多媒体手段在中学物理实验教学中的应用与研究Word格式.docx
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物理学是一门以实验为基础的科学,它的大部分定理、定律都是通过实验或以实验为基础总结概括而来的。
在中学物理教学中,为培养学生良好的实验能力和正确的思维方法,课堂教学离不开实验。
传统实验教学以教师为中心的模式,使得实验教学自身应有的优势——实验原理的科学性、操作的独立性、参与的广泛性、过程的体验性、结果的差异性等很难体现出来,导致学生实验的积极性和主动性不高[1]。
同时,由于一些中学对实验教学存在一定的偏见,重视和支持力度不高;
还有我国经济落后的偏远地区,学校的实验仪器、实验设备严重短缺,质量陈旧、老化、破损不堪;
有些学校实验仪器更新换代慢,跟不上教材改革的步伐,导致有些演示实验只能凑合,大部分学生实验无法正常开设,实验教学质量大打折扣。
教学中多媒体手段的应用,使教学环境得到了极大地改善,许多原本难以实现的实验教学变为“可能”,变为“具体”,同时使课堂教学的手段活跃起来,给学生留出更多思考和可创新的发散点,发展了学生的多向思维,教学效果也不断提高,这将是改革教学模式的重要途径。
1.物理实验教学在物理教学中的地位和作用及其现状
1.1物理实验教学在物理教学中的地位和作用
物理实验教学一直是物理教育中不可分割的部分,物理学形成与发展是以实验为基础的,通常是在观察和实验的基础上,分析物理现象、抽象概括和总结、数学推导验证、建立物理定律、形成严谨的物理理论、最后还要回到实验中去经受检验。
可以说,实验是物理科学的基础,也是物理知识的源泉。
物理实验作为物理教学的基本手段,有其特殊的教学功能[2]。
(1)通过物理实验可以使物理教学理论联系实际,引起学生学习兴趣,引导学生发掘问题,激发其求知欲望,从而调动他们学好物理的主动性和积极性,引导他们热爱科学。
(2)通过加强实验,不仅可以使学生具备一定的感性认识,更重要的是使学生进一步理解物理概念和定律是怎样在实验的基础上建立起来的,从而有效地帮助学生形成概念,导出规律,掌握理论,正确而深刻的领会物理知识。
(3)通过实验培养学生的观察能力,思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力;
培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力,并且在此基础山进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。
(4)通过实验培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度,科学的思维方法,严谨的科学作风,逐步学会物理研究中基本的科学方法。
1.2传统物理实验教学几点现状
按照新的课程理念,演示实验应该重视学生参与,随堂实验、学生分组实验则要尽量采用探究式,让学生真正进入科学学习的状态,扮演研究者的角色。
这就要求实验不能只限于教科书规定的有限几个,要根据探究活动的需要,让学生尽可能多地在实验室活动,为他们创造接触和熟悉各种仪器设备的机会;
学生可以尝试自己设计实验、选择仪器、收集数据、归纳并总结规律。
而传统的物理教学以学生掌握和巩固知识为目的,对实验在知识、能力、方法、情感态度与价值观等综合科学素质教育中的重要作用认识不够,因此实验教学基本上以教师为中心:
演示实验教师做、学生看;
分组实验则让学生按教师设计好的方案进行,缺乏独立思考和创造性活动。
并有以下弊端[3]:
1.效率低:
实验前需要准备时间,调试时间,当设备有限而班级多时则不能同步实验,影响教学进程。
2.效益低:
投入资金比较多,每年正常消耗又比较大,学校需专人维护并维修。
甚至不少地区经费不足,设备有限,实验课无法正常开展。
3.教学模式及效果:
从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间.就分组实验来说,教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项,写得面面俱到.然而每次实验课教师还要花相当长的时间根据教材讲实验目的、原理。
然后学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下取几个数据,实验就算完成了。
这样做实验收获不大,而且传统手段微观世界的物理情景的再现难以实现。
4.安全:
物理中的电学;
核磁实验;
常担心学生发生意外造成伤害或实验操作不当对仪器带来损害。
为此,在实验中往往会对学生提出许多要求,对他们的实验进行限制。
2.多媒体教学
2.1多媒体教学
多媒体教学是指在教学过程中,根据教学目标和教学对象的特点,利用多媒体计算机,综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息,把多媒体的各个要素按教学要求,进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来,以多种媒体信息作用于学生,同时按需要加上声音的配合,形成合理的教学过程结构,达到最优化的教学效果[4]。
2.2多媒体教学的特征
2.2.1多媒体技术的集成性
多媒体技术是一种全新的数字化信号媒体技术,它不但把幻灯片、投影、录音、电影、电视等多种媒体的功能集于一身,而且使文本、图形、图像、声音、动画、影像等时空元素链接与嵌入融于一体。
在多媒体电脑中,还可以通过运用热区、图标、向导、模板、剪贴板、搜索器等多种界面交互方式,实现各种媒体单元的可视化与任意链接。
目前,较为流行的Authorware洪图、方正奥思等具有这些常用功能。
2.2.2多媒体技术的多维性
多媒体技术具有将信息扩展和放大的能力。
它不是对信号的简单记录与重复,而是通过对各种媒体信息的变换、加工、制作二维、三维动画,在四维空间中,多媒体技术还可以自由展现各种动态图像,通过时域的放大,揭示高速运动物体的真实面貌,从而大大丰富了信息的表现能力,增强动态效果。
在物理教学中,教师不仅可以运用多媒体技术透视各种复杂的结构,揭示宏观物体与微观物体的奥秘,还可以从栩栩如生的情景中,让学生领略身临其境的感受。
2.2.3多媒体技术的智能化与交互性
以往的书籍、实物、幻灯、录音、电影、电视媒体,其知识信息单元往往是预先编制好的、封闭的、固定化的、连续的、线性排列的,播放时只能按照预定程序单向传输,同时,媒体只能用为信息源,不能理解学生的反馈信息。
而多媒体技术中,知识信息的单元是非线性排列的、可随意选择组合的、能灵活调整控制的,媒体与人之间,可以通过人机对话进行双向乃至多向的信息交流,使传播者与受播者的角色具有随机互换性。
例如计算机媒体可扮演多种角色:
(1)可作为学生的“导师”,对学生的学习提供智能辅导;
(2)可作为学生的“同学”,共同学习理解所接受的知识,并且可以随时与学生交流学习成果;
(3)可作为学生的“学生”和学习工具,听从学生的指挥,代理记忆、理解、翻译与纠错等工作;
(4)还可同时作为学生的“导师”和“同学”,起良师益友的作用。
多媒体技术的这种智能化、交互化,必将使教育的形态、方式等各个方面发生根本变革,使教育媒体的功能有质的飞跃[5]。
2.2.4多媒体技术的资源共享性
文字人类的教育资源虽然极其丰富,但是分布的却十分广泛。
全球多媒体网络教育的出现解决了因时空距离而不能共享资源的局限。
通过互联网大家就如同在一个“地球教室”里,不同的国家、不同的种族、不同文化背景的人,都可以通过网络进行双向、多向的学习和交流。
这个由网络信息传输结构构成的“地球教室”,其系统功能与单个教室功能相比,已有了本质的区别。
数以亿计的网络结构功能可产生数以亿计的信息增值与效益增值,实现全球教育资源共享[5]。
2.3运用多媒体手段教学的优势
心理学家皮亚杰曾经说过:
“所有智力方面的工作,都要依赖于兴趣[6]。
”兴趣是学习和认识新事物的最重要最持久的动力。
学生要有正确的学习动机和浓厚的学习兴趣,这样学习才会有主动性和积极性,只有产生了兴趣,才会有动机,这样的思维活动才得以启动运行,获得信息,检验信息,使自己的知识水平由量变到质变,最终结出丰硕的果实。
前苏联教育家苏霍姆林斯基在《兴趣的秘密何在》中写道:
“所谓课上得有趣,就是说:
学生带着一种高涨的、激动的情绪从事学习和思考,对面前展示的真理感到惊奇甚至震惊,学生在学习中意识到自己的智慧力量,体会创造的欢乐,为人的智慧和意志的伟大而感到骄傲”。
但日前中学生普遍对物理缺乏兴趣,感到难学。
为了唤醒学生的物理学习兴趣,激发他们的求知欲,只有不断采取多种教学手段,逐步培养和激发这种学习兴趣。
而多媒体手段的应用,可以为加强直观教学提供一条好的途径,弥补传统教学的不足。
多媒体教学可以创设真实情景,营造身临其境的效果,是全体学生获得多重形象。
直观的有效刺激激发全体学生的积极性和主动性,有利于全体学生更好的获取关于客观事物规律及其内在联系的认识,从而提高学习和记忆效果。
3.多媒体手段优化物理实验教学
在中学物理教学中,为培养学生良好的实验能力和正确的思维方法,教学离不开实验。
但是物理学科中有许多物理现象、物理过程比较抽象,深奥难懂,许多前沿的实验学生难以领略、难以观察、难以操作,还有的实验周期太长等等,所以,这时就可利用多媒体技术辅助物理实验教学。
3.1运用多媒体手段提高物理教学效率
3.1.1.应用多媒体手段缩短演示实验的时间
物理课的教学中通常要进行实验演示,从而来提高学生对知识的认知,但在有些实验的过程相对比较缓慢,实验步骤操作麻烦,若以这样的进度进行教学,课堂所需的时间加长,学生的实验兴趣降低,注意力也会转移,这给一节课45分钟的教师来说会造成这节课讲不完,要到下节课再讲的情况,往往达不到教学效果。
例如在研究水的沸腾时,教师会做演示实验要求学生观察并总结沸腾的定义,但是水要沸腾需要很长时间,往往开始时会吸引学生注意,时间长了学生的注意力就分散了。
这时我们利用多媒体课件模拟该实验,让这个实验在2到3分钟内完成,同时显示出不同时段沸腾的温度,使学生一目了然,快速的总结沸腾的定义。
图3-1是本人利用仿真物理实验室制作的演示实验:
图3-1水沸腾演示实验截屏
此演示试验中不但给学生演示了水沸腾的全过程,给学生了新奇直观的印象,同时又调动了学生的学习兴趣。
3.1.2应用多媒体手段复习实验巩固旧课
多媒体除了具有集图、文、影、音多种信息形式为一体的特点外,更重要的优势是它的交互性。
学生可以利用现成的课件对已学的知识进行复习和巩固,通过计算机了解自己已掌握多少知识。
利用多媒技术进行课堂实验的复习,指明学生在实验当中出现的错误操作,巩固实验的注意事项,从而加强学生的记忆。
反之,如果教师利用课堂实验引导学生复习,教师必定在课前准备实验仪器,课后还要对实验仪器进行整理,这些都要花费教师大量的时间和精力,也降低了学生的学习效率。
如果使用多媒体技术辅助教学,课堂中的费时、费力往往将不复存在,并且能大大增加课堂的信息量,使课堂内容更加丰富,提高课堂效率。
例如:
复习全电路欧姆定律时就可以用课件进行,图3-2是使用《课件大师》共享软件制作课件[7]:
图3-2欧姆定律演示实验截屏
在这个过程中可以在课件中再次展现整个实验过程,再次给了学生以生动直观的印象,使学生较为深刻的记住知识。
3.2应用多媒体手段,进行模拟实验
3.2.1应用多媒体手段模拟一些看不见、摸不着的抽象实验
许多微观结构和微观现象既看不到也摸不着,演示实验也难完成。
利用多媒体技术模拟无法直接用实验演示的物理现象、物理过程,为学生理解、接受和记忆有关抽象物理知识创设生动形象的物理情景。
在”讲解带电离子定向运动形成电流”这一问题时,金属导体中的自由电子和溶液中的自由离子本来是看不见、摸不着的,学生只能凭借想象去理解带电粒子的运动。
而在制作的多媒体课件中,电子和离子成为了生命中的个体,当开关断开时,金属导体的电子和溶液中的离子在作无序的运动,电路中的电灯是灭的;
当开关闭合时金属导体内的电子和溶液中的离子马上变成有序地运动,电路中的电灯亮了。
栩栩如生的实验过程活跃在大屏幕上,展现在学生眼前。
无疑,这样增加了学生学习的趣味性,从而使得学生注意力更加集中,思维更加活跃,学习更加主动。
3.2.2应用多媒体手段模拟模拟对仪器、学生和环境有害的实验
教学中涉及的实验并不是学生都能亲自去操作,课本上说明的实验结果也不全是科学工作者都亲自做过得出的。
例如人触电后有什么反映?
如果要求学生去完成并亲自感受一下这个实验,这种做法是不切合实际的。
有的实验中用到的材料本身有毒,不但会给学生带来危害,还会对周围的环境造成污染[8]。
这些情况下,课堂实验室不能进行,最好利用多媒体课件代替。
有些实验还会对实验仪器造成损害,若一直用实物进行就会造成浪费,若使用多媒体手段进行试验就完全可以解决这一问题。
图3-3保险丝作用的演示:
图3-3保险丝作用演示截屏
3.2.3应用多媒体技术模拟过程复杂的实验
有些课堂实验的过程相对于中学生来说比较复杂,要让学生在短时间内完全掌握可能会存在一定的困境,为此可充分运用多媒体的优势。
例如,用光的干涉测定光的波长,这个实验器材复杂,操作难度大,如果调节不好,干涉条纹不清晰或者是根本出现不了干涉条纹,鉴于这种情况下,教师可以事先制作多媒体课件分析实验所用的器材,再利用课件进行组装演练,同时教师纠正学生可能存在的问题、各元件排列的先后顺序及应注意的事项等等。
又如,初中物理教学《内能》这一章的“分子运动论”这一节中,为了证明固体中的分子也是运动的,教材举例:
“把磨的很光滑的铅片及金片紧压在一起,在室温下放置5年,发现铅片中含有金,金片中含有铅,相互进入对方一毫米深。
”显然,这样的实验是无法在课堂上完成的,但借助多媒体技术,就可以把固体分子的运动过程形象的表现出来,学生便能从虚拟的实验中得到固体分子是在不停运动的这样一个直观的印象。
3.3应用多媒体手段,无法实现或较难实现的物理实验
物理实验中有一部分实验要求的条件很严格,所以很难实现或直观展现,但它同时又与教学密切相关,对知识的掌握和教学效果有很大影响,应用多媒体手段就能较好的解决这一问题。
如在演示实验的教学中,我们充分利用计算机辅助教学软件的强大模拟功能、动画功能及大屏幕显示器、液晶投影仪等外部设备,解决了许多常规手段难以表现、难于再现或可见度低的实验。
如采用微观放大的方法演示物体的微小形变、波的独立传播、布郎运动等;
用宏观缩小的办法模拟日食、月食的形成以及人造卫星的运行、同步卫星的定点等;
再如碰撞过程,只有极为细心地观察实验现象才能得出正确的结论,而对观察能力还不强的学生来说是非常困难的;
还有一些中学物理实验室不可能做的实验,比如α粒子散射实验和核反应。
上述的几种实验仅仅用语言或者板画来描述,恐怕难以收到良好的效果。
但此类实验我们完全可以借助多媒体技术来实现。
比如碰撞过程,可以借助摄像机高速录像,使用慢放让学生清楚地观察整个撞过程。
对中学实验室难以实现的实验,我们可以用计算机来模拟,用Flash动画来模拟核裂变反应,一个中子轰击铀核打出两个中子,这两个中子又轰击两个铀核打出四个中子……这样将链式反应形象地展现在学生的眼前,再配上一些音效,能使学生如同身临其境般的处于核反应的现场。
这些模拟过程画面清晰直观,并且可以方便地暂停或重放,既减少了教师的劳动强度,又使学生理解迅速、印象深刻、增加记忆,因而教学效果和学生反应都比较好[9]。
4.多媒体手段优化物理实验教学因遵循的原则
4.1针对性原则
和传统的教学模式相比,多媒体辅助物理实验教学有着明显的优势,但如果因此而走上了另一极端,认为无多媒体不是优质课、无多媒体不成公开课都用多媒体,以为多媒体课件用得越多课就越上档次,把教育手段等同于教育方法,认为教育手段先进了,教学中采用多媒体课件了,教育理念便先进了,这就与使用多媒体技术的初衷背道而驰了。
因此,在物理实验教学中,使用多媒体辅助教学应坚持针对性原则,区别不同的实验,在确有必要的情况下才使用。
4.2实践性原则
物理实验教学不仅仅是为了演示一个物理现象、验证一个物理原理、发现一条物理规律,更为重要的是通过实验来引导学生掌握科学实验的方法,树立科学实验的思想,培养学生科学实验的能力。
利用多媒体技术虽然可以很方便地实现模拟实验,但如果热衷于在计算机上模拟实验而忽视学生的实践操作,势必不利于学生动手能力的培养。
同时,由于模拟实验不是真实实验,其可信度不高,如果长期让学生接受他们所怀疑的信息,那么必然会使他们丧失质疑、创新的欲望,重新回到机械记忆的老路上,这也是与运用多媒体技术的初衷相背离的。
因此,在利用多媒体技术辅助物理实验教学时,还必须坚持实践性原则,只要条件允许,就一定要让学生亲自到实验室动手操作,以培养学生的实践能力[10]。
5.使用多媒体课件注意的几个问题
5.1应避免走向应用多媒体的极端
物理概念和规律都是来源于生活、生产实际和科学实验的。
模拟得再好的多媒体课件都不可能代替实验室内的传统实验和演示实验,它只能起到辅助教学的作用。
如果盲目地追求多媒体手段的运用,反而会适得其反。
只有合理地把信息技术与物理实验教学整合,使实验教学上升到一个新的层次,才有助于学生发现规律、获得知识,提高学生的科学文化素质和实验技能。
课件作为物理实验过程的再现、概括、补充或模拟,实现物理实验和课件模拟实验的优势互补,能充分体现物理实验的教育教学功能[11]。
5.2应避免对传统教学的模式翻版
文字部分现代教育技术是以现代教育理论为基础的,现代教育理论要求必须充分发挥学生的学习主体作用,教育技术的运用,要能激发学生的学习兴趣,要努力创造学习者可参与的环境,使传授知识和发展智能与素质培养统一起来。
但有一种错误认识把教育手段等同于教育方法,认为教育手段先进了,教学中采用多媒体课件了,教育思想便先进。
于是在计算机辅助教学这一现代教育的外衣内,进行着传统教学模式的翻版,教师依然是讲解的中心,学生依然不能成为学习的主动者。
5.3给学生留下自己想象的空间
多媒体课件集声音、图象、文字等多种信息于一体,极大程度地满足了学生的视听等感官需求,激发了学生对多媒体课的极大兴趣,但任何事物都有两面性,有时它的优点反而成了它的弱点,多媒体课件把物理知识、物理现象、物理过程、物理概念、物理实验描述得太极端,本来应由学生自己想象自己思考的地方如果都用课件显不出来,学生的思维反而受到了限制,不利于学生想象力、逻辑思维能力、分析能力的发挥。
5.4应处理好传统教学手段与多媒体辅助教学手段的关系
多媒体辅助教学是先进的教学手段,它在课堂教学中的作用是其他传统教学手段无法替代的,但它并不能替代一切传统的教学手段。
随着科技的发展和素质教育的需要,教学手段也日益丰富,先进的教学手段会不断冲击传统的教学手段。
可是我们决不能放弃传统的教学书段,因为到目前为止,还没有一种教学手段可以完全替代传统教学手段,我们应根据教学目的合理使用教学手段。
只有多种教学手段并存,互相取长补短,才能取得最佳效果[12]。
结束语
总之,随着多媒体手段的日益完善,其在物理实验教学中的应用越来越广泛。
特别是一系列教学模拟软件的开发使物理实验课堂更加多姿多彩.使以前只能用语言描述的物理现象可以在课堂上展示给学生,给学生的学习带来了更广的天地.计算机多媒体技术与物理实验的整合扩大了物理实验的内涵,扩展了物理实验的教育功能,提高了实验教学的效率;
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- 多媒体 手段 中学物理 实验教学 中的 应用 研究