數(shù)字賦能：創(chuàng)新初中物理實驗教學(xué)的新樣態(tài)

李良明

【摘 要】促進數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的有機融合，推進物理探究性和創(chuàng)新性實驗的開展，是實驗教學(xué)新樣態(tài)逐步形成的有效途徑。本文嘗試從創(chuàng)新情境創(chuàng)設(shè)、搭建教學(xué)支架、創(chuàng)新呈現(xiàn)方式、拓展教學(xué)時空、推動學(xué)科融合等方面探討數(shù)字化環(huán)境下的初中物理實驗創(chuàng)新路徑。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；初中物理；實驗教學(xué)

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）02、03-146-02

物理實驗是提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。然而，現(xiàn)有的物理實驗教學(xué)模式還存在著實驗數(shù)據(jù)不精準、實驗效果不明顯、實驗過程繁瑣、實驗探究能力受限制等問題。《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》指出，要充分“借助信息技術(shù)手段，通過數(shù)字實驗設(shè)備等完成，以更好地發(fā)揮物理實驗的育人功能。”因此，教師應(yīng)積極探索數(shù)字技術(shù)與物理實驗教學(xué)的深度融合方式，推動初中物理實驗教學(xué)變革，構(gòu)建符合數(shù)字化時代的物理實驗教學(xué)新樣態(tài)[1]。

創(chuàng)新情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)實驗期待

情境教學(xué)法因其直觀性、形象性等優(yōu)勢，成為優(yōu)化教學(xué)環(huán)境的一種有效手段。傳統(tǒng)教學(xué)條件下，教師缺乏創(chuàng)新物理實驗環(huán)境的意識，實驗教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)往往采用語言方式，或直接開啟物理實驗，不利于激發(fā)學(xué)生物理實驗學(xué)習(xí)期待。教師應(yīng)合理運用數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)新物理實驗情境創(chuàng)設(shè)手段，提高物理實驗教學(xué)情境沉浸效應(yīng)，讓學(xué)生對物理實驗產(chǎn)生足夠的探究期待。

如“光的反射”一課，該節(jié)課的一項重要實驗是探究光的反射規(guī)律。為了激發(fā)學(xué)生參與實驗的熱情，筆者以生活中光的反射現(xiàn)象為素材，借助數(shù)字技術(shù)對獲得的素材進行分析和處理，以動漫形式呈現(xiàn)出來，包括人們每天起床后照鏡子梳妝打扮、路口擺放的凸面鏡、汽車安裝的后視鏡、潛望鏡等。結(jié)合創(chuàng)設(shè)的數(shù)字化教學(xué)情境，筆者自然地提出問題：這些鏡子具有怎樣的功能？其物理原理是什么？

數(shù)字技術(shù)運用于情境創(chuàng)設(shè)，有效提升了教學(xué)情境的沉浸效果[2]。經(jīng)過數(shù)字技術(shù)處理的情境素材變得更加符合學(xué)生認知興趣，不同光的反射現(xiàn)象以直觀方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前。情境創(chuàng)設(shè)也為問題的提出進行了有效鋪墊，讓學(xué)生從關(guān)注現(xiàn)象轉(zhuǎn)向探究現(xiàn)象背后的本質(zhì)，既能激發(fā)學(xué)生對實驗探究的期待，又能喚醒學(xué)生的創(chuàng)新思維。

搭建教學(xué)支架，培養(yǎng)實驗技能

數(shù)字技術(shù)為凸顯學(xué)生主體地位創(chuàng)造了條件，教師可以借助數(shù)字技術(shù)和數(shù)字化教學(xué)資源，為學(xué)生實驗探究學(xué)習(xí)搭建支架，讓學(xué)生在自主和合作探究的過程中不斷提升實驗操作技能，加深對物理實驗現(xiàn)象和本質(zhì)的理解。

在教學(xué)“光的反射”一課時，在引導(dǎo)學(xué)生探究光在水、玻璃等均勻介質(zhì)中傳播規(guī)律的過程中，教師可以借助教材“迷你實驗室”觀察光在水、玻璃中傳播的途徑教學(xué)內(nèi)容搭建實驗教學(xué)支架。圍繞實驗內(nèi)容，教師可以以“探究光在水、玻璃中傳播的途徑”為主題，設(shè)計一個主題微課，從實驗方案、實驗探究目的、實驗注意事項、實驗器材準備、實驗過程和實驗結(jié)果等方面，直觀地演繹物理實驗從策劃、設(shè)計到操作、展示和總結(jié)的全過程。

數(shù)字技術(shù)的運用將教師從示范實驗中解放出來，獲得更多的時間觀察學(xué)生物理實驗，更好地發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。同時，主題微課又充分發(fā)揮其見微知著的優(yōu)勢，將實驗技能教學(xué)有機滲透在其中。學(xué)生借助微課搭建的教學(xué)支架，在“迷你實驗室”實驗教學(xué)案例支持下，對物理實驗探究流程獲得全面了解，為學(xué)生自主或合作開展實驗探究活動奠定了基礎(chǔ)，使之具備開展物理實驗的能力。

創(chuàng)新呈現(xiàn)方式，經(jīng)歷實驗過程

初中物理傳統(tǒng)實驗主要以教師示范為主，學(xué)生觀看教師實驗操作。這種實驗教學(xué)模式不利于學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程，也不利于學(xué)生對實驗獲得全面認識。教師可以利用數(shù)字技術(shù)賦能物理實驗教學(xué)，創(chuàng)新初中物理實驗呈現(xiàn)方式。通過數(shù)字賦能，讓物理實驗從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動態(tài)，讓實驗從關(guān)注結(jié)果轉(zhuǎn)向兼顧實驗經(jīng)過和結(jié)果[3]。

如基于“光的反射規(guī)律”的物理實驗，為了幫助學(xué)生了解光在不同物質(zhì)中的傳播規(guī)律，圍繞光在均勻物質(zhì)與不均勻物質(zhì)中的傳播規(guī)律，可以運用數(shù)字技術(shù)輔助實驗教學(xué)。先借助VR虛擬技術(shù)，讓學(xué)生跟隨著光在兩種不同的介質(zhì)中的模擬傳播，基于均勻介質(zhì)和不均勻介質(zhì)，借助數(shù)字技術(shù)進行比較和展示。

數(shù)字技術(shù)運用于實驗教學(xué)，使得傳統(tǒng)實驗的呈現(xiàn)方式得到有效創(chuàng)新。學(xué)生借助虛擬技術(shù)，隨著光線在不同介質(zhì)中進行模擬傳播，對光在不同介質(zhì)中的傳播獲得直觀體驗，為學(xué)生實驗抽象進行有效鋪墊。在此基礎(chǔ)上，數(shù)字技術(shù)又發(fā)揮直觀性優(yōu)勢，幫助學(xué)生對光在不同介質(zhì)中的傳播進行比較。通過比較，幫助學(xué)生形成深刻認識，從而擴大實驗教學(xué)過程中學(xué)生的視野，讓學(xué)生更好地把握光的傳播規(guī)律。

拓展教學(xué)時空，促進實驗內(nèi)化

物理教學(xué)中，一些實驗可以通過現(xiàn)場實驗的方式展開，一些實驗受教學(xué)條件制約，不能在實驗室環(huán)境下進行。可見，物理實驗受教學(xué)時間、教學(xué)空間、教學(xué)環(huán)境等因素制約。數(shù)字化教學(xué)環(huán)境下，教師可以借助信息技術(shù)手段對物理實驗教學(xué)時空進行拓展，讓一些現(xiàn)實實驗室環(huán)境下難以開展的實驗得以呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生借助虛擬的物理實驗獲得豐富的體驗，也將不同的物理現(xiàn)象進行有機的關(guān)聯(lián)。

如“光的反射”一課，基于本節(jié)課涉及的光的反射現(xiàn)象，可以借助信息技術(shù)手段模擬海市蜃樓的奇妙現(xiàn)象。讓學(xué)生借助虛擬技術(shù)感受地面熱空氣上升造成地球上物體反射的光線，再通過大氣的折射形成虛像。同時，基于不同的場景，借助數(shù)字技術(shù)展示上蜃、下蜃、側(cè)蜃、正蜃、順蜃、反蜃等現(xiàn)象。結(jié)合虛擬的海市蜃樓現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生探究這一現(xiàn)象中的光學(xué)原理。

通過虛擬技術(shù)的運用，讓物理實驗教學(xué)的時空得到了無限的擴大。物理現(xiàn)象從教材向生活擴展，通過演示海市蜃樓現(xiàn)象，學(xué)生自覺地調(diào)動光的折射知識，辨識出其中光的反射現(xiàn)象。同時，又基于單元整體教學(xué)視角，有機滲透光的折射知識，為單元教學(xué)板塊進行有效鋪墊。

推動學(xué)科融合，擴大實驗效能

《義務(wù)教育課程方案和課程標準（2022年版）》更加突出了學(xué)科的綜合性，提出跨學(xué)科學(xué)習(xí)的要求。傳統(tǒng)環(huán)境下，物理實驗教學(xué)缺乏跨學(xué)科融合意識；數(shù)字化教學(xué)環(huán)境下，教師可以合理地運用信息技術(shù)賦能物理實驗，讓物理實驗突破學(xué)科局限，與其他學(xué)科進行有機融合。通過跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)，擴大物理實驗教學(xué)效能，又在跨學(xué)科教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。

在“光的反射”一課中，可以將物理實驗和數(shù)學(xué)學(xué)科幾何知識進行有機關(guān)聯(lián)。如借助數(shù)字技術(shù)演示兩塊平面鏡互相垂直的現(xiàn)象，進而演示一條光線經(jīng)過兩次反射得到另一條反射光線。根據(jù)數(shù)字化演示，讓學(xué)生調(diào)動光的反射和數(shù)學(xué)知識，判斷入射光線和反射光線的位置關(guān)系。通過結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科，實現(xiàn)物理知識和數(shù)學(xué)知識的有機交融，這不僅擴展了物理實驗效能，而且在學(xué)科融通中實現(xiàn)跨學(xué)科知識的融會貫通。

結(jié)? 語

總之，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用為物理實驗教學(xué)注入了新的活力和強有力的技術(shù)支持。數(shù)字化實驗與常規(guī)實驗教學(xué)優(yōu)勢互補，有利于教師走出傳統(tǒng)實驗教學(xué)困境，重構(gòu)物理實驗教學(xué)樣態(tài)，讓物理實驗教學(xué)更加符合新課標和學(xué)生物理認知規(guī)律，成為促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展的重要路徑。

參考文獻

曹平安. 試論用數(shù)字化實驗優(yōu)化物理教學(xué)的探索研究[J]. 廣西物理，2023（6）： 69-71.

李睿韜. 數(shù)字化技術(shù)下提高物理實驗教學(xué)的有效性研究——以“測量安培力”為例[J]. 中小學(xué)實驗與裝備，2023（5）： 12-14.

耿百爽. 數(shù)字化在初中物理實驗中融入概述[J]. 數(shù)理化解題研究，2022（3）： 101-103.

作者單位：福建泰寧縣教育局教儀站

編? ?輯：徐靖程