基于信息技术的初中物理实验教学模式探索

摘要

利用信息技术，开发和利用多媒体教学资源，发挥信息技术的交互性功能，可增强物理实验教学的趣味性和吸引力，丰富学生对物理情境的感性认识，提升学生对物理概念和规律的理解，提高物理实验教学质量和效果。探索了基于信息技术的初中物理实验教学模式，从演示实验教学、分组实验教学、实验复习课教学、实验操作考查4个方面对实验教学模式进行了探讨，旨在通过信息技术手段优化实验课程，提高学生的实验能力和创新思维能力。

Graphical abstract

关键词

初中物理 / 信息技术 / 实验教学 / 课堂教学模式

初中物理是一门实验性、探究性很强的学科，让学生做好实验开展探究活动对学生形成物理观念、促进科学思维、提升核心素养有着非常重要的作用，但由于种种因素的限制，在教学中有的探究活动难以开展。随着信息技术不断进步，基于图文声像各种各样信息的获取、传输与使用的信息技术已日渐成熟，可将信息技术融入课堂，并利用信息技术的优势，结合原有物理实验教学成功的经验，探究融入信息技术的物理实验课程新模式，搭建物理实验教学新课堂。

1 研究背景

1.1 基于信息技术的实验教学模式变革的必然性

近年来在一系列的教学改革中，各种人工智能数字化教学工具走进课堂，对培养学生的核心素养、改进教学方法和手段等提出了全新的挑战和要求，传统实验教学模式的局限性越来越明显。“信息技术与课程整合”是我国新一轮基础教育教学改革的新要求，对发展学生核心素养具有重要意义。物理学科是以实验为基础的学科，实验教学是中学物理学习的重要组成部分，呈现丰富多彩、创设生动有趣的实验是物理实验教学的特点。基于信息技术的物理实验教学对于促进物理教学改革具有积极的作用。

1.2 基于信息技术的实验教学模式提出的主要依据

“信息技术与课程整合”可为新型实验教学模式的创建提供理想的教学环境。其主要依据有：①有些物理实验因实验本身的特点或器材的限制，其实验现象并不明显，很难使全班的学生都清楚地观察到实验现象，而信息技术的运用有利于增加实验的可见度，调动学生的学习积极性；②有些实验的难度较大，或时间跨度较大，或具有危险性，而信息技术的运用有利于模拟物理实验过程，缩短实验时间，放大实验细节，激发学习兴趣；③信息技术的运用有利于学生自主学习能力和创新精神的培养。

2 构建物理实验课堂教学新模式

在物理教学中推进新课堂教学模式，必须找准切入口。物理实验是人类认识世界探究未知世界奥秘的重要途径，是进行科学研究的基础，也是学生学好物理的基础，那么搞好物理实验教学就是重视对学生核心素养的培养。人工智能智慧课堂及其交互性和超文本链接能力显示了它在科学教育中的巨大发展潜力，在物理实验课堂教学新模式的构建中，如何选定实验教学结合运用信息技术的新模式，可从以下4种实验教学课型着手。

2.1 演示实验教学模式

演示实验教学是中学物理课堂教学模式中的一个重要环节，教材上大部分的章节都是安排了一定量的课堂演示实验。单纯使用传统媒体、实验器材做好课堂演示实验对提高教学质量能起到重要的作用，但仍存在演示实验量不足、某些演示实验效果不佳及学生动手机会不多等问题，从而影响课堂教学效率。在演示实验教学中，首先让学生猜想实验结果，可激活学生的思维，调动学习积极性，激发学习兴趣；再让学生动手探究实验，能培养学生的科学探究能力、创新意识和科学学习精神，改变了教师演示、学生观察的老模式，变被动学习为主动学习；最后，教师结合多媒体辅助演示实验，更规范地弥补了学生探究过程中的不足。

对某些演示实验，可以在课前录制成视频直接播放，减少演示实验失败的概率，减少仪器搬动连接的时间，增加演示实验的数量。演示实验量的增加可增强直观性，拓宽学生的知识面，也有助于培养学生的观察思维能力。但要注意不能完全用视频来代替演示实验，同时也要注意在制作视频时对某些关键环节和演示效果要精心设计，注意提示学生观察要点，使用信息技术提高演示清晰度。有些演示实验可见度低，学生不易观察清楚，可以使用液晶投影仪或者新式黑板电子屏将实验过程、现象、结果展现在电子屏幕上，使全体学生都能清楚观察到整个实验过程和结果。如演示磁和通电导体磁场的铁屑排列情况，只能在水平面演示，只有前排少数几位学生可见，如果用电子展台的话，全体学生在屏幕上都可以清楚地看到铁屑有序排列的过程和结果，从而大大提高了演示清晰度，增强了学生的有效识记效率，提高了演示实验教学效果。

2.2 分组实验教学模式

学生分组实验是中学物理实验中必不可少的一部分，对培养学生的协作精神和动手能力起到十分重要的作用，然而要上好一堂分组实验课却是很吃力和困难的，它要求实验教师备课要精心，实验器材准备要充分，动手操作要规范，巡回指导要到位。整个课堂教学任务繁重，时间紧张，稍有不慎一堂分组实验课就达不到预期的效果。在教学过程中如能恰当使用信息技术改变原有课堂结构模式，就可以提高课堂效率。融入信息技术的分组实验教学模式见图1。

例如，在伏安法测电阻分组实验中，教师提出实验要求后，组织学生分组讨论，设计实验方案，进行实验分工，各小组拿出可行方案，再请各小组提出实验中有哪些困难，这样在学习过程中可以充分发挥学生的合作精神，提高协作能力。这时，教师可在课前先做好示范实验，并制成多媒体课件，用视频和动画重点强调实验操作中电流表和电压表量程的选择，以及电流表、电压表和滑动变阻器的连接等注意事项，并配上教师适当的讲解，然后让学生动手分组实验，记录实验数据，总结实验结论，这样就可达到事半功倍的效果。

2.3 实验复习课教学模式

物理实验的复习面广量大，既有演示实验复习，又有课堂小实验的复习，还有分组实验的复习，要想在复习过程中重新演示全部实验，时间不允许，也是不可能的，为了达到复习的效果，可构建“组合实验→多媒体回放→列表复习→习题练习”这样的教学模式。可以根据不同类型的实验分组结合多媒体课件组织实验复习，首先回放重要的实验动画，再列表复习，包括实验目的、实验器材、实验步骤、实验注意点、实验现象、实验记录的数据、实验结论等，这样既做到全面复习，又突出重点，还能充分利用课堂教学时间进行实验习题练习。

2.4 实验操作考查模式

对中学物理实验考核的目标主要包括4个方面：一是认知领域的考核目标，包括记忆、理解、运用和综合4个层次；二是观察领域的考核目标，如观察的目的性、全面性、精确性、敏锐性和理解性；三是操作领域的考核目标，分为知觉、定式、熟练和自动化4个层次；四是情感领域的考核目标，这是一个比较复杂的问题，为了便于操作，笔者认为只要求就学生的某些实验习惯和素养进行粗略的考查即可，如爱护器材的精神、尊重事实的态度、实验的条理性和严谨性等^［1］。根据以上要求设计“多方位设计考题→制作软件→微机操作考查→综合评价”这样的考核模式。以前对实验操作考核一般采用笔试和实地操作两种形式，对准备好的实验先培训小实验员，然后采用抽签的方法组织考查，这样的考查形式单调，对观察能力、操作技能、实验素养等方面难以做到客观公正的评价。为了弥补不足，笔者利用人工智能等先进技术手段多方位、多角度地再现物理现象和展示物理过程，开启智慧课堂，利用视频、图像、动画等技术和良好的交互性模拟实验操作^［2-3］，命题可以全面，能深层次地考查中学生物理实验操作能力，并可做出客观公正的评价，同时在物理实验考查中也能促使中学生使用计算机的能力得到进一步提高。

3 注意事项

3.1 所用模式与具体所学内容相结合

运用信息技术进行实验教学和实验探究，信息技术的运用、学生的学习方式选择必须与具体教学内容相结合，以培育学生核心素养为目的，切忌信息技术喧宾夺主，以技术代替真实实验，冲淡学习的主题，在组织学习时，信息技术只能服务实验教学，而不能真正代替物理实验，只有将“虚拟”体验感与真实实验体验感相结合，学生才能在多元的学习情境中有效实现信息交流与认知方式的多元化。

3.2 探究实验能力与信息处理能力相结合

科学探究可以改变学生学习物理的方式，以物理实验为载体，引导学生自主探究，在探究中对不同的信息和观点等质疑并提出创造性的见解，促进学生科学思维素养的发展。信息处理能力是学生在学校里必须具备的基本素养，也是以后步入社会后所必须具备的基本素养，教师在教学过程中要将信息技术与探究实验相结合，让学生主动去探究，利用互联网上的学习资源，主动查找、思考后建构相关的认知模型。教师在教学时要培育学生的学力，要让学生学会思考问题的方式和实验探究的方法，学会主动获得知识的技术和根据需要处理信息的方法。

3.3 信息技术与传统手段相结合

信息技术进入实验教学，扩展了学生探索的空间，扩大了学生认识的时空，看到了许多实验中看不到的现象，强化了学生头脑中的表象，但不能强调信息技术而弱化真实实验，虚拟的实验不能代替实验教学，实验中的真实性以及在实验中的犯错经验，不是虚拟实验所能得到的。在实验教学中传统手段仍有用武之地，模型、实验操作能够以直观、具体的形象给学生强烈的感性认识，因此教师不能迷恋信息技术，应使信息技术与传统手段相结合，鼓励学生亲自操作、制作模型，用真实器材和测量工具进行实地测量、记录数据、绘制图表、分析归纳，这对培养学生正确规范的操作技能、实事求是的科学作风以及科学态度和责任是虚拟实验所不能给予的，因此过分依赖人工智能技术培养不出真正的科学严谨性和实事求是的科学学习态度，因此在实验教学中要科学地优化组合传统技术与现代信息技术。

4 结语

在物理实验教学中推行基于信息技术的新课堂教学模式后，对整个物理新课堂教学模式的构建起到了推波助澜的作用。为了构建整体的物理新课堂教学模式，必须加强管理，不断充实提高一线教师的各种素养。首先，要制定好计划，基于信息技术的演示实验、分组实验、实验复习的教学和实验考查，每学期都要制定好计划，落实好相关人员的职责；其次，要加强研究，特别注重规定要开设的各节基于信息技术的实验教学模式的课，从教案的设计、课件的制作和各种媒体的使用等方面进行讨论落实，上完课后，备课组要认真组织讨论，及时总结经验，找出存在的问题，完善教案；最后，要及时收集整理好教案和课件等资料，并分类归档，这样逐步积累资料，为物理新课堂教学模式的构建添砖加瓦。

参考文献

[1] 肖程文，刘玲莉.基于信息技术融合的生物课堂教学设计与实践：以“酶的作用和本质”一课为例［J］.实验教学与仪器，2022，39（10）：48-49.

[2] 唐峦石.计算机模拟实现中学物理实验操作考试的题型探讨［J］.教学仪器与实验，2001，17（07）：37-39.

[3] 彭晓滨.电教媒体在初中物理实验教学中的应用［J］.实验教学与仪器，2022，39（12）：38-39. （上接第128页）

[4] 物理实验中数据处理和可视化分析提供了一种简单、高效和个性化的解决方案，实验者可以通过实时动态变化的实验数据和图象，更直观地理解和分析实验现象和规律。本研究中的实验数据可视化分析的研究思路和技术方法可供广大师生参考，应用于设计和改良与声、光、热、力、电、磁等物理量相关的实验方案和实验装置。

基金资助

江苏省南通市教育科学“十四五”规划2023年度重点课题“‘教学评一致性’视角下中学物理教学设计研究”(ZD2023090)

2021年毕节市教育科学规划立项课题“基于STEAM教育理念的初中物理实验趣味化设计与实践研究”(2021122)

2024年毕节市教育科学规划一般课题“学科融合背景下的实验教学‘成果化’实践研究”(2024B057)

2024年贵州省教育数字化专项课题“数字技术支持下的‘六环五策四路径’学科融合实验教学体系构建研究”(B00025)