运用现代信息技术,改革大学物理实验教学

摘 要： 数字化、网络化和多媒体的信息技术在现代教育中已经成为中国教育领域的一大热点。本文主要阐述了现代信息技术在大学物理实验教学中的应用和运用现代信息技术推进实验教学改革，提高实验教学质量的探索，最后提出了运用现代信息技术在进行实验教学改革中应注意的问题。

关键词： 现代信息技术 大学物理实验教学改革 注意点

现代信息技术飞速发展，在各行各业得到广泛的应用，其运用于教育是20世纪90年代伴随着信息高速公路的新建而提出来的。美国克林顿政府［１］于1993年9月正式提出建设“国家信息基础建设”，俗称“信息高速公路”的计划，其核心是发展以Internet为核心的综合化信息服务系统和推进信息技术在社会各领域的广泛应用，特别是把IT在教育中的应用作为实施面向21世纪教育改革的重要途径。美国的这一举动引起世界各国的积极响应，许多国家政府相继制订了推进本国教育信息化的计划，我国在这方面也付出了很大的努力。教育信息化在很大程度上推动了网络教育发展，它势必冲击传统课堂教育，促使传统课堂教育的教师、学生和教材三元模型发生变化，由三元模型逐步细化为教师、学生、媒体和教材的四元模型。信息技术在教学过程中的普遍应用，逐步实现了教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生的互动方式的变革，充分发挥了信息技术的优势，为学生的学习和发展提供了丰富多彩的教育环境和有利的学习工具。显然，现代信息技术对教学改革具有重要意义。

大学物理实验教学是教学的重要组成部分，物理实验教学不仅仅是为了演示一个现象，验证一个原理，发现一条规律，更为重要的是通过实验引导学生掌握科学的实验方法，树立科学的实验思想。它是培养具有实践能力、创新意识和创造能力的社会主义建设者重要途径，对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神具有特殊的作用。运用现代信息技术促进大学物理实验教学的改革和发展也是必然趋势。

一、现代信息技术在大学物理实验教学改革中的意义

现代信息技术通常是指以计算机多媒体和网络为核心的信息技术，在先进的教育思想、理论指导下，把计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生自主学习的认识工具与感情激励工具、丰富的教学环境的创设工具，并将这些工具全面地应用到各学科的实验教学过程中，使各种资源、各个教学要素和教学环节，经过整理、组合，相互融合，在整体优化的基础上产生聚焦效应。因此，现代信息技术为改革以课堂为中心与教师为中心的传统实验教学模式，改革实验教学内容、实验教学方法和手段提供了物质基础和技术手段，从而促进了传统实验教学方式的根本变革。

信息时代的到来不仅极大地改变了人们的生产方式和生活方式，而且极大地改变了人们的思维方式和学习方式，并促进学科教与学越来越走向自主探讨化、网络化、虚拟化和个性化。这对传统教育方式既是严峻的挑战，更是千载难逢的发展机遇。为了抓住这一机遇，世界范围的教育改革浪潮一浪高过一浪。当前，我国新一轮课程改革中也着重强调要大力推进信息技术在教学过程中普遍应用，促进信息技术与学科课程整合，逐步实验教学内容的呈现方式、学生的学习方法、教师的教学方法和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。在这样的教育浪潮下，传统的学校教育模式已明显存在不足，我们必须适应时代的需求、应对时代的挑战。

二、现代信息技术在大学物理实验教学中的应用

（一）应用信息技术提高学生学习兴趣。

美国教育心理学家布鲁纳认为：“最好的学习动机是学生对所学的材料有内在的兴趣。”对二本院校基础较差、底子较薄的学生来说，培养他们的学习兴趣，提高他们的求知欲，显得尤其重要。信息技术是利用计算机、网络、广播电视等各种硬件设备及软件工具与科学方法，对文图声像各种信息进行获取、加工、存储、传输与使用的技术总和。信息技术能充分利用与扩展人类信息器官功能，以形象、生动、直观的形式向学生传递信息，刺激学生的各种感觉器官，使抽象的概念便于理解和接受，充分调动学生的学习动机，大大提高学习兴趣。例如，我们在教近代物理实验中的“核磁共振实验”引入这个新的实验时，可以充分应用计算机技术，展示以下一些画面：考古学家们在野外进行现场勘查，从一些墓穴中得到一些陪葬的物品，带回实验室通过核磁共振仪测定这些物品的化学成分，通过对化学成分的分析推测出墓主人的身份和年代，这是在考古学方面的应用。另外可以介绍大家都比较熟悉的核磁共振在医学方面的应用，病人接受核磁共振检查，医生将正常器官的图片和病变器官的图片进行比较就可以检查出病人的病情。这些学生熟悉的核磁共振技术在日常生活中的应用，有助于学生进行意义构建，而且能激发学生的好奇心，更能激发学生对核磁共振实验的兴趣。

（二）构建模拟实验，提高学生的认识水平。

大学物理实验所研究的对象大到宇宙天体，小到基本粒子，如此宏观与如此微观在实验教学中不可能实际操作，一些实验则需要花巨资。因此这些实验在课堂上难以形象再现，学生也难以建立相应的物理表象，这些知识也变得抽象而乏味。有些实验持续时间比较短，学生难以观察清楚整个实验过程，可以用多媒体来模拟实验，使实验现象以“慢镜头”的形式使之缓慢再现，实现动静结合，以便使学生更好地观察、分析与判断。为了激化这些学生学习的兴趣，给学生的抽象思维搭“台阶”，根据实验的特点和复杂性，与真实实验相配合，设计并开发一系列仿真实验，在仿真实验中使实验形象化，能使学生更好地认识事物的本质。例如，在讲解“核磁共振”实验基本原理原子核的磁性时，因为原子核比较抽象，这个时候我们就可以展示地球自转的Flash动画，给学生讲解原子核就相当于地球，只是表面分布了均匀的正电荷，原子核也像地球一样围绕着一根轴在转动，只是不叫自转，而叫自旋，它自旋的时候就产生了环流，这样必然产生了磁场，原子核就具有了磁性。这样一比较学生就很容易理解了。利用信息技术模拟实验辅助实验教学，不仅可以缓解实验设备缺乏的问题，而且可以提高效率，节省人力。

（三）虚拟实验可有效减少学生实验过程中的错误操作。

虚拟实验实际上就是利用虚拟现实技术仿真或虚拟某些情境，供学生观察、操作、构建其中的对象，使他们获得体验或有所发现，丰富认知结构。有的实验如果操作错误会损坏仪器或者具有很大的危险性，学生往往因为好奇心或操作不当造成严重的后果。这些严重后果仅凭老师在讲授的时候强调往往是无效的，在现实上也不允许有意识地再现错误操作。因此利用虚拟实验错误操作是在实际进入实验室避免操作错误的有效途径之一。

（四）利用信息技术，建立实验教学中心网站，开发实验教学网络操作平台。

近年来我院的校园网络化建设日益完善，教学信息化工程开得有声有色。这些都为实验教学改革提供了有利的环境。实验教学通过教学改革，在实验教学方法、手段上有了很大的改进，基本形成了一完整的体系。利用现代信息技术，依托实验室及实践教学综合管理系统实验室综合管理、实践教学管理、网站与信息展示管理平台，实现了网上辅助教学，创建了信息化、网络化的实验教学管理体系。根据自身学科特点，选择网页建设模板，展现实验教学资源，这种方式方便了学生的自主学习，学习内容从课堂扩展到网络，突破了限制实验教学的时间、空间，以及人数，大大提高了实验教学的实效。

（五）远程实时监控辅助实验教学。

远程实时控制实验具有操作性强、参与性好的特点，学生能通过计算机的图形化仪器软面板和数据接口设备对实验进行实时控制和操作，这将会成为网络化辅助实验教学的发展方向。比如在进行材料摩擦学特性研究时，摩擦磨损仪通过数据接口连接到电脑，通过相关软件设定影响摩擦系数的相关因素，如湿度、速度、温度等，不同的影响因素对摩擦系数的影响程度是不同的，在电脑上会自动显示出相应的摩擦系数曲线，使分析的工作量大大减少。

（六）开展信息技术培训，提高教师信息素养。

为提高教师运用信息技术的能力，促使教师在教学中使用各种现代教学媒体，除了通过教师的自身努力学习外，我院针对自己的专业学科特点定期开展现代信息技术培训，普及信息文化知识，贯彻教育信息化理念，提高信息技术的能力。通过培训，教师不仅提高了操作能力，而且提高了对于现代信息技术软件的理解与应用，特别是对一些思想和方法及教学系统设计思想的掌握。

三、应用现代信息技术进行大学物理实验教学改革的注意点

近年来，现代信息技术迅速发展，为大学物理实验教学改革提供了宽广的空间，打破了传统实验教学模式的束缚，改善了学习环境，丰富了教学资源，促进了师生的相互交流，便于学生的个性化学习，起到了传统教学所起不到的作用［2］。现代信息技术在应用于实验教学进行实验教学改革和提高教学质量的同时，必须处理好几个关系，如：如何处理信息技术和实验教学理念的关系、教与学的主体和主导的关系、信息技术与学科的整合问题、信息技术与传统实验教学手段的结合等。这些问题处理不好，就会给实验教学带来一些负面的影响。我们总结了以下几个应该注意的问题：（1）不要认为使用多媒体课件就是进行实验教学改革。信息技术作为现代教学辅助工具，为教学注入了活力，使长期困扰教师的某些教学难点迎刃而解，在教学中确实可以提高一定的教学效益，但是不要过度依赖现代信息技术。在教学过程中，学生是主体，教师是主导，无论采用什么样的教学手段，这一点是永恒不变的。（2）切忌滥用信息技术，忽略与学科的整合。信息技术作为辅助教学的重要手段，要最大限度地发挥其作用与效益，其展示的知识内容必须与实验教学内容和课型相适应，与学生的认知水平相适应，该用则用，不该用就不要勉强。（3）不能夸大信息技术的效果，摒弃传统的教学手段。利用现代化的教学手段，并不意味着摒弃传统的东西，以往的传统教学手段也有其优越的一面，在使用信息技术手段时，不应忽视传统的实验教学手段的作用。过多地追求和利用信息技术的使用功能，往往会带来一些负面影响。（4）不能用信息技术手段代替实验教学。实验教学可以培养学生规范的动手操作能力和观察能力，是培养学生创新思维和创新能力的重要途径，再逼真的模拟都无法和真实的实验过程相媲美，而且这样做也失去了实验的“过程”意义。因此，我们认为，可以用信息技术展示实验的现象或过程，不适宜选用信息技术手段来替代。

信息技术与大学物理实验教学有机融合，没有固定的模式可循，但要紧扣实验教学目标这一中心，恰当使用，规范操作，最大限度地协调和兼顾好信息化资源与实验教学资源的建设和利用之间、技术应用与教学方式之间、教学媒体与学生认知规律之间、教材的支撑作用与媒体辅助之间、感性学习与理性思考等教学要素之间的关系。要经过相互融合，在整体优化的基础上产生凝聚效应，有效进行实验教学改革，服务于实验教学，提高实验教学质量。

参考文献：

［1］黄长法.信息技术在高中物理实验教学中运用的实践研究［D］.长春：东北师范大学，2009.

［2］赵峰，姚红星，齐香兰，杨保胜.运用现代教育技术促进医学教学改革［J］.新乡医学院学报，2010，27，（1）：104-106.

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