數(shù)字化在初中物理實驗中融入概述

摘 要：數(shù)字化實驗系統(tǒng)有利于初中學(xué)生深入學(xué)習(xí)物理知識與參與物理實驗，通過應(yīng)用數(shù)字化的實驗儀器及設(shè)備獲得物理學(xué)科真知，彌補(bǔ)傳統(tǒng)初中物理實驗中的偏差與操作弊端，推進(jìn)初中教學(xué)的信息化進(jìn)程，因此在初中物理實驗中融入數(shù)字化是非常重要的一項教學(xué)改革.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;初中物理;實驗教學(xué)

中圖分類號：G632 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1008-0333（2022）08-0101-03

收稿日期：2021-12-15

作者簡介：耿百爽（1981.12-），男，江蘇省東海人，本科，中學(xué)一級教師，從事初中物理教學(xué)研究.

1 初中物理數(shù)字化實驗相關(guān)概念

1.1 初中物理數(shù)字化實驗概述

初中物理數(shù)字化實驗系統(tǒng)是將傳統(tǒng)實驗儀器搭載數(shù)字化傳感器及計算機(jī)硬軟件系統(tǒng)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(xué)測量工具，搭載溫度傳感器的測溫儀器，等等.這些數(shù)字化儀器是測量、采集與信息處理的終端單位，通過與相關(guān)軟件的兼容在計算機(jī)上形成可視化系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是數(shù)字化、信息化技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的延展與應(yīng)用.

1.2 初中物理數(shù)字化實驗的必要性

物理學(xué)科離不開物理實驗，物理實驗又離不開動手操作.學(xué)生親自參與實驗?zāi)軌蚣由罾斫馕锢碇R，掌握物理學(xué)規(guī)律，同時也能夠熟悉數(shù)字化實驗儀器設(shè)備，對未來的數(shù)字化科學(xué)生產(chǎn)生活提高個人預(yù)期.除此之外，數(shù)字化實驗比傳統(tǒng)實驗的數(shù)據(jù)更為精確，分析處理信息過程更加具有自動化優(yōu)勢，也能兼容各種硬軟件拓展教學(xué)資源，拓展學(xué)生視野，與生活化教學(xué)拉近距離，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，實現(xiàn)節(jié)約成本的同時提高教學(xué)效果.

2 初中物理實驗與數(shù)字化融合的優(yōu)點

2.1 初中物理數(shù)字化實驗符合當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展趨勢

當(dāng)前物理學(xué)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入信息化時代，以計算機(jī)、傳感器為代表的實驗平臺整合了實驗數(shù)據(jù)的測量、收集、與處理工作，其設(shè)施設(shè)備發(fā)展趨勢正從傳統(tǒng)手動觀測朝向數(shù)字化方向發(fā)展.數(shù)字化設(shè)備的精度高、測量結(jié)果準(zhǔn)確、儀器功能完善、技術(shù)成熟，且合乎現(xiàn)代物理學(xué)實驗需要，傳統(tǒng)測量儀器諸如電流表、壓力計等儀器在數(shù)字化后已不需要人工進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，初中學(xué)生掌握數(shù)字化儀器的操作技能是當(dāng)下物理科學(xué)與時俱進(jìn)的客觀需要.

2.2 初中物理數(shù)字化實驗?zāi)軌蚪档蛯嶒灣杀?/p>

數(shù)字化物理實驗平臺“一機(jī)多能”所帶來的成本降量，有助于各初級中學(xué)減少分列式儀器的數(shù)量配置，一套儀器通過搭載數(shù)字化傳感器、測量軟件、數(shù)據(jù)處理平臺等硬軟件能夠?qū)崿F(xiàn)物理實驗中全部的測量與統(tǒng)計功能，因此，并不能將所數(shù)字化實驗儀器的應(yīng)用視作增加校方財務(wù)成本的行為.在當(dāng)前教育數(shù)字化的普及背景下，各初級中學(xué)均配備了計算機(jī)作為基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)備，物理實驗的數(shù)字化具備了深厚基礎(chǔ)，校方更容易優(yōu)化實驗設(shè)備潛力，對物理實驗室進(jìn)行升級改造.

2.3 初中物理數(shù)字化實驗有利于整合信息技術(shù)與物理教學(xué)

當(dāng)前信息化技術(shù)融入課堂教學(xué)是推進(jìn)教育改革的客觀需求.目前教育部要求中學(xué)生掌握一定的信息技術(shù)，因此數(shù)字化物理實驗課程有利于學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)與信息化、智能化設(shè)備學(xué)習(xí)物理知識與實踐內(nèi)容，也有利于教師應(yīng)用數(shù)字化物理實驗平臺演示教學(xué)內(nèi)容中抽象的、不可視的物理學(xué)原理，優(yōu)化實驗教學(xué)模式.學(xué)生是數(shù)字化實驗的最大受益者，有利于學(xué)生充分培養(yǎng)利用數(shù)字化實驗設(shè)備去接觸物理學(xué)、學(xué)習(xí)物理學(xué)、探究物理學(xué)，也能夠理解未來信息技術(shù)在物理學(xué)中的工具性應(yīng)用，適應(yīng)信息化、數(shù)字化的新教學(xué)模式.

2.4 初中物理數(shù)字化實驗?zāi)軌蛱岣邔嶒炚n教學(xué)效果

初中物理實驗的數(shù)字化進(jìn)程最顯著的一個優(yōu)點就是能夠提升物理實驗課程的教學(xué)效果.當(dāng)前初中物理實驗改進(jìn)的另一條重要優(yōu)勢在于降低了以日常實驗器材的操作練習(xí)過程，通過數(shù)字技術(shù)優(yōu)化實驗環(huán)節(jié)，高效利用數(shù)字實驗平臺的資源優(yōu)勢與衍生教學(xué)效果.例如利用數(shù)字化成像技術(shù)擴(kuò)展實驗的視覺效果，將肉眼不能觀察的物理現(xiàn)象通過視頻采集與展示，例如聲學(xué)實驗等等.除此之外，數(shù)字化將采集手段由手動測量轉(zhuǎn)入傳感器測量，利用計算機(jī)處理實驗數(shù)據(jù)，避免擠占教學(xué)時間，使學(xué)生有充裕的時間探究實驗規(guī)律，讓學(xué)生從感性認(rèn)識快速跨入理性認(rèn)識階段.

3 初中物理數(shù)字化實驗的現(xiàn)狀和問題

3.1 片面重視灌輸知識

不重視實驗教學(xué)是當(dāng)前初中物理教師身上的常見現(xiàn)象，許多教師習(xí)慣在實驗課一開始就將實驗結(jié)果直接告訴學(xué)生，使學(xué)生失去了探究興趣，或者實驗課的準(zhǔn)備不足，學(xué)生動手做實驗出現(xiàn)許多突發(fā)性問題，導(dǎo)致教師草草安排實驗課程收場，直接進(jìn)入知識教學(xué)階段，恢復(fù)了灌輸式教學(xué)，弱化了學(xué)生的主體地位，導(dǎo)致學(xué)生對數(shù)字化實驗缺乏足夠的理解與學(xué)習(xí)欲望.

3.2 依賴教師演示而非學(xué)生操作

當(dāng)前部分初中物理學(xué)教師把初中物理實驗數(shù)字化理解為使用多媒體教學(xué)軟件或多媒體課件來為學(xué)生演示抽象物理內(nèi)容，或用圖表、動畫等數(shù)字化手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的幻燈片、板書等教學(xué)手段，這是把數(shù)字化實驗當(dāng)成了多媒體工具，屬于數(shù)字化實驗在教學(xué)中的低層次體現(xiàn).或者在實驗過程中教師擔(dān)綱，學(xué)生觀摩的實驗?zāi)Ｊ剑箤W(xué)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(jīng)驗，也不利于深入探究知識現(xiàn)象及規(guī)律.

3.3 數(shù)字化實驗器材的應(yīng)用不夠普遍

初中物理有許多抽象的物理學(xué)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象例如力學(xué)現(xiàn)象、聲學(xué)現(xiàn)象等等，學(xué)生很難從普通實驗儀器的數(shù)據(jù)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(zhì)，學(xué)生掌握得不夠深刻.例如傳統(tǒng)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(xué)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(yùn)動時候產(chǎn)生的拉力并不是一成不變的，而是呈波段上浮而并不穩(wěn)定，學(xué)生在報出或選擇實驗數(shù)據(jù)的時候比較困難，有種無法把握之感.如果有在計算機(jī)上直接顯示出拉力曲線變動的數(shù)字化的實驗設(shè)備，學(xué)生就能夠積極把握實驗機(jī)會，教師也能夠優(yōu)化教學(xué)設(shè)計.

4 初中物理教學(xué)數(shù)字化實驗的系統(tǒng)措施

4.1 合理利用網(wǎng)絡(luò)資源推進(jìn)數(shù)字化實驗

在數(shù)字化技術(shù)滲入教學(xué)領(lǐng)域后，一些遠(yuǎn)程授課技術(shù)日漸成熟，物理實驗教學(xué)具備了從線下轉(zhuǎn)入線上的條件，一些網(wǎng)上高質(zhì)量的物理實驗資源能夠有效反哺初中物理實驗教學(xué)，尤其是當(dāng)前疫情下學(xué)校正常教學(xué)遇到無法開展的情況，不具備物理實驗條件，因此網(wǎng)上一些優(yōu)質(zhì)資源進(jìn)入初中物理數(shù)字化實驗十分必要.教師可以尋找一些專業(yè)級別的物理實驗視頻，讓學(xué)生們了解物理學(xué)實驗人員的專業(yè)操作，并與教材上的實驗步驟進(jìn)行對比，使學(xué)生增強(qiáng)對物理實驗的印象，同時也能夠鍛煉學(xué)生們的思維，開拓學(xué)生們的眼界.

4.2 利用數(shù)字化實驗培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神

數(shù)字化實驗?zāi)軌蛱剿骱桶l(fā)現(xiàn)物理知識的規(guī)律性，許多物理學(xué)知識并非“畢其功于一役”，而是通過千百次實驗積累的數(shù)據(jù)提現(xiàn)出其中的規(guī)律與趨勢.而學(xué)生則是通過教材獲得了這些物理學(xué)規(guī)律，實踐的感悟不深，知識內(nèi)化的基礎(chǔ)不夠牢固，因此應(yīng)通過熟練的多次實驗提升教學(xué)質(zhì)量.比如，在大氣壓強(qiáng)實驗中，可以引入初中地理課的常見問題“高海拔地區(qū)高壓鍋煮不熟雞蛋”，從而激發(fā)了學(xué)生的好奇心，積極參與大氣壓強(qiáng)實驗觀測過程，通過傳感器收集實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生們能夠了解海拔高度與大氣壓強(qiáng)之間的關(guān)系，促進(jìn)使學(xué)生思考新知識與生活現(xiàn)象之間的聯(lián)系，養(yǎng)成一種科學(xué)的、理性的思維方式.

4.3 數(shù)字化設(shè)備提升初中物理實驗教學(xué)效率

物理實驗不是對現(xiàn)象的實驗，而是對數(shù)據(jù)的實驗，非如此不足以研究物理現(xiàn)象背后的科學(xué)規(guī)律.傳統(tǒng)實驗不但處理數(shù)據(jù)的過程繁瑣，而且在重復(fù)實驗的過程中操作容易產(chǎn)生偏差，對分析和處理數(shù)據(jù)造成困擾.因此應(yīng)用數(shù)字化設(shè)備減少學(xué)生采集和處理數(shù)據(jù)的時間，提高學(xué)生實驗的頻率與強(qiáng)度，數(shù)據(jù)量積累越大，實驗結(jié)果越體現(xiàn)科學(xué)規(guī)律.例如摩擦力實驗中，只靠傳統(tǒng)實驗法拉動木制滑塊測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偏差比較常見，是因為教材沒有考慮到理論上的連續(xù)性和實驗條件的差異，導(dǎo)致實際操作有一定的疑問產(chǎn)生.而應(yīng)用力傳感器的測量與顯示實驗則沒有數(shù)據(jù)性偏差的問題，學(xué)生的精力充分集中在操作、問題、答案與概念理解上，達(dá)到理想的教學(xué)效果.

5 初中物理教學(xué)數(shù)字化實驗的系統(tǒng)性措施

5.1 明確實驗結(jié)果和教學(xué)目的

在初中物理數(shù)字化實驗課程中，教師應(yīng)該在實驗課程一開始就告訴學(xué)生要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生也需要清楚自己應(yīng)該在哪些方面進(jìn)行提高，這樣才能使學(xué)生在實驗過程中注重對物理現(xiàn)象的感悟，也能夠在規(guī)范性實驗操作步驟中發(fā)現(xiàn)這樣做的用意.例如，教師在摩擦力實驗前先訴學(xué)生實驗?zāi)康模幌驅(qū)W生透露實驗結(jié)果，同時在學(xué)生執(zhí)行操作步驟的過程進(jìn)行點撥，當(dāng)學(xué)生通過測鉤拉動木塊時，在水平方向拉動中觀察木塊的運(yùn)動趨勢，在停止拉動后組織學(xué)生對比教材數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生思考靜摩擦力與動摩擦力部分及相互關(guān)系.在數(shù)字化軟件的處理結(jié)果中進(jìn)行交互研究，拓展學(xué)生的物理學(xué)視野和探索深度，使學(xué)生在解題過程中養(yǎng)成全面思維習(xí)慣，拓展實驗教學(xué)效果.

5.2 將實驗探究過程作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)

在初中物理數(shù)字化實驗課程的操作環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)通過點撥、組織研討等教學(xué)手段將學(xué)生的注意力集中在關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，例如在聲波實驗中，學(xué)生在操作中發(fā)出測試聲波，學(xué)生回到自己的實驗操作過程，觀察傳感器的學(xué)生應(yīng)立即關(guān)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(jìn)行比較研究，這個環(huán)節(jié)是教師提出問題的最佳時機(jī)，例如教師當(dāng)場提問“影響聲音傳播的因素有哪些”時，學(xué)生會對這個環(huán)節(jié)進(jìn)行探究和思考，通過整理采集器采集的數(shù)據(jù)對問題的關(guān)鍵性條件進(jìn)行分析，達(dá)到充分利用設(shè)備分析聲波性質(zhì)的教學(xué)效果.

綜上所述，數(shù)字化實驗是未來初中物理實驗教學(xué)的發(fā)展方向，也包含了大量當(dāng)前初中學(xué)生應(yīng)掌握的信息化技術(shù)，教師應(yīng)積極適應(yīng)數(shù)字化給物理實驗教學(xué)帶來的便利，也要積極利用信息技術(shù)整合與組織初中物理實驗教學(xué)，使物理實驗教學(xué)充分發(fā)揮其教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展物理學(xué)科素養(yǎng).參考文獻(xiàn)：

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