運用數字化實驗提高初中物理實驗教學有效性

詹朝勝

（福建省平和第六中學，福建漳州 363703）

引 言

隨著現代信息技術的發展，新課改對基礎義務教育的教學效率和教學質量有更高的要求，創新教學方法和手段以及更新教學內容是當前初中物理教學的一個重任。物理是一門貼近生活、揭示自然規律的學科。學習物理，動手實踐探究能力是每一個學習者必備的技能，實驗是提高學生動手實踐能力的一個有效途徑。數字化實驗教學有助于彌補課堂傳統實驗教學的不足，將物理學科與現代技術相結合，激發學生的學習激情，開拓學科眼界[1]。

一、數字化實驗概述

數字化實驗產生于21世紀初的十年課程改革對科學教育的反思。現階段，課程標準強調科學探究，注重學生科學素養、創新思維以及實際科學探究能力的培育，強調科學學習與生活結合，現代信息技術和傳感技術的發展，催生了數字化實驗教學的降生。

數字化實驗，也稱DIS。當前，許多省份的中學里都配備了專門的數字化實驗室。數字化實驗室的設備主要包括傳感器、數據采集器、電腦計算機（配有相應的系統實驗軟件），以及各種教學輔助材料和教具。在實驗室內，數字化實驗以真實的實驗實踐為基礎，通過實時測量，運用傳感器連接電腦終端進行數據采集，然后運用計算機內的系統實驗軟件進行數據分析和智能控制，因此，傳感器是數字化實驗順利進行的重要因素。傳感器包括力傳感、聲波傳感、溫熱傳感、磁傳感等多種類型的傳感器，它能準確將實驗中產生的溫度、力、距離、聲波等轉換成可被計算機識別和使用的信號數據，最后通過軟件分析，進行計算，并總結成文。通過數字化實驗，有助于學生更加直觀地觀察實驗現象、發現規律、總結結論；還能激發學生的探究欲，提高動手實踐能力，提高物理學科素養。

二、當前初中物理數字化實驗教學的局限

數字化實驗在初中物理教學中有諸多優勢，但也存在一些不足之處。要想更加有效地進行數字化實驗教學，需要明確當前的問題，積極尋找有效手段，克服局限。

首先，初中物理教學可供開發利用的實驗模板不足。即使教師可以自己制作模板，但是人力有限，自己制作的實驗模板無法滿足所有物理實驗的需要。

其次，數字化實驗教學使學生無法掌握對傳統的實驗器材的正確使用和實驗步驟的正確順序。也就是說，數字化實驗減少了學生親密接觸物理實驗儀器的機會，不利于他們掌握使用實驗儀器的正確方式和一些實驗的小技巧。例如，用試管加熱液體時試管需要傾斜，用溫度計測量酒精時水銀柱的變化等，這些在數字化實驗中都通過傳感器來實現了，學生無法真實感知到實驗的過程。

最后，數字化實驗必須依靠傳感器進行，而物理實驗需要用到的傳感器種類較多，需要投入大量的資金支持，這對一些經濟發展落后的地區而言是一個難以解決的問題。

另外，數字化實驗對學生的綜合素養要求較高。初中生剛開始學習物理，學科水平尚不能達到，因此，探究數字化實驗更加有效地應用于初中物理教學是十分有必要的。

三、利用數字化實驗進行實驗教學的有效途徑

筆者根據自身多年教學經歷，總結了幾條教學建議。

1.政府和學校應加大支持力度，建立數字化實驗室

數字化實驗對彌補課堂教學的不足，增強學生學習能力、探究能力有顯著的積極效果，有條件的情況下，應該建立一個完備的數字化實驗室，為學生創造更好的學習環境。

如果條件不足，那么學校教師可以自行成立數字化實驗教學小組，共同合作，制作一些經典的物理實驗模板，盡可能地為學生創造更多的實驗學習機會。

2.提高教學效率，注重經典案例的模范作用

物理是一門以實驗為基礎的學科，學生在剛開始學習時，對物理實驗的把握并不能十分精準，且難以理解抽象的物理理論知識。教師在運用數字化實驗進行教學時，要注重經典實驗案例的展現和再操作。教師可以將學生分為若干小組，對學生進行分別指導，讓他們對實驗現象有更加直觀清晰的了解，這樣有助于提高學生學習興趣，提升教學質量和水平[2]。

例如，在講解電磁感應現象時，傳統的實驗是在閉合的電路中，用一導體在磁場中做切割運動，然后觀察電流表的指針變化情況，從而確定電與磁存在一定的關系。但是，實際上實驗中產生的電路是非常小的，電流表的指針變化并不容易被觀察到。運用數字化實驗設備進行實驗則能十分準確地采集電流變化的數據，并對它們進行處理分析，幫助學生理解電流、磁場、導體的關系，以及運動在實驗中所發揮的功能，進一步得出電與磁的關系，充分認識交流電的概念和內涵。

3.結合生活實際，用實驗打通生活與科學的通道

初中物理涉及的知識點比較基礎，但是學生還是較難理解宏觀的物理空間以及抽象的物理理論知識。通過一個個物理小實驗，學生很快能將隨處可見的生活現象與奇妙的物理原理相關聯，有助于化抽象為具體，提高教學效率。數字化實驗對普通的生活現象進行數據化的處理，還能有效減少實驗誤差，保證實驗的理想性。

例如，在探究物質的比熱容實驗時，為了驗證“不同的物質在質量相等、溫度變化相同的情況下，吸熱能力的大小是不同的”這個定律，在兩個燒杯中分別放入等質量的清水和砂石兩種物質，杯中分別插入一支溫度計，溫度計頂端與溫度傳感器連接，此時，放棄使用酒精燈，轉用恒溫加熱器，有助于保證兩個燒杯外部溫度變化一致，之后再觀察溫度計的溫度變化，以及計算機軟件上所得的數據變化。實驗結束后，再換另外兩個分別裝有等質量的清水和食用油的燒杯，進行同樣的實驗。兩組實驗結束后，基本可以證明不同的物質在質量相等、溫度變化相同的情況下，吸收的熱量不等，即不同的物質比熱容不同。利用這一結論，再引導學生對現實生活進行思考。

4.結合虛擬設備，數字化實驗與虛擬實驗相結合

上文提到，數字化實驗也存在一些弊端，因此，初中物理教學需要多種實驗方式相結合，博采眾長，為我所用。例如，在聲波傳遞范圍的實驗中，可以下載一些虛擬示波設備，然后再進行聲音傳播范圍測試的實驗，學生既可以觀察數據變化，也可以在軟件窗口中觀察聲波的波形變化，并以此來判斷聲音的遠近。在對比不同發音體的聲音特點的實驗中，可以將同一個發音體兩次發出的不同響亮程度的兩段聲音錄進電腦，并對比其波形變化，從而判斷兩段聲音的頻率和振幅。數字化實驗與虛擬實驗相結合有助于完善實驗教學的方式和手段，幫助學生更好地理解物理知識，為物理實驗教學增添新的動力；有助于使初中物理教學改革漸入佳境，帶動理科實驗教學模式的革新[3]。

結 語

利用現代信息技術輔助現代教育是時代發展的需要，數字化實驗在初中物理實驗教學中的應用符合新課改的要求，是順應時代發展的歷史必然趨勢。但是當前數字化實驗的實際應用還面臨諸多問題，需要廣大教研人員共同努力，為物理數字化實驗教學創造更加光明的坦途。

[參考文獻]

[1] 程建軍.運用數字化實驗提高初中物理實驗教學的有效性[J].中學物理,2017,35(20):14-15,30.

[2] 馬麗.數字化實驗系統在初中物理實驗教學中的應用[J].學子(理論版),2016,(15):18.

[3] 陳珊珊.現代教育技術支持下的初中物理實驗教學研究與實踐[D].華中師范大學,2016.