數字化在初中物理實驗中的應用

劉延武

（甘肅省永昌縣第五中學 甘肅·金昌 737200）

初中物理教學是以觀察和實驗為基礎的，實驗對學生學習物理的重要性不言而喻。我們現用的傳統實驗方法、實驗儀器已經沿用了很長一段時間了，傳統的實驗教學方法能夠還原實驗的最原始本質的研究方法，有其很重要的意義，不能丟棄。雖然適合現有教材的配套學習，但時代在飛速發展，數字化變革已滲透到新信息時代的角角落落，傳統的實驗不能夠滿足教學發展的需求。初中物理實驗在現有基礎上需發展數字化實驗，提高教學效率，以適應現代化實驗教學的需要。

1 初中物理實驗室現狀及建設

現有初中物理實驗室教學所用器材設備，從配備的數量、設備價值以及生均比等都達到國家標準，除近幾年購得一部分器材如：飛機升力演示器、三線平行激光光源透鏡演示器等屬于一些創新器材外，大部分器材都屬于更新而不換代產品，有些相同功能產品的舊儀器生產日期甚至可追到上世紀七八十年代，對現行初中物理教材所涉及到的實驗，用傳統實驗的方法完全可以滿足實驗教學需要。但在街頭巷尾都大談人工智能的今天，我們還在沿用二三百年前的研究方法和手段，似乎與社會的發展節奏有點落后。初中物理實驗要實現數字化需要軟硬件設備的支持，大力建設數字化實驗室。首先對一個特定的實驗，需要相對應的傳感器、數據采集器、計算機，結合傳統的實驗器材；其次還需要相關數據處理軟件和技術支持，在整個實驗過程中必須基于傳感器的計算機實時數據采集和計算機數據處理軟件的計算機建模和圖像分析等兩大技術支持。在實驗過程中測量、記錄、統計、繪圖、分析等工作有計算機來完成。再次建設數字化實驗室也是初中物理實驗教學面向現代化，提高教學效率的有效途徑。

2 初中物理實驗與數字化融和的優點

對中學物理實驗實現數字化，“實驗過程中‘可視化’；實驗設計‘重點化’；數據采集和處理‘智能化’；教學過程‘現代化’”等的優點不絕于耳。不過確也如此，數字實驗有實時性、高精度、省時、直觀、精準、快遞、簡便、模擬性強、易于操作等諸多特點，對學生來說，運用先進的數字化技術來進行物理實驗，會刺激學生的好奇心，獲得不同的體驗感，激發學生學習興趣和求知欲。開闊學生的視野，拉近課堂與現代生產與生活的距離，從生活中來到生活中去，提高學習上效率，學以致用。

3 初中物理實驗應用數字化舉例

在探究比較物體運動快慢的實驗中，我們要用到力學軌道，小車上固定位移傳感器發射裝置，軌道一端固定接受裝置。在引入位移傳感器后，位移傳感器傳輸的數據反映位置與時刻的對應關系，通過計算機軟件對數據處理后，可以得到位移時間關系圖像。只要讓學生認識位移時間關系圖像，初中學生就可以通過位移時間關系圖像得到某段運動過程的路程和時間，可以簡單的比較兩個物體的運動快慢，以及計算出兩物體運動速度的大小。學有余力的學生還可以通過圖像研究得出物體運動圖像的特點，還可以找到由圖像比較兩物體運動快慢的其他方法，培養學生，自主創新學習的能力。體驗數字化應用于物理實驗的優越性。在探究熔化與凝固的條件實驗過程中，采用實驗室玻璃棒溫度計測量溫度，用水浴法加熱，在實驗過程中有諸多缺點：（1）溫度計液泡體積大，在盛海波和石蠟的試管中若不在中心位置，容易靠近試管邊緣，實際溫度高于海波溫度值，在海波溶化時，測量溫度高于海波的熔點，甚至溫度不斷升高，容易使學生得出錯誤結論；（2）實驗完成后，海波和石蠟連同溫度計凝固在試管中，容易使溫度計折斷，且下次實驗時，靠近試管部分固體已熔化，由于熔化吸熱而固體內部溫度卻較低；（3）固體熔化過程需要一段時間，并且固體內外有一定溫度差，實際操作中燒杯中水的溫度不宜過高，過高則固體外部不斷熔化，熔化后的液體溫度持續升高，不會存在溫度保持不變的狀態，溫度較低時，則存在實驗過程時間長，學生要始終觀察不斷記錄，太浪費時間。可采用測溫傳感器對溫度進行測量，將數據傳輸到計算機，對數據自動記錄和分析處理，以表格和圖像方式呈現給學生，一定程度上解放學生的手腳，既觀察到了實驗現象，又得到了實驗結果，學生還可以在實驗過程中完成其他任務。摩擦力在我們的物理教學過程中也是一個重點，我們在進行物理教學中主要要明白滑動摩擦和靜摩擦的原理。我們可以運用數字化的教學模式，將數字化融入實驗中，將力的傳感器固定在一側，將一根細繩與木塊連接在一起，木塊與地面保持靜止，然后拉動木塊，讓木塊與木板進行相對運動，由于木塊與木板兩者之間相對運動就有產生靜摩擦力，而當木板運動起來的時候，木塊與木板也會產生滑動摩擦力，由于木塊對于木板始終相對靜止，因此在任何時候的拉力就反映了對應的摩擦力。當這些數據傳入電腦，電腦會根據這些數據得出結論，使我們很容易明白摩擦力的作用下物體的運動情況。

4 初中物理實驗實現數字化的途徑

多年來，初中物理教學的內容幾乎一成不變，在長期的“應試教育”環境的熏染下，絕大部分教師往往只關注教學成績，大多數教師幾乎沒有心思在教學內容和教學手段上有所更新，學校實驗室現有實驗器材實驗原理和方法比較經典和老化。所以，初中物理實驗教學實現數字化還需要多方面的支持，首先，從學校方面需要建設集測量、采集、處理設備和與之配套的相應的實驗儀器裝備組成的數字化實驗室，是信息技術與傳統實驗課程結合的重要載體，是初中物理實驗實現數字化的基礎物質條件；其次，廣大教師要支持新課程理念的實踐化，能夠將現代化的信息化數字技術融入到實驗教學中，貼近生產生活，與實踐相聯系，改變固有的教學理念，引入現代化教學手段，將近現代物理學知識及其新進展和現代化教學結合起來，更好展現新課程理念下初中物理教學內容和實驗教學的現代化。

初中物理實驗數字化的應用，能使學生提早接觸、熟悉和使用數字化實驗設備，拉近與生活的距離，與時代發展相適應。教師利用數字化手段來進行物理實驗，可以最大限度的改變傳統的獲取知識的方法，提高教學效率。也可以用數字化實驗手段創設新的教學情景，激發學生學習興趣，對周圍新生事物充滿關心的激情，促進學生創新思維的發展。數字化物理實驗教學的應用使初中物理教學能夠更進一步，教有所長，學有所樂。