數字化在初中物理實驗中融入概述

耿百爽

(江蘇省連云港市東海縣石湖中學 222300)

1 初中物理數字化實驗相關概念

1.1 初中物理數字化實驗概述

初中物理數字化實驗系統是將傳統實驗儀器搭載數字化傳感器及計算機硬軟件系統而形成的初中物理新實驗課程模式，例如搭載壓敏元件的力學測量工具，搭載溫度傳感器的測溫儀器，等等.這些數字化儀器是測量、采集與信息處理的終端單位，通過與相關軟件的兼容在計算機上形成可視化系統與數據處理系統，是數字化、信息化技術在教學領域的延展與應用.

1.2 初中物理數字化實驗的必要性

物理學科離不開物理實驗，物理實驗又離不開動手操作.學生親自參與實驗能夠加深理解物理知識，掌握物理學規律，同時也能夠熟悉數字化實驗儀器設備，對未來的數字化科學生產生活提高個人預期.除此之外，數字化實驗比傳統實驗的數據更為精確，分析處理信息過程更加具有自動化優勢，也能兼容各種硬軟件拓展教學資源，拓展學生視野，與生活化教學拉近距離，促進學生學以致用，實現節約成本的同時提高教學效果.

2 初中物理實驗與數字化融合的優點

2.1 初中物理數字化實驗符合當今物理學發展趨勢

當前物理學的發展已經進入信息化時代，以計算機、傳感器為代表的實驗平臺整合了實驗數據的測量、收集、與處理工作，其設施設備發展趨勢正從傳統手動觀測朝向數字化方向發展.數字化設備的精度高、測量結果準確、儀器功能完善、技術成熟，且合乎現代物理學實驗需要，傳統測量儀器諸如電流表、壓力計等儀器在數字化后已不需要人工進行數據處理，初中學生掌握數字化儀器的操作技能是當下物理科學與時俱進的客觀需要.

2.2 初中物理數字化實驗能夠降低實驗成本

數字化物理實驗平臺“一機多能”所帶來的成本降量，有助于各初級中學減少分列式儀器的數量配置，一套儀器通過搭載數字化傳感器、測量軟件、數據處理平臺等硬軟件能夠實現物理實驗中全部的測量與統計功能，因此，并不能將所數字化實驗儀器的應用視作增加校方財務成本的行為.在當前教育數字化的普及背景下，各初級中學均配備了計算機作為基礎教學設備，物理實驗的數字化具備了深厚基礎，校方更容易優化實驗設備潛力，對物理實驗室進行升級改造.

2.3 初中物理數字化實驗有利于整合信息技術與物理教學

當前信息化技術融入課堂教學是推進教育改革的客觀需求.目前教育部要求中學生掌握一定的信息技術，因此數字化物理實驗課程有利于學生應用計算機與信息化、智能化設備學習物理知識與實踐內容，也有利于教師應用數字化物理實驗平臺演示教學內容中抽象的、不可視的物理學原理，優化實驗教學模式.學生是數字化實驗的最大受益者，有利于學生充分培養利用數字化實驗設備去接觸物理學、學習物理學、探究物理學，也能夠理解未來信息技術在物理學中的工具性應用，適應信息化、數字化的新教學模式.

2.4 初中物理數字化實驗能夠提高實驗課教學效果

初中物理實驗的數字化進程最顯著的一個優點就是能夠提升物理實驗課程的教學效果.當前初中物理實驗改進的另一條重要優勢在于降低了以日常實驗器材的操作練習過程，通過數字技術優化實驗環節，高效利用數字實驗平臺的資源優勢與衍生教學效果.例如利用數字化成像技術擴展實驗的視覺效果，將肉眼不能觀察的物理現象通過視頻采集與展示，例如聲學實驗等等.除此之外，數字化將采集手段由手動測量轉入傳感器測量，利用計算機處理實驗數據，避免擠占教學時間，使學生有充裕的時間探究實驗規律，讓學生從感性認識快速跨入理性認識階段.

3 初中物理數字化實驗的現狀和問題

3.1 片面重視灌輸知識

不重視實驗教學是當前初中物理教師身上的常見現象，許多教師習慣在實驗課一開始就將實驗結果直接告訴學生，使學生失去了探究興趣，或者實驗課的準備不足，學生動手做實驗出現許多突發性問題，導致教師草草安排實驗課程收場，直接進入知識教學階段，恢復了灌輸式教學，弱化了學生的主體地位，導致學生對數字化實驗缺乏足夠的理解與學習欲望.

3.2 依賴教師演示而非學生操作

當前部分初中物理學教師把初中物理實驗數字化理解為使用多媒體教學軟件或多媒體課件來為學生演示抽象物理內容，或用圖表、動畫等數字化手段代替傳統的幻燈片、板書等教學手段，這是把數字化實驗當成了多媒體工具，屬于數字化實驗在教學中的低層次體現.或者在實驗過程中教師擔綱，學生觀摩的實驗模式，使學生對于實驗的印象停留在觀察者角度，無法獲得動手操作的經驗，也不利于深入探究知識現象及規律.

3.3 數字化實驗器材的應用不夠普遍

初中物理有許多抽象的物理學現象，這些現象例如力學現象、聲學現象等等，學生很難從普通實驗儀器的數據觀測中直觀視覺效果，只能依賴教師口述或者視頻演示獲得其物理性質，學生掌握得不夠深刻.例如傳統的摩擦力實驗，通常使用彈簧測力計作為測量工具，而在開始實驗之前學生需要由教師講解如何使用彈簧測力計，但在實際操作過程中，木制滑塊在變速運動時候產生的拉力并不是一成不變的，而是呈波段上浮而并不穩定，學生在報出或選擇實驗數據的時候比較困難，有種無法把握之感.如果有在計算機上直接顯示出拉力曲線變動的數字化的實驗設備，學生就能夠積極把握實驗機會，教師也能夠優化教學設計.

4 初中物理教學數字化實驗的系統措施

4.1 合理利用網絡資源推進數字化實驗

在數字化技術滲入教學領域后，一些遠程授課技術日漸成熟，物理實驗教學具備了從線下轉入線上的條件，一些網上高質量的物理實驗資源能夠有效反哺初中物理實驗教學，尤其是當前疫情下學校正常教學遇到無法開展的情況，不具備物理實驗條件，因此網上一些優質資源進入初中物理數字化實驗十分必要.教師可以尋找一些專業級別的物理實驗視頻，讓學生們了解物理學實驗人員的專業操作，并與教材上的實驗步驟進行對比，使學生增強對物理實驗的印象，同時也能夠鍛煉學生們的思維，開拓學生們的眼界.

4.2 利用數字化實驗培養學生科學精神

數字化實驗能夠探索和發現物理知識的規律性，許多物理學知識并非“畢其功于一役”，而是通過千百次實驗積累的數據提現出其中的規律與趨勢.而學生則是通過教材獲得了這些物理學規律，實踐的感悟不深，知識內化的基礎不夠牢固，因此應通過熟練的多次實驗提升教學質量.比如，在大氣壓強實驗中，可以引入初中地理課的常見問題“高海拔地區高壓鍋煮不熟雞蛋”，從而激發了學生的好奇心，積極參與大氣壓強實驗觀測過程，通過傳感器收集實驗數據，學生們能夠了解海拔高度與大氣壓強之間的關系，促進使學生思考新知識與生活現象之間的聯系，養成一種科學的、理性的思維方式.

4.3 數字化設備提升初中物理實驗教學效率

物理實驗不是對現象的實驗，而是對數據的實驗，非如此不足以研究物理現象背后的科學規律.傳統實驗不但處理數據的過程繁瑣，而且在重復實驗的過程中操作容易產生偏差，對分析和處理數據造成困擾.因此應用數字化設備減少學生采集和處理數據的時間，提高學生實驗的頻率與強度，數據量積累越大，實驗結果越體現科學規律.例如摩擦力實驗中，只靠傳統實驗法拉動木制滑塊測量數據產生的偏差比較常見，是因為教材沒有考慮到理論上的連續性和實驗條件的差異，導致實際操作有一定的疑問產生.而應用力傳感器的測量與顯示實驗則沒有數據性偏差的問題，學生的精力充分集中在操作、問題、答案與概念理解上，達到理想的教學效果.

5 初中物理教學數字化實驗的系統性措施

5.1 明確實驗結果和教學目的

在初中物理數字化實驗課程中，教師應該在實驗課程一開始就告訴學生要達到的教學目標，學生也需要清楚自己應該在哪些方面進行提高，這樣才能使學生在實驗過程中注重對物理現象的感悟，也能夠在規范性實驗操作步驟中發現這樣做的用意.例如，教師在摩擦力實驗前先訴學生實驗目的，但不向學生透露實驗結果，同時在學生執行操作步驟的過程進行點撥，當學生通過測鉤拉動木塊時，在水平方向拉動中觀察木塊的運動趨勢，在停止拉動后組織學生對比教材數據與實驗數據，引導學生思考靜摩擦力與動摩擦力部分及相互關系.在數字化軟件的處理結果中進行交互研究，拓展學生的物理學視野和探索深度，使學生在解題過程中養成全面思維習慣，拓展實驗教學效果.

5.2 將實驗探究過程作為關鍵環節

在初中物理數字化實驗課程的操作環節中，教師應通過點撥、組織研討等教學手段將學生的注意力集中在關鍵環節中，例如在聲波實驗中，學生在操作中發出測試聲波，學生回到自己的實驗操作過程，觀察傳感器的學生應立即關注采集器上顯示的聲音響度，同時與電腦繪制的聲波圖的振幅進行比較研究，這個環節是教師提出問題的最佳時機，例如教師當場提問“影響聲音傳播的因素有哪些”時，學生會對這個環節進行探究和思考，通過整理采集器采集的數據對問題的關鍵性條件進行分析，達到充分利用設備分析聲波性質的教學效果.

綜上所述，數字化實驗是未來初中物理實驗教學的發展方向，也包含了大量當前初中學生應掌握的信息化技術，教師應積極適應數字化給物理實驗教學帶來的便利，也要積極利用信息技術整合與組織初中物理實驗教學，使物理實驗教學充分發揮其教學效率，促進學生發展物理學科素養.