運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性

詹朝勝

（福建省平和第六中學(xué)，福建漳州 363703）

引 言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，新課改對(duì)基礎(chǔ)義務(wù)教育的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量有更高的要求，創(chuàng)新教學(xué)方法和手段以及更新教學(xué)內(nèi)容是當(dāng)前初中物理教學(xué)的一個(gè)重任。物理是一門貼近生活、揭示自然規(guī)律的學(xué)科。學(xué)習(xí)物理，動(dòng)手實(shí)踐探究能力是每一個(gè)學(xué)習(xí)者必備的技能，實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的一個(gè)有效途徑。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于彌補(bǔ)課堂傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，將物理學(xué)科與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，開拓學(xué)科眼界[1]。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)概述

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生于21世紀(jì)初的十年課程改革對(duì)科學(xué)教育的反思。現(xiàn)階段，課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維以及實(shí)際科學(xué)探究能力的培育，強(qiáng)調(diào)科學(xué)學(xué)習(xí)與生活結(jié)合，現(xiàn)代信息技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，催生了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的降生。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，也稱DIS。當(dāng)前，許多省份的中學(xué)里都配備了專門的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦計(jì)算機(jī)（配有相應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件），以及各種教學(xué)輔助材料和教具。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐為基礎(chǔ)，通過實(shí)時(shí)測量，運(yùn)用傳感器連接電腦終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)內(nèi)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和智能控制，因此，傳感器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的重要因素。傳感器包括力傳感、聲波傳感、溫?zé)醾鞲?、磁傳感等多種類型的傳感器，它能準(zhǔn)確將實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的溫度、力、距離、聲波等轉(zhuǎn)換成可被計(jì)算機(jī)識(shí)別和使用的信號(hào)數(shù)據(jù)，最后通過軟件分析，進(jìn)行計(jì)算，并總結(jié)成文。通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生更加直觀地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)結(jié)論；還能激發(fā)學(xué)生的探究欲，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，提高物理學(xué)科素養(yǎng)。

二、當(dāng)前初中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中有諸多優(yōu)勢，但也存在一些不足之處。要想更加有效地進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要明確當(dāng)前的問題，積極尋找有效手段，克服局限。

首先，初中物理教學(xué)可供開發(fā)利用的實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀蛔?。即使教師可以自己制作模板，但是人力有限，自己制作的?shí)驗(yàn)?zāi)０鍩o法滿足所有物理實(shí)驗(yàn)的需要。

其次，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生無法掌握對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材的正確使用和實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序。也就是說，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)減少了學(xué)生親密接觸物理實(shí)驗(yàn)儀器的機(jī)會(huì)，不利于他們掌握使用實(shí)驗(yàn)儀器的正確方式和一些實(shí)驗(yàn)的小技巧。例如，用試管加熱液體時(shí)試管需要傾斜，用溫度計(jì)測量酒精時(shí)水銀柱的變化等，這些在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中都通過傳感器來實(shí)現(xiàn)了，學(xué)生無法真實(shí)感知到實(shí)驗(yàn)的過程。

最后，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)必須依靠傳感器進(jìn)行，而物理實(shí)驗(yàn)需要用到的傳感器種類較多，需要投入大量的資金支持，這對(duì)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后的地區(qū)而言是一個(gè)難以解決的問題。

另外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的綜合素養(yǎng)要求較高。初中生剛開始學(xué)習(xí)物理，學(xué)科水平尚不能達(dá)到，因此，探究數(shù)字化實(shí)驗(yàn)更加有效地應(yīng)用于初中物理教學(xué)是十分有必要的。

三、利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效途徑

筆者根據(jù)自身多年教學(xué)經(jīng)歷，總結(jié)了幾條教學(xué)建議。

1.政府和學(xué)校應(yīng)加大支持力度，建立數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、探究能力有顯著的積極效果，有條件的情況下，應(yīng)該建立一個(gè)完備的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

如果條件不足，那么學(xué)校教師可以自行成立數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)小組，共同合作，制作一些經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，盡可能地為學(xué)生創(chuàng)造更多的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

2.提高教學(xué)效率，注重經(jīng)典案例的模范作用

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，學(xué)生在剛開始學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的把握并不能十分精準(zhǔn)，且難以理解抽象的物理理論知識(shí)。教師在運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，要注重經(jīng)典實(shí)驗(yàn)案例的展現(xiàn)和再操作。教師可以將學(xué)生分為若干小組，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分別指導(dǎo)，讓他們對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有更加直觀清晰的了解，這樣有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量和水平[2]。

例如，在講解電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是在閉合的電路中，用一導(dǎo)體在磁場中做切割運(yùn)動(dòng)，然后觀察電流表的指針變化情況，從而確定電與磁存在一定的關(guān)系。但是，實(shí)際上實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的電路是非常小的，電流表的指針變化并不容易被觀察到。運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)則能十分準(zhǔn)確地采集電流變化的數(shù)據(jù)，并對(duì)它們進(jìn)行處理分析，幫助學(xué)生理解電流、磁場、導(dǎo)體的關(guān)系，以及運(yùn)動(dòng)在實(shí)驗(yàn)中所發(fā)揮的功能，進(jìn)一步得出電與磁的關(guān)系，充分認(rèn)識(shí)交流電的概念和內(nèi)涵。

3.結(jié)合生活實(shí)際，用實(shí)驗(yàn)打通生活與科學(xué)的通道

初中物理涉及的知識(shí)點(diǎn)比較基礎(chǔ)，但是學(xué)生還是較難理解宏觀的物理空間以及抽象的物理理論知識(shí)。通過一個(gè)個(gè)物理小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很快能將隨處可見的生活現(xiàn)象與奇妙的物理原理相關(guān)聯(lián)，有助于化抽象為具體，提高教學(xué)效率。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)普通的生活現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)據(jù)化的處理，還能有效減少實(shí)驗(yàn)誤差，保證實(shí)驗(yàn)的理想性。

例如，在探究物質(zhì)的比熱容實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了驗(yàn)證“不同的物質(zhì)在質(zhì)量相等、溫度變化相同的情況下，吸熱能力的大小是不同的”這個(gè)定律，在兩個(gè)燒杯中分別放入等質(zhì)量的清水和砂石兩種物質(zhì)，杯中分別插入一支溫度計(jì)，溫度計(jì)頂端與溫度傳感器連接，此時(shí)，放棄使用酒精燈，轉(zhuǎn)用恒溫加熱器，有助于保證兩個(gè)燒杯外部溫度變化一致，之后再觀察溫度計(jì)的溫度變化，以及計(jì)算機(jī)軟件上所得的數(shù)據(jù)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，再換另外兩個(gè)分別裝有等質(zhì)量的清水和食用油的燒杯，進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，基本可以證明不同的物質(zhì)在質(zhì)量相等、溫度變化相同的情況下，吸收的熱量不等，即不同的物質(zhì)比熱容不同。利用這一結(jié)論，再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)行思考。

4.結(jié)合虛擬設(shè)備，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

上文提到，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)也存在一些弊端，因此，初中物理教學(xué)需要多種實(shí)驗(yàn)方式相結(jié)合，博采眾長，為我所用。例如，在聲波傳遞范圍的實(shí)驗(yàn)中，可以下載一些虛擬示波設(shè)備，然后再進(jìn)行聲音傳播范圍測試的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既可以觀察數(shù)據(jù)變化，也可以在軟件窗口中觀察聲波的波形變化，并以此來判斷聲音的遠(yuǎn)近。在對(duì)比不同發(fā)音體的聲音特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中，可以將同一個(gè)發(fā)音體兩次發(fā)出的不同響亮程度的兩段聲音錄進(jìn)電腦，并對(duì)比其波形變化，從而判斷兩段聲音的頻率和振幅。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合有助于完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式和手段，幫助學(xué)生更好地理解物理知識(shí)，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)增添新的動(dòng)力；有助于使初中物理教學(xué)改革漸入佳境，帶動(dòng)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的革新[3]。

結(jié) 語

利用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助現(xiàn)代教育是時(shí)代發(fā)展的需要，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用符合新課改的要求，是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的歷史必然趨勢。但是當(dāng)前數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用還面臨諸多問題，需要廣大教研人員共同努力，為物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造更加光明的坦途。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 程建軍.運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性[J].中學(xué)物理,2017,35(20):14-15,30.

[2] 馬麗.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].學(xué)子(理論版),2016,(15):18.

[3] 陳珊珊.現(xiàn)代教育技術(shù)支持下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[D].華中師范大學(xué),2016.