使學(xué)生通過視頻、動畫等方式理解物理知識，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可視性更強(qiáng)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的就是要啟發(fā)學(xué)生的思路，使學(xué)生能夠在一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中看到多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并通過差異性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行獨(dú)立思考，信息融合技術(shù)的應(yīng)用能夠使觀察這一環(huán)節(jié)更加有效，通過縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，為學(xué)生提供更多思考的時(shí)間，有利于幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的物理思維與習(xí)慣。另外，信息融合技術(shù)的應(yīng)用能夠使學(xué)生認(rèn)識到物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的合理性，使學(xué)生明白物理知識是通過實(shí)驗(yàn)過程推導(dǎo)而來，在總結(jié)與歸納的過程中，學(xué)生能夠意識到實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果的合理性，更易于學(xué)生接受，并從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)物理現(xiàn)象，發(fā)揮教學(xué)的可視性、啟發(fā)性與合理性。

二、傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

經(jīng)分析得知，當(dāng)前傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在著一定的問題，學(xué)生能夠認(rèn)識到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，但由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法過于枯燥與落后，導(dǎo)致大部分學(xué)生沒有學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的興趣，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展失去了本身的意義，難以為物理教學(xué)提供一定的幫助，且學(xué)生自主做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會較少，高中階段的物理教學(xué)主要以理論教學(xué)為主，大部分教師忽略了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，甚至學(xué)校缺少完善的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使學(xué)生不具備獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力，導(dǎo)致與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的物理知識點(diǎn)掌握不充分[3]。另外，教師在開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，部分教師直接根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)授課，忽略了對學(xué)生的學(xué)情分析等階段，大部分物理實(shí)驗(yàn)以教師口述為主，學(xué)生機(jī)械性做實(shí)驗(yàn)，缺乏學(xué)生自主探究，實(shí)驗(yàn)效果不足。

三、在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)存在的問題

目前，信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用存在的問題，主要表現(xiàn)在信息融合技術(shù)訓(xùn)練缺乏專業(yè)性、信息化課程改革意識不足等方面。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)主要是將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象資料與物理知識進(jìn)行整合，利用處理技術(shù)與融合理論通過動畫、圖表、虛擬實(shí)驗(yàn)室等方式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在開展信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，對教師的信息融合技術(shù)應(yīng)用水平的要求較高，考驗(yàn)教師分析教材、學(xué)而思與融合的能力，但當(dāng)前信息融合技術(shù)的應(yīng)用對物理教學(xué)的推動還處于發(fā)展初期，大多數(shù)教師在開展信息化教學(xué)的過程中會存在課程與應(yīng)用相分離的教學(xué)現(xiàn)象，在使用信息化軟件時(shí)缺乏操作能力，運(yùn)用信息融合技術(shù)的能力不足，缺乏專業(yè)的信息融合技術(shù)訓(xùn)練，難以提升教學(xué)質(zhì)量。

另外，大部分教師在信息化課程改革的過程中缺乏信息化意識，在對待教學(xué)改革的過程中持不正確的態(tài)度，使信息融合技術(shù)的應(yīng)用流于教學(xué)表面，沒有開展深度的教學(xué)融合，仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，長此以往，不利于激發(fā)學(xué)生探究物理實(shí)驗(yàn)的興趣。近些年，物理知識在不斷發(fā)展與整合的過程中，教師要不斷滿足學(xué)生發(fā)展的新需求，若其教學(xué)理念不及時(shí)更新，將會影響教學(xué)的趣味性與有效性，使學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)受到阻礙，難以達(dá)到信息化輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。在推行教學(xué)改革的過程中，大部分學(xué)校缺乏充足的實(shí)驗(yàn)器材，難以開展有效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而信息融合技術(shù)的應(yīng)用能夠模擬虛擬實(shí)驗(yàn)流程，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性，使學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)過程中提高知識水平與實(shí)踐能力。要想提升教學(xué)質(zhì)量，就必須要從學(xué)生的水平、學(xué)校條件與師資力量幾方面進(jìn)行分析。分析當(dāng)前高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，部分教師缺乏專業(yè)應(yīng)用信息融合技術(shù)的能力，信息化課程意識淡薄，不樂于創(chuàng)新，缺乏外出培訓(xùn)與交流的機(jī)會，難以落實(shí)信息化教學(xué)理念，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的積極性，不利于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展[4]。

四、信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）轉(zhuǎn)變教師傳統(tǒng)觀念

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，注重信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。隨著教學(xué)改革的深入發(fā)展，為了滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，教師必須要利用全新的觀念開展教學(xué)工作，充分發(fā)揮信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用。首先，要加強(qiáng)對教師的理論教育，積極鼓勵(lì)教師自主學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識，使教師從根本上轉(zhuǎn)變教學(xué)思想與教學(xué)方法，認(rèn)識到信息化教學(xué)的重要性，使信息融合技術(shù)與課堂相融合，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性。其次，教師要不斷提高自身的專業(yè)能力與綜合素質(zhì)，主動學(xué)習(xí)現(xiàn)代教育觀念，提升自身的教學(xué)水平。另外，學(xué)校要加強(qiáng)教師的外出培訓(xùn)與交流，使教師能夠在交流的過程中轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，樂于嘗試信息融合技術(shù)的操作與應(yīng)用，突破以往制作課件的信息化教學(xué)模式，并加強(qiáng)對相關(guān)軟件的開發(fā)與利用，提高教師應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)的能力[5]。

（二）建立線上學(xué)習(xí)平臺

信息融合技術(shù)的主要特點(diǎn)在于內(nèi)涵更廣泛、更確切、使用方便等，由于其特點(diǎn)與有效的技術(shù)手段，使信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用更加廣泛，在應(yīng)用的過程中，要在物理實(shí)驗(yàn)課堂上充分發(fā)揮信息融合技術(shù)的作用。首先，學(xué)校可建立內(nèi)部網(wǎng)站與系統(tǒng)，為教學(xué)的開展提供平臺，提高教師完成教學(xué)任務(wù)的效率，學(xué)生也能夠隨時(shí)隨地在平臺上學(xué)習(xí)，教師將物理知識框架、實(shí)驗(yàn)原理、流程、結(jié)論等進(jìn)行整合，并上傳到平臺上，實(shí)現(xiàn)資源共享，使學(xué)生在課后也能夠鞏固所學(xué)知識，與其他同學(xué)進(jìn)行交流與答疑，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。其次，在有些實(shí)驗(yàn)操作特殊的情況下，所需時(shí)間較長，可利用線上學(xué)習(xí)平臺呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，利用信息融合技術(shù)對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行簡單處理。例如：驗(yàn)證動量守恒定律實(shí)驗(yàn)，教師要思考如何利用演示法啟發(fā)學(xué)生，簡單的演示實(shí)驗(yàn)可能會降低學(xué)習(xí)效率，教師可提前利用動畫演示出實(shí)驗(yàn)過程，將物理現(xiàn)象清晰、完整地展示，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，豐富教學(xué)資源，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)朝著多元化、開放式教學(xué)的方向發(fā)展。

（三）錄制物理實(shí)驗(yàn)過程

隨著信息技術(shù)與科技水平的發(fā)展，信息融合技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用對提升行業(yè)發(fā)展速度有著一定的促進(jìn)作用，教育領(lǐng)域在應(yīng)用信息融合技術(shù)時(shí)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要驗(yàn)證物理規(guī)律，并對規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。在此過程中，教師要加強(qiáng)對信息融合技術(shù)應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視度，豐富自身的教學(xué)手段，使其趨近于多元化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠理解并掌握物理實(shí)驗(yàn)的原理與步驟，進(jìn)而精準(zhǔn)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。例如：在開展“超重和失重”教學(xué)時(shí)，教師可采取錄制實(shí)驗(yàn)過程的方式進(jìn)行，對人在電梯中的超重和失重現(xiàn)象進(jìn)行錄制，利用多媒體設(shè)備進(jìn)行慢放、回放與重復(fù)播放，使學(xué)生能夠清晰觀察到超重和失重現(xiàn)象的發(fā)生，課后學(xué)生還能夠進(jìn)行重復(fù)觀看，加深實(shí)驗(yàn)印象，使學(xué)生能夠更好地理解超重和失重。

（四）放大物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn)在于受限物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的精密度，導(dǎo)致在有些實(shí)驗(yàn)過程中難以演示出良好的實(shí)驗(yàn)效果，例如：桌面的微小形變不便被觀察發(fā)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候可以引入反射鏡放大桌面形變，使學(xué)生能夠直觀觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，能夠清晰地觀察到一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生對微小形變的理解認(rèn)識，知道桌面支持力、細(xì)繩的拉力都是由于微小形變產(chǎn)生，屬于彈力。在實(shí)驗(yàn)過程中教師可通過信息融合技術(shù)將生活中多種多樣微小形變實(shí)驗(yàn)過程搬到學(xué)生面前，放大實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，使學(xué)生能夠清晰觀察到生活中的微小形變，這樣既節(jié)省了實(shí)驗(yàn)探究時(shí)間，又讓學(xué)生觀察到了物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了探究生活中的物理能力。

（五）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

在設(shè)計(jì)信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的教學(xué)案例過程中，首先，要分析教學(xué)內(nèi)容，以教師操作為主，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為輔，信息融合技術(shù)的應(yīng)用能夠使實(shí)驗(yàn)更加全面，在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)前要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合與分析。其次，要分析教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際情況制訂在原有目標(biāo)基礎(chǔ)上的新目標(biāo)，提高學(xué)生的觀察與理解能力，拓展學(xué)生的物理思維[6]。另外，要掌握班級學(xué)生的性格特點(diǎn)與學(xué)習(xí)情況，以學(xué)生為主體展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)。最后，要設(shè)計(jì)教學(xué)過程，將信息融合技術(shù)應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建創(chuàng)新型教學(xué)過程，在課前、課中與課后應(yīng)用信息融合技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)全面的信息化教學(xué)模式。

（六）建設(shè)專業(yè)教師隊(duì)伍

教師是影響教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，要想提升信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果，就必須要加強(qiáng)教師培訓(xùn)，提高教師的專業(yè)能力與綜合素養(yǎng)。針對師資力量進(jìn)行調(diào)查，制訂培訓(xùn)計(jì)劃，定期開展相關(guān)培訓(xùn)，主要的培訓(xùn)內(nèi)容為高中物理知識與計(jì)算機(jī)編程內(nèi)容等。學(xué)校可聘請專家開展培訓(xùn)、講座等，由專家示范，教師操作，突破傳統(tǒng)的教學(xué)策略與教學(xué)模式，調(diào)動教師參與培訓(xùn)的積極性，全面提升教師的信息化教學(xué)能力，使教學(xué)質(zhì)量有所提升。另外，教師要加強(qiáng)自身的教學(xué)反思，在開展培訓(xùn)的過程中適當(dāng)舉行現(xiàn)代化課程競賽，引發(fā)教師參與培訓(xùn)的興趣，檢驗(yàn)教師的培訓(xùn)效果，可由青年教師帶領(lǐng)接受能力較弱的教師學(xué)習(xí)相關(guān)信息融合技術(shù)知識，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步，互幫互助，深入探究信息融合技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[7]。

結(jié)束語

綜上所述，在信息時(shí)代背景下，要想實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就必須要在教學(xué)中應(yīng)用信息融合技術(shù)，模擬虛擬實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)過程更加清晰、直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高教師的信息化教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)與學(xué)習(xí)能力，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

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本文系晉江市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃（第一批）研究課題“核心素養(yǎng)下科學(xué)探究在物理教學(xué)中的落實(shí)途徑探究”（課題編號：JG1451-023）的研究成果。