現代科技融入高中物理實驗教學的策略探討

摘"要：實驗是探尋物理領域的最有效手段之一，以新課改的要求為基準，在進行高中物理實驗教學時著力加強現代科技元素的融合，以培養學生的思維與能力、拓展實驗教學的內容與方式和提高實驗教學的效率與質量。本文基于我國教育深化改革的背景、高中物理實驗教學的現狀和現代科技的發展趨勢，分別從實驗課堂導入、實驗教學準備、實驗設計與實施三個環節重點探討現代科技元素在高中物理實驗教學中有效融合的策略，力求打破傳統物理實驗教學的桎梏。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；科技融合；策略

1"概述

隨著我國教育改革的持續推進與深化，高中物理實驗教學逐步從“理論知識的灌輸”偏移至“學生對實驗的切身體驗”。若要在物理學這門自然科學領域中形成綜合性的研究方法和整合性的知識理論體系，就必須通過觀察與實驗，使用物理方法，再通過科學的論證與推理手段使其建立起來［1］。物理實驗是學生探索物理領域的腳手架，作為教師要重點關注物理實驗教學與其他輔助元素的融合程度。如今，現代科技的大跨步為教育教學領域注入了新的活力，促使教學手段和學習體驗向著多樣化的方向改善。高中物理新課標提倡“利用現代信息技術”和“注重體現物理學科的本質”的理念，在物理實驗課程中有效融合現代科技，為學生自主把控實驗提供可靠性，同時現代科技也能保證學生物理實驗的高效完成度，讓學生熱愛物理，熱愛實驗，熱愛動腦，熱愛操作［2］。但是，在傳統教育觀念和教學模式的束縛下，高中物理實驗教學與現代科技的融合程度普遍較低，這也是本文要重點探討解決的問題。若無法在物理實驗教學中高效融合現代科技，那么物理實驗教學的效益只會與理想化漸行漸遠，同時也無法精準地根據科技發展動態預測教育發展趨勢和采取相應行動以適應、引領變革。

2"高中物理實驗教學與現代科技有效融合的意義

2.1"合理利用現代科技，增強實驗教學內容與方式的拓展性

傳統物理實驗課程的內容設置與開展方式相對來說較為固定，都是機械化的實驗步驟與操作，在數據分析方面也只是以實驗數據與實驗原理相契合為目的，靈活性和創新性很少被考慮到，盡管必要的物理知識與技能是通過一些基礎實驗來進行掌握的，但在日新月異的高科技時代中，這些實驗已經無法滿足學生的發展需求［3］。首先，學生可利用虛擬實驗軟件進行預備實驗，在預備實驗的基礎上，學生可進行規范實驗。其次，在教師的引導下，學生可以利用科技手段進行自主實驗設計和探索，給予學生發展物理學科核心素養的機會。最后，現代科技可輔助教師對學生實驗進行全程指導，以達成高質量的教學管理效果。

2.2"提高實驗效率與精度，增強實驗安全性

劍橋大學的貝爾納教授曾說，在一切實驗科學中，取得數據的技術幾乎同數據本身同等重要。若要追求真理，就要在實驗過程中保證實驗設計與操作的科學性，保持嚴謹的科學態度，以及高精度的硬件設備支撐。虛擬仿真技術、數字化技術與大數據的應用不僅使實驗數據的獲取和處理更加精確高效，也為學生實驗的數據收集與分析提供了便利。基于現代科技設備的實驗能夠保證實驗過程的安全性，如設備的過熱、過載、漏電保護以及對實驗操作的實時監測與操作指示功能。

2.3"培養學生的科學探究能力，啟迪學生的科技創新思維

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》明確要求學生要培養科學探究意識，關心國內外科技發展的現狀與趨勢，追求科技創新［4］。在傳統物理實驗中，學生往往循規蹈矩地參照實驗指導書進行操作，實驗設計照本宣科，創新思維被限制。然而，現代科技的突飛猛進卻為學生提供了充足的實驗條件，學生在實驗時能夠擺脫更多干擾因素，如操作失誤、計算量龐大、時間管理失誤、安全問題等。因此，學生能夠在現代科技的支持下提升科學探究能力。同時，學生在與現代科技設備的合作中，能感悟到科技發展給人類的教育、生活、經濟等方面帶來的巨大沖擊，這也激發了學生自身的科技創新思維［5］。

3"現代科技在高中物理實驗教學中的融合策略

3.1"巧設課堂導入，彰顯科技發展魅力

“巧”的精髓在于學生可以直觀感受到我國以及世界科技發展的魅力，所以教師需要在充分了解現代科技發展的最新成果與趨勢的基礎上巧妙設計課堂導入。教師可以將課堂導入生活化，結合生活實際讓學生了解科技在物理和生活領域的應用。教師可以在實際條件允許的情況下向學生展示部分科技產品的實物，若實際條件不允許，教師也可借助先進多媒體資源向學生展示科技產品的樣圖及其實際應用場景。這樣的課堂導入不僅體現著趣味性，也能使學生體會到物理知識的應用價值。

例如，在講授人教版高中物理必修三的《電磁感應與電磁波初步》時，以展示當前電磁學研究領域的前沿發展作為課堂引入，介紹以電磁學為基礎的電力、通信、醫學以及工業等領域的最新成果和發展趨勢。在引入時，向學生提及智能手機的NFC功能，NFC的工作原理其實就是電磁感應。基于學生日常應用NFC的情況，如圖書館門禁系統、電子交通刷卡系統、信息讀取以及數據傳輸等，其廣泛的用途能夠使學生產生挖掘NFC背后原理的興趣與積極性。這樣便能成功帶領學生進入課堂，在有了這些前沿知識的補充后，學生對電磁學本身及其發展方向有了了解，感受到科技發展的魅力，在好奇心的驅使下繼續探索電磁學領域。

3.2"優選實驗課題，指引學生充分預備

學生的物理知識水平的高低與實驗操作技能的強弱是選擇物理實驗課題的度量尺，依托現代科技設備選擇一個有趣且兼顧理論深度與實驗難度的實驗課題，學生會憑借興趣全身心投入實驗中。確定實驗課題后，學生進行預備工作，教師作為“風向標”，借助先進資源與科技設備為學生充實自身知識儲備提供便利，并要確保學生對實驗所涉及的概念與原理有一定的了解，熟悉實驗步驟。在保證實驗充分預備的前提下，加強學生的安全意識，確保現代科技設備的安全性，以避免實驗過程中的安全問題。

例如，在學習人教版高中物理必修三時，教師可以利用Nobook虛擬實驗室，讓學生在正式實驗前進行虛擬實驗預習，Nobook虛擬實驗室操作簡單，測量精準，Nobook虛擬實驗中包含實物圖、電路圖、數據收集與分析圖表。以“測量水果電池的電動勢和內阻”實驗為例，教師可引導學生借助多媒體進行本次趣味性預備實驗，幫助學生初步建立實驗模型。首先，學生根據使用指南和教師引導了解“測量水果電池的電動勢和內阻”的實驗目的，熟悉實驗原理。其次，學生根據實驗課題在Nobook虛擬實驗室中選擇實驗器材，本次實驗在Nobook虛擬實驗室中已提供實驗原理圖，以幫助學生進行虛擬實驗器材的調整與配置。最后，學生可依據Nobook虛擬實驗室提供的詳細實驗步驟進行實驗操作。學生在實驗操作過程中，不僅有教師指導，Nobook虛擬實驗室還有“邊做邊看”功能，能夠保證學生實驗操作的正確性和實驗環節的流暢性。在虛擬仿真實驗結束后，學生得出結論，可以點擊“實驗報告”進行查看。預備階段結束后，教師可組織學生脫離虛擬實驗室，提供實物讓學生再次進行有突破性的實驗，不再停留重復先前的操作，從而將學生的實驗動手能力再拔高一個維度。

3.3"依托設備優勢，自主創新實驗設計

現代科技設備在降低實驗難度與門檻的同時提高了實驗效率與質量，也鍛煉了學生的大腦與雙手。對于部分先進地區的學校來說，目前已經為學生提供了前所未有的先進實驗條件，這讓學生在更廣闊、更深層的物理領域中探索時能夠更好地培養創造性思維。學生自主創新實驗設計時要注意“自主”并非“單獨”，學生小組合作可以設計出新穎、獨特的實驗方案。在明確實驗目的后，教師限制科技實驗設備的適用范圍，學生明確自身主體地位，切忌成為一個依賴設備的器械操作者。依據科技設備明確實驗方向，選擇實驗方法，進行實驗步驟的設計，這是整個實驗的核心命脈，需要嚴謹考慮實驗條件。學生在自主創新實驗設計的時候，教師要及時向學生指明實驗時長設置的合理性，以確保學生能夠高效高質地操縱設備。在實驗過程中，教師巡回指導學生操作，鼓勵學生大膽動手，并實時進行提問，以增強學生的實驗參與感。最后，應在本次實驗的基礎上，反思實驗的不足，為后續的實驗提供改進措施。

例如，在講授人教版高中物理必修三時，教師可憑借資源優勢就近選擇“地磁場分布特征的測量”實驗。教師可以提供生活材料（如縫衣針、小磁鐵、塑料瓶蓋、細線與硬紙板等），組織學生進行自制教具活動，比如“簡易磁力計的制作”。然后，在本次自制教具活動的基礎上告知學生實驗課題，組織學生當堂限時使用智能手機并提供實驗軟件（如手機軟件Phyphox），該軟件操作簡單、數據真實可信。同時，向學生科普智能手機硬件中所含磁力計的用途以及磁力計正常工作的環境要求與注意事項，將實驗任務派發給學生小組后進行自主創新實驗，小組合作商討“地磁場分布特征的測量”實驗的具體步驟，教師在學生進行活動的過程中要勤于指導、善于發現問題并能給出解決方案，在實驗安全可行的情況下再進行實驗操作。學生在了解該軟件的性能后開始操作，此時的手機就好比一個磁傳感器，對手機進行旋轉移動就可以隨時隨地自測所處位置的x軸、y軸、z軸方向上的磁力值，同時可實時得出清晰的數據分析圖表，這樣不僅避免了肉眼觀察的誤差，也優化了實驗的操作。

結語

身為教育工作者，筆者深知需要巧妙運用物理實驗教學的精髓。雖然當前物理課堂在現代科技應用方面已經具備明顯優勢，但在實施過程中仍會面臨各種挑戰。因此，要在高中物理實驗課程與現代科技融合的土壤中深耕細作，及時采取合理的策略和建議，不斷地反思改進教育教學過程中的盲點，從而實現教育教學的卓越提升。

參考文獻：

［1］王小紅.巧設物理實驗提升高中物理教學實效［J］.中學課程輔導，2024（06）：8486.

［2］夏光輝.生活化教學“喚醒”高中物理課堂［J］.數理天地（高中版），2023（02）：1416.

［3］張敏，文福安，劉俊波.高質量虛擬仿真實驗教學課程內涵和特征［J］.實驗技術與管理，2022，39（03）：14.

［4］李進.初中物理實驗創新的數字化策略與案例［J］.中學物理，2024，42（10）：1821.

［5］陸延青.教育、科技、人才一體推進背景下高等教育對基礎研究資助的新需求［J］.中國科學基金，2024，38（02）：248253.

作者簡介：王懷文（2001—"），男，漢族，陜西旬陽人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學；趙建果（1981—"），男，漢族，河南蘭考縣人，博士研究生，教授，研究方向：新型儲能和光磁材料。