應用數字化實驗平臺優化高中物理教學的實踐研究

摘 要：隨著數據時代的不斷發展，數字化技術已經應用到各個領域，教育領域也開始嘗試.本文立足當前高中物理教學現狀，剖析問題、究其難點，探索應用數字化實驗平臺用于高中物理教學，從在物理概念教學、在實驗教學、自主學習三大方面著手應用.通過精準化、自動化和個性化的教學方式，幫助學生更好地理解和掌握物理知識，提高教學效果和學生的學習效果，呈現新型的教學方式，以有效優化高中物理教學，為高中物理教學取得更好的教學實效提供思路和方法.

關鍵詞：數字化；高中物理教學；實驗；實踐研究

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2024）06-0104-03

高中物理是高中階段非常重要的學科，作為高中階段需掌握的研究自然現象和基本規律的學科知識，涉及的知識點在日常生活中有廣泛的實踐應用，能夠培養創新精神、觀察力、實驗設計和數據分析的能力、邏輯思維和創造性思維等能力，也是高考中的重要科目.綜上，高中物理具有重要的作用和意義，需要學生在學習時扎實掌握知識點，培養創新精神和實踐能力，為未來的學習和工作打下堅實的基礎[1].但目前教學實效不佳，存在多方面的問題.

1 高中物理教學目前存在的問題

1.1 教學觀念和方法落后

很多教師依然堅持陳舊教學觀念和方法，教學方式過于古板，缺乏教學創新.課堂上往往以教師為中心，采用“填鴨式”教學，學生只是被動接受知識，導致課堂氣氛沉悶，學生學習積極性不高.

1.2 實驗教學環節缺乏

高中物理的實踐教學主要體現在實驗教學方面，但是目前我國高中物理教學普遍缺乏實驗教學環節.一方面是因為實驗器材的缺乏，導致很多實驗無法正常進行；另一方面是因為教師對實驗教學的重視程度不夠，或者擔心實驗安全問題等原因，導致實驗課程開設不足.

1.3 教學方式單一

目前我國高中物理教學方式比較單一，主要以講授式教學為主，缺乏多樣化的教學方式.這種單一的教學方式難以激發學生的學習興趣和主動性，也不利于學生綜合素質的培養.

總體來說，高中物理教學現狀存在諸多問題，需要在教學實踐中不斷探索和創新，改變教學理念和教學方式，探索更適應學生的教學方式.要實現高中物理教學的優化實踐，首先需要剖析其中的實踐難點，究其根源對癥下藥.

2 高中物理教學的實踐難點

2.1 課程內容抽象

高中物理課程內容是在初中物理聲學、光學、熱學、力學、電學、磁學部分內容基礎上的再延伸、再探索，通過定性到定量、形象思維到抽象思維的轉變，將初中課程內容與高中課程內容銜接起來，形成整個高中物理的知識體系，包括力學、熱學、光學、電磁學、原子物理學五大學科部分.綜合來說，高中物理課程內容囊括了自然科學的基礎性知識，經總結的定理、定律等具有抽象性.從五大學科部分分別來說，各具抽象性：如力學中力的合成與分解、功和能、天體運動，熱學中熱和功、能量守恒，光學中波動性、粒子性，電磁學中電場、電路、磁場，原子物理學中聚變、裂變等相關理論.由于無法具象，教學內容只能通過書面化傳授，對學生而言抽象無形，很難真正理解其中含義并舉一反三，學有其用.

2.2 實操存在局限

鑒于物理學科的抽象性，需要利用其他授課方式來輔助教學.為了配套課程內容，具備實驗條件的學校都配備了實驗課程，如長度測量、勻變速直線運動、彈力和彈簧伸長的關系（胡克定律）探究性實驗、驗證動量守恒定律、平拋物體的運動等.但可實操的實驗課程存在局限：一是實驗內容簡單，操作步驟簡單，主要通過觀察獲得印證性結論；二是實驗條件寬松，為保證學生安全，實驗環境有限，只能提供基礎性實驗，達不到教學效果；三是實驗設施配備不均衡，物理學科的實驗設施設備大多造價較高，開設實驗課程需要足夠的經費支持.綜上來說，實操性的實驗教學的局限性很難逐一消除，還需要探索更科學的教學方式.

2.3 教學實效不佳

高中物理作為高考中分數占比較高的學科，其重要性不言而喻，教學實效是教師和學生都密切關注的問題.但從現狀來看，教師對授課過程、考試檢測結果沒有信心，僅有極少部分天賦型學生能取得較好成績；學生對物理普遍缺乏學習主動性、存在物理自卑心態，即使投入精力也無濟于事.為提高教學質量，物理學科的教學也積極轉變，創新教學方式，在書本化的基礎上增加實驗操作、動畫展示、案例講解等方式，但收效仍然不佳.3 數字化實驗平臺的優勢

隨著大數據時代的到來，數字化成為可應用于經濟社會發展方方面面的基礎性支撐，物理教學正需要這種系統性的應用，不同于部分簡單的數字化應用，如設計實驗程序、VR虛擬仿真等，搭建數字化實驗平臺，能夠將所有高中物理教學內容嵌入，成為物理教學的重要教學工具.數字化實驗平臺通常包括傳感器、數據采集器、計算機及相關軟件等，根據教學需要自主設計，數字化實驗平臺能夠實現實驗數據的精準記錄、數據的自動化處理和豐富的模擬實驗，將抽象具體化，著力提高教學實效性［2］.

3.1 實驗數據的精準化

傳統的物理實驗，主要為人工操作和人工記錄數據，不僅增加了實驗中的人為誤差，還可能導致數據的不準確，背離了實驗的初衷.而數字化實驗平臺可以通過傳感器等設備自動采集實驗數據，實現數據的實時記錄、整理和分析，同時實現線上數據的推送、管理，教師端能直觀看到所有學生的實驗情況，并及時給予實驗指導，由此不僅保證了實驗數據的精準性，更有利于學生進行自我操作和自主探究，同時增進師生交流.

3.2 實驗過程的自動化

傳統的物理實驗，步驟略少的效用不高，步驟較復雜的需要嚴格按照步驟操作，步驟錯誤可能引發安全問題.數字化實驗平臺通過計算機程序控制實驗設備和儀器，自動化完成實驗流程.學生只需要按照預設的程序進行操作即可，大大降低了實驗操作的難度和復雜度，增加安全性，同時使學生有更多的時間進行實驗操作和數據分析.另外，數字化實驗平臺還能實現實時監控和動態調整，保證實驗的穩定性和可靠性.

3.3 實驗教學的個性化

傳統的物理實驗只能按照現有設備開展固定的實驗項目，數字化實驗平臺具有較高的交互性和自主性，可以提供豐富的模擬實驗，讓學生可以在安全的環境下進行各種嘗試.教師可以根據學生的學習需求和興趣愛好設計不同的實驗內容，學生也可以通過平臺自行選擇實驗難度、模式，自主探究相關實驗的其他方面，由此能進一步激發學生的學習興趣和主動性，提高教學效果.

數字化實驗平臺若應用于高中物理教學，教學效果必將得到極大程度地優化：一是提高教學效率.數字化實驗平臺可以快速準確地記錄和處理實驗數據，使教師有更多的時間進行深入的實驗教學和學生的個性化指導.二是增強學習效果.數字化實驗平臺通過具象化的方式將抽象的物理理論知識呈現給學生，使學生能夠更好地理解和掌握物理知識.三是提升實踐能力.通過自主探究實驗，學生的實踐能力得到了鍛煉和提高，對于物理知識的理解和掌握也更加深入.

4 數字化實驗平臺在高中物理教學的應用實踐

數字化實驗平臺應用于高中物理教學中，作為一種創新的教學方式，如何實現應用、應用到具體哪些方面還需要更多的探索.本文立足于數字化實驗平臺的基本功能，從物理概念教學、實驗教學、自主學習三大方面進行應用.通過精準化、自動化和個性化的教學方式，幫助學生更好地理解和掌握物理知識，提高教學效果和學生的學習效果，以有效優化高中物理教學.

4.1 物理概念教學中的應用

物理概念是物理學的基礎，但由于其較為抽象，一直是學生的學習難點.數字化實驗平臺可以通過可視化的方式將物理概念具象化，幫助學生更好地理解和掌握.例如，在教授“加速度”時，教師可以利用數字化實驗平臺模擬不同物體的運動過程，讓學生通過觀察和數據分析理解加速度的概念及計算方法，從而更好地掌握這一知識點；在教授“萬有引力定律”時，教師可以利用數字化實驗平臺模擬天體運動的過程，讓學生在觀察天體運動的過程中理解萬有引力定律的內涵和應用.

4.2 實驗教學中的應用

物理實驗是物理學的重要組成部分，也是提高學生實踐能力和創新思維的重要手段，但目前學生真正參與其中的物理實驗過少，即使可實質性參與的實驗也效果不佳.數字化實驗平臺可以通過自動化和精準化的方式提高實驗教學的效果.例如，在教授“自由落體運動”這一實驗時，教師可以利用數字化實驗平臺測量和記錄物體下落的時間和速度，并自動計算出重力加速度等數據，從而更好地指導學生完成實驗并掌握相關知識.這樣不僅可以減少學生的操作難度，而且可以讓學生有更多的時間進行實驗分析和討論.

4.3 自主學習中的應用

物理學科因其抽象性，學生很難形成主動學習，

數字化實驗平臺由于其交互性和自主性，可以很好地支持學生的自主學習.學生可以通過平臺進行自主探究和學習，提高自己的學習效果.例如，在教授“天體運動”這一內容時，教師可以在數字化實驗平臺中設置學生熟知的天體，搜集學生意見，以某個天體為例，展開運動定律、原理的講解.在互動討論環節，請學生以其他天體開展實驗，以此增加對抽象的天體運動的認知.在教授“電磁波”這一內容時，教師可以設置一系列的自主探究實驗，讓學生通過數字化實驗平臺自主進行電磁波的發射和接收實驗，從而深入理解電磁波的特性和工作原理.

5 結束語

針對當前高中物理教學效果不佳的現狀，本文通過存在問題的分析和實踐難點的梳理，立足教學觀念和方法落后、實驗教學環節缺乏、教學方式單一三方面問題，剖析出課程內容抽象、實操存在局限、教學實效不佳三大難點，針對性提出將數字化實驗平臺應用于高中物理教學，利用其實驗數據精準化、實驗過程自動化、實驗教學個性化的明顯優勢和特點，探索在物理概念教學、實驗教學、自主學習三大方面展開應用.以期由淺入深、由簡至繁，幫助學生更好地理解和掌握物理概念、規律和實驗等各方面知識，提高教師教學效果和學生學習效果.展望未來，期望數字化實驗平臺能夠更加完善和普及，為更多的物理教師和學生提供優質的教學服務.同時，也期待教育工作者能夠積極探索和實踐，將數字化技術更好地應用到物理教學中，以推動物理教學取得高質量教育成效.

參考文獻：

［1］ 常志偉.應用數字化實驗平臺優化高中物理教學實踐研究[J].高中數理化， 2019（12）：1.

［2］ 薛培.數字化實驗平臺優化高中物理教學的實踐[J].新課程導學（下旬刊）， 2018（9）：1.

［責任編輯：李 璟］

收稿日期：2023-11-25

作者簡介：陳龍（1982.12-），男，江蘇省興化人，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.