【正文】 建設(shè)的必要基礎(chǔ)，只有在用了計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)能加深對(duì)物理原理的理解、對(duì)測(cè)量精度的提高和物理量的測(cè)量需要(如弱電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度、暫態(tài)過程中數(shù)據(jù)的采集)、大量數(shù)據(jù)的分析處理時(shí)，用信息技術(shù)才是合適的。再者，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化程度，易使學(xué)生忽視實(shí)驗(yàn)的物理意義，而單純關(guān)注采集、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)成了數(shù)字的“游戲”。其次，由于學(xué)習(xí)者本身的差異性，并不是每個(gè)學(xué)習(xí)者對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的適應(yīng)程度都相同。若不加區(qū)別的一味用虛擬的過程替代實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)將不成其為實(shí)驗(yàn)，就要背離實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷。 培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、以事?shí)為依據(jù)的科學(xué)態(tài)度，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本目的之一。而在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，則可以解決這一難題。如薄膜干涉中等厚干涉劈尖和牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)可觀察到清晰的明暗相問的條紋，但動(dòng)態(tài)效果不明顯，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，課件能使實(shí)驗(yàn)的全過程更清晰明了。這些現(xiàn)象的存在，一定程度上造成學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象和過程沒有感性認(rèn)識(shí)，理解比較困難。如“探究鋸條的振動(dòng)周期與鋸條長度、與綁在鋸條上硬幣質(zhì)量之間的關(guān)系”，用傳統(tǒng)的秒表根本無法進(jìn)行測(cè)量，但如果利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就可迅速地反映出不同情況下的振動(dòng)情況。“幾何畫板”、“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”等工具軟件及DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為“新的實(shí)驗(yàn)工具”，能使物理現(xiàn)象可視化，能讓學(xué)生“看到”力、“看到”位移等物理量，如DIS實(shí)驗(yàn)可進(jìn)行沖力隨時(shí)間的變化、超重、失重實(shí)驗(yàn)中暫態(tài)現(xiàn)象的觀察和記錄。借助于多媒體技術(shù)和工具軟件，創(chuàng)設(shè)虛擬仿真環(huán)境，可為學(xué)生探究和體驗(yàn)提供條件，學(xué)生能在動(dòng)態(tài)情景空間中觀察現(xiàn)象、讀取數(shù)據(jù)、探索和發(fā)現(xiàn)研究對(duì)象之間的數(shù)量變化關(guān)系。高精度的數(shù)據(jù)，形象、直觀的圖線圖形可以極大的促進(jìn)學(xué)習(xí)者的科學(xué)探究能力。對(duì)一些需要在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行定量研究的概念、規(guī)律課，以下流程是值得嘗試的： 教學(xué)活動(dòng)中，通過信息技術(shù)搜集翔實(shí)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，拓寬交流渠道與信息量，把物理實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理和探究學(xué)習(xí)結(jié)合起來。一般在演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理過程，從而強(qiáng)化學(xué)生的表象，促進(jìn)學(xué)生識(shí)別實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生及變化的條件，然后再進(jìn)行抽象概括，形成概念規(guī)律或找出物理現(xiàn)象的共同特征。基于這樣的理念，筆者在實(shí)踐中，初步構(gòu)建起兩種教學(xué)模式： 以教師使用信息技術(shù)為主的演示型教學(xué)模式 教師使用信息技術(shù)為主的演示型教學(xué)模式中，最簡單的方式就是在現(xiàn)有教學(xué)模式基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)作為新教學(xué)媒體使用，信息技術(shù)成為供教師展示教學(xué)內(nèi)容的工具。如采用網(wǎng)絡(luò)版“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”，學(xué)生可在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境進(jìn)行多媒體實(shí)驗(yàn)操作，與其他同學(xué)交流、討論；一些較復(fù)雜的物理儀器的使用如萬用表、示波器等，學(xué)生往往在操作時(shí)盲目性較大，學(xué)生可在虛擬實(shí)驗(yàn)室反復(fù)操練，減少實(shí)驗(yàn)的盲目性。這個(gè)過程，其實(shí)就是“探究”的過程。如“讓小車在長木板勻速運(yùn)動(dòng)”，消除摩擦力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響是非常重要的。DIS實(shí)驗(yàn)簡化了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集過程，但要求學(xué)生有更高的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尤其是表格、圖像的處理能力。圖4為用“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”探究帶電粒子在相互垂直的電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一個(gè)畫面。幾何畫板最大的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)，對(duì)諸如共點(diǎn)力的平衡、物體的運(yùn)動(dòng)、機(jī)械波和簡諧運(yùn)動(dòng)、幾何光學(xué)等內(nèi)容它都比較適用。從這一層面上說，信息技術(shù)是給學(xué)生“做”的，不是給學(xué)生“看”的。 信息技術(shù)作為研發(fā)工具[3] 實(shí)驗(yàn)不僅是一種驗(yàn)證性或操作性的實(shí)踐活動(dòng)，更是一種探究性的實(shí)踐活動(dòng)。DIS運(yùn)用傳感器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過接口與計(jì)算機(jī)連接，完成數(shù)據(jù)的采集、分析，如壓力傳感、溫度傳感、濕度傳感等，必要時(shí)可以畫出數(shù)據(jù)分析表格、曲線，還可以對(duì)不同條件下實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析與討論，使一些原來定性的實(shí)驗(yàn)在技術(shù)支持下可作定量的分析，大大提高了測(cè)量范圍、精度、反應(yīng)時(shí)間。圖3為學(xué)生研究橡皮筋的伸長量ΔL與拉力F的關(guān)系時(shí)用Excel描繪出的圖象。 一些通用軟件如Microsoft Excel的數(shù)據(jù)處理界面形式非常接近物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄方式，而且能夠?qū)?shù)據(jù)以表格和圖表的形式給出，并顯示出最終的結(jié)果，運(yùn)用起來非常方便。 信息技術(shù)作為信息加工的工具 信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合不只是把它作為多媒體展示工具來使用，更重要的是把信息技術(shù)作為數(shù)字化信息加工工具來使用。 三是一般實(shí)驗(yàn)室中不可能做出的實(shí)驗(yàn)，可用計(jì)算機(jī)科學(xué)模擬（Similation）和視頻資源來支持教與學(xué)。以教學(xué)“平拋物體的運(yùn)動(dòng)”為例，教科書中采用了閃光照相的方法研究平拋運(yùn)動(dòng)，以兩個(gè)小球同時(shí)運(yùn)動(dòng)的照片說明平拋物體與自由落體運(yùn)動(dòng)在水平方向的運(yùn)動(dòng)不同，但他們?cè)谪Q直方向上的運(yùn)動(dòng)是相同的。 圖2 二是實(shí)驗(yàn)所包含的物理本質(zhì)不夠清晰，需要用科學(xué)動(dòng)態(tài)模擬補(bǔ)充，在“補(bǔ)充”之前同樣先要做好實(shí)驗(yàn)。如彈簧振子的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難同時(shí)觀察到回復(fù)力、加速度、速度和位移四個(gè)物理量在運(yùn)動(dòng)過程中的大小和方向，這是教學(xué)的難點(diǎn)。作為演示工具，主要體現(xiàn)在以下三方面[1]： 圖1 一是實(shí)驗(yàn)基本清晰，但實(shí)驗(yàn)過程相對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律抽象，學(xué)生理解困難。以計(jì)算機(jī)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)能夠跟傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”（不是全面替代），推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革。物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出要重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)室，加快物理實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，諸如通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。 信息技術(shù)改變了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法 傳統(tǒng)教學(xué)中把物理實(shí)驗(yàn)分成演示實(shí)驗(yàn)與分組實(shí)驗(yàn)。信息技術(shù)的交互性和超文本鏈接的優(yōu)勢(shì)更為在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的“師生互動(dòng)”提供了可靠的保證。信息技術(shù)擴(kuò)大了物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，擴(kuò)展了物理實(shí)驗(yàn)的教育功能。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)生了質(zhì)的變革。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的好壞從某種程度上決定了物理教學(xué)的效果。本文對(duì)有關(guān)“整合”問題作了認(rèn)識(shí)層面的思考，并在實(shí)踐層面上提供一些思路。信息技術(shù)不僅能模擬實(shí)驗(yàn)，如今它與傳感器、數(shù)字化等技術(shù)相結(jié)合，可以形成嶄新的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的手工實(shí)驗(yàn)方式是一種前所未有的挑戰(zhàn)。另一方面廣大一線教師運(yùn)用信息技術(shù)大多注重于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的演示和模擬、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材無法完成的實(shí)驗(yàn)，注重從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)化等實(shí)踐的體會(huì)經(jīng)驗(yàn)，而較少能上升到理論，從整合的角度運(yùn)用信息技術(shù)。 綜上所述，國內(nèi)對(duì)信息技術(shù)與物理學(xué)科整合理論進(jìn)行研究大多是教育專家和學(xué)者，中學(xué)一線教師參與比較少，策略應(yīng)用層面研究較少。 …… 概括起來主要有如下觀點(diǎn)：在實(shí)踐研究方面，廣大教師已將信息技術(shù)廣泛運(yùn)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比較典型的物理學(xué)習(xí)技術(shù)工具有PowerPoint、Flash、Authorware、幾何畫板、仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（金華科仿真物理實(shí)驗(yàn)室）、Matlab和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（教育部教學(xué)儀器研究所研制的物理實(shí)驗(yàn)微機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)（HPCI））等。建立了由教育專家、信息技術(shù)專家、工程技術(shù)人員、一線教師組成的培訓(xùn)隊(duì)伍，采取了集中培訓(xùn)與送培下鄉(xiāng)相結(jié)合，培訓(xùn)骨干教師與全員培訓(xùn)相結(jié)合的方式，把培訓(xùn)送到縣、鄉(xiāng)、項(xiàng)目學(xué)校，先后培訓(xùn)了近5000多名一線教師。建立教師教育技術(shù)培訓(xùn)和考試認(rèn)證體系。此舉將以《中小學(xué)教師教育技術(shù)能力標(biāo)準(zhǔn)（試行）》為依據(jù)以全面提高教師教育技術(shù)應(yīng)用能力。覆蓋農(nóng)村小學(xué)教學(xué)點(diǎn)67258個(gè)，農(nóng)村小學(xué)168793所，農(nóng)村初中30239所，包括貴州、新疆、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)、西藏、青海和吉林延邊、湖南湘西、湖北恩施地區(qū)，以及中西部其他省區(qū)的部分地區(qū)。農(nóng)村中小學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育工程建設(shè)取得階段性成果。逾90%的高校、約6%的中小學(xué)（38000多所）、約35%的中職學(xué)校（近6000所）基本建成校園網(wǎng)。小學(xué)有4. 4190萬所學(xué)校（%）開設(shè)了信息技術(shù)必修課2003年3月，《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》正式頒布標(biāo)志著信息技術(shù)走入了國家課程體系。到2001年底，（%）。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國也非常重視教育信息化工作，相繼推出了一系列旨在深入推進(jìn)教育信息化，深化教育改革的政策和措施。目前運(yùn)用較廣泛的有PASCO系統(tǒng)，它是一套功能強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、原子能原子核及一些專用設(shè)備和軟件。[x]比如VSL（Visual Systems Laboratory，簡稱VSL）虛擬系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，可開展復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境的實(shí)時(shí)物理仿真實(shí)驗(yàn)、低價(jià)圖形仿真技術(shù)等；VETL（Virtual Environment Technology Laboratory）實(shí)驗(yàn)室，由Houston大學(xué)和NASA/Johnson航天中心聯(lián)合建立，開發(fā)了一組功能強(qiáng)大的軟件工具，普通人員即可利用這些工具來創(chuàng)建多感知的、連接到特定硬件上的三維環(huán)境，如哈勃望遠(yuǎn)鏡維修訓(xùn)練系統(tǒng)。與此類似的還有MIX（McGrawHill Information Exchange），用于調(diào)查研究種子在不同國家和地區(qū)的生長情況；Kid Network，是為了實(shí)現(xiàn)美國、加拿大、以色列和阿根廷的46年級(jí)學(xué)生間每隔六周的信息交流，話題可以是酸雨、健康和氣候等。遠(yuǎn)程通訊（Telemunications）：遠(yuǎn)程通訊這種學(xué)習(xí)方式是讓學(xué)生通過遠(yuǎn)程通訊來獲得科學(xué)知識(shí)。交互視頻系統(tǒng)（Interactive Video Disk system）：交互視頻系統(tǒng)主要是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的交互性和巨大的存儲(chǔ)空間，它能夠?yàn)槲覀兲峁└哔|(zhì)量的視頻圖像，使交互指導(dǎo)成為可能。目前國外在信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的實(shí)踐研究方面成果眾多，總結(jié)其主要成果有：超媒體（Hypermedia）[ix]：超媒體是一種基于計(jì)算機(jī)的交流和思考的環(huán)境，它包括超文本和多媒體技術(shù)。隨著改革的深入，各國的重點(diǎn)逐漸向信息技術(shù)與其他學(xué)科的整合方面推進(jìn)。電