物理是一门以实验为基础的学科，实验教学的质量从某种程度上决定了物理教学的效果。当前物理课程改革更加突出实验教学，要求实现实验手段多样化和现代化，物理课程标准明确提出要重视将信息技术应用于物理实验，加快物理实验软件的开发和应用。本文是笔者对信息技术与物理实验教学整合的认识与实践的初步总结。
一、信息技术与实验教学整合是时代发展的必然结果
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。而按照新的课程理念，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，而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。信息技术与物理实验教学整合，可利用视听资料、网络资源等加强实验教学与社会、生活、科学技术之间的联系，信息技术的交互性和超文本链接优势，又为“师生互动”提供了可靠的保证。在实验的不同环节，信息技术都可发挥独特的作用：在观察环节极大地扩展实验的可视性和可重复性，在数据采集环节使物理量的测量不但简单方便，而且精度提高，在数据分析环节则让学生从机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来，投入更有创造力的方面……因此，借助信息技术的优势可以实现物理实验教学的新要求。
二、信息技术应用于实验教学的几个层面
1.信息技术作为演示的工具
实验课不仅要让学生记住实验步骤和相关结论，更为重要的是要使学生透彻理解并且完全掌握产生实验结论的过程。由于受到常规实验仪器本身的限制，传统演示实验效果常不如人意。信息技术作为演示的工具，可使静态事物动态化、微观现象可视化、抽象知识形象化，完成难做实验的仿真模拟、进行物理过程的动态分析。信息技术作为演示工具，主要应用在以下三方面：
一是实验现象基本清晰，但实验过程所反映的物理规律比较抽象，学生理解困难。对此，要在做好实验的基础上应用信息技术叠加分析性信息，为学生搭建由形象思维迈向抽象思维的“桥梁”，使学习者更深刻地理解客观物理规律及其应用。如简谐运动中弹簧振子的振动实验，学生很难同时观察到回复力、加速度、速度和位移等物理量在四个运动过程及五个关键时刻的大小和方向，这是教学的难点。而采用课件模拟，就可调节振动频率或者使其暂停，便于对四个矢量的大小、方向变化进行分析，也可重复选择观察任意一个物理量的周期性变化，有利于学生建立简谐运动完整的物理图景。
二是实验所包含的物理本质不够清晰，需要用动态模拟予以补充。如“波的叠加”、“波的干涉”、“平抛运动”等实验。以教学“平抛物体的运动”为例，教科书用一幅频闪照片来显示两个小球同时平抛和自由下落的情况，让学生比较，发现它们在水平方向的运动不同，但竖直方向上的运动是相同的。由于这一方法未能具体表现平抛小球在各个点的分运动状态，学生理解掌握闪光照相所揭示的规律，把握公式的物理意义仍感到比较困难。如果我们借助《仿真物理实验室》，利用如图2的动态模拟演示，就能使学生更好地理解这一知识。
三是在一般实验室中不可能做出的实验，可用计算机科学模拟（Simulation）和视频资源来支持教与学。如可以仿真传统实验无法涉及的、条件要求很苛刻的实验，诸如高温、强电、强磁实验，高能粒子实验，空间实验等；可以使一些微观物理现象，诸如α粒子的大角散射、原子核的衰变、链式反应等变得栩栩如生、一目了然。图3为α粒子散射仿真实验的一个画面———荧光屏和显微镜能够围绕金箔转动，图的右侧为在某一位置从荧光屏观察到的现象。
2. 信息技术作为信息加工的工具
信息技术不仅可以作为多媒体展示工具来使用，更重要的是可以使得信息处理高速化和智能化，在实验数据的获取、分析、处理上具有广阔
的应用空间。一些通用软件如Excel的数据处理界面非常接近实验数据的记录方式，能够将数据以图表的形式给出，并显示出最终的结果。如测定电源电动势和内阻、牛顿第二定律等实验，用记录表中的数据创建Ex-cel数据表，可以方便地生成点线图，有助于学生发现相关物理量之间的关系。图4为学生研究橡皮筋的伸长量ΔL与拉力F的关系时用Excel描绘的图像，从图像可看出伸长量ΔL与拉力F的非线性关系。
数字信息系统实验室(Digital Information System Laboratory，简称DIS)是由“传感器＋数据采集器＋实验软件包＋计算机”构成的新型实验系统。它运用传感器采集实验数据，通过接口与计算机连接，完成数据的采集、分析，必要时可以画出数据分析表和曲线，还可以对不同条件下的实验误差进行分析与讨论，对一些原来只能进行定性分析的实验进行定量分析。采用DIS实验系统,使处理数据的工作简单化，学生用于数据处理的时间大大减少，就有更多机会去进行探索研究。例如描绘小灯泡U—I特性曲线，传统实验需一节课完成，而使用DIS实验系统，特征曲线由计算机直接描绘，学生有充裕的时间用电阻替换小灯泡进行实验，讨论造成两图线差异的原因。DIS不但能替代打点计时器、弹簧秤、温度计、压强计等许多传统仪表，而且能测量传统仪表无法测量的物理量，如直接测量瞬时速度(光电门)、磁感应强度(霍尔传感器)、微电流(微电流传感器)等。即使替代也不是简单的功能重复，而是大大提高了测量范围、精度、速度，这为解决电磁学实验中暂态现象的观察和记录提供一种很好的方案。
3. 信息技术作为研发工具
实验不仅是一种验证性的实践活动，更是一种探究性的实践活动，培养学生的探索能力和发现问题、解决问题的能力以及创造性思维能力，是实验教学的最终目标。在实现这种目标的过程中，信息技术扮演着研发工具的角色，为对物理实验感兴趣的同学提供了进一步研究和探索的平台。笔者认为，信息技术作为研发工具主要体现在两方面：
一是工具型教学软件为该层次的教和学提供很好的支持，如几何画板、Interactive Physics(交互性物理)、“仿真物理实验室”等工具软件都可进行虚拟环境中的探究。几何画板最大的特点是动态，对诸如共点力的平衡、物体的运动、机械波和简谐运动、几何光学等内容的研究都比较适用。Interactive Physics、“仿真物理实验室”把物理定律内置在软件中，是实验器具完备的“综合性实验室”，它为学生提供自己动手、探索问题的模拟实验环境，学生面对问题时，可以使用它们做实验，来发现、总结一些规律。图5是用“仿真物理实验室”探究带电粒子在相互垂直的电场、磁场中运动的一个画面。
