數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

孫文超

摘 要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中理科的學(xué)習(xí)中起到了相當(dāng)重要的作用，是幫助提高學(xué)生實(shí)踐、科學(xué)與探究能力，促使學(xué)生全方位發(fā)展的最基本途徑之一。隨著現(xiàn)代化數(shù)字科技的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)也被合理應(yīng)用到了高中物理的教學(xué)中。將教學(xué)方式與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)合理的融合，進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中物理學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 高中物理 教學(xué)應(yīng)用

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將信息、傳感等技術(shù)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行合理結(jié)合的一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，它在幫助實(shí)驗(yàn)技術(shù)的革新與發(fā)展中起到了積極的作用，并與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段相呼應(yīng)，進(jìn)一步提升了高中物理課堂的教學(xué)效率。合理應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成探索性思維模式，為以后的物理學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常由：硬件、軟件、計(jì)算機(jī)三方面構(gòu)成。其中硬件包含傳感器與采集器;軟件則分為通用軟件與專用軟件，利用計(jì)算機(jī)軟件將硬件中采集到的數(shù)據(jù)處理后形成圖像與圖像方式，從而找出其中的物理規(guī)律，進(jìn)一步幫助學(xué)生全面發(fā)展成新時(shí)代所需要的高素質(zhì)高能力人才。

一、完成以往無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)

教師在進(jìn)行物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，不少實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都是稍縱即逝的，很難讓學(xué)生充分觀察，例如在講解電流大小與方向時(shí)，電流的相關(guān)數(shù)據(jù)都是瞬間變化的。因此教學(xué)中這些問(wèn)題的出現(xiàn)很大幾率會(huì)造成教師與學(xué)生就知識(shí)認(rèn)知方面的誤解。然而在利用全新的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段后，就可以很好地將這些易變且抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可反復(fù)觀察研究的數(shù)據(jù)，既充分展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又幫助學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的現(xiàn)象與規(guī)律，為日后的物理學(xué)習(xí)起到了很大幫助。

例如在進(jìn)行人教版高一物理《牛頓第一定律》時(shí)，教師要明確如：“理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，知道物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持”;“理解牛頓第一定律，知道它是邏輯推理的結(jié)果，不受力的物體是不存在的”等教學(xué)目標(biāo)，并利用數(shù)字化將“在講臺(tái)上放一小車，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)。人推車走，不推車停，由此看來(lái)必須有力作用在物體上，物體才運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力作用在物體上，物體就不運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)效果轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)進(jìn)一步幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容。同時(shí)還要讓學(xué)生進(jìn)行思考“自行車蹬一段時(shí)間后停止蹬車，自行車會(huì)滑行一段距離;溜冰;冰面上踢出去的冰塊”等問(wèn)題，充分做到結(jié)合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)完善對(duì)于相關(guān)知識(shí)的掌握。

二、做到精準(zhǔn)測(cè)量，將定性分析變?yōu)槎垦芯?/p>

在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通常都需要盡可能避免實(shí)驗(yàn)誤差的出現(xiàn)，而避免實(shí)驗(yàn)誤差的方式有兩種：首先是盡最大可能提高實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)手法的精確性與準(zhǔn)確性;其次是要找出更符合教學(xué)理念的設(shè)計(jì)思路。而數(shù)字化教學(xué)手法中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的測(cè)量精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器，如在進(jìn)行力的大小測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以精確到10N，這在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備中是無(wú)法達(dá)到的。此外，因部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件的不足，導(dǎo)致了不少教材中的實(shí)驗(yàn)無(wú)法拿到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行演示。如在講解牛頓第二定理時(shí)，不少力與反作用力等實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)課堂中只能利用定性分析，而利用數(shù)字化教學(xué)手段就可以充分將定性分析轉(zhuǎn)化為定量研究。

例如在進(jìn)行人教版高一物理《超重和失重》一課時(shí)，教師結(jié)合超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象，利用牛頓第二定律來(lái)分析超重和失重的原因，并使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)法充分了解到完全失重現(xiàn)象。在正是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，教師可以先將太空生活的片段作為情景導(dǎo)入給學(xué)生們，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行閱讀教材中的航天員乘船感受，在腦海中充分掌握有關(guān)超重與失重的感念，從而教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)果出來(lái)后，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如“一質(zhì)量為50KG的同學(xué)站在電梯內(nèi)的體重計(jì)上，電梯以0.6m/s的加速度勻速上升，則該同學(xué)處于什么狀態(tài)，該同學(xué)對(duì)體重計(jì)的壓力為多少？體重計(jì)的讀數(shù)是否有變化？”等問(wèn)題的研究，從而增強(qiáng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)效果與理論相結(jié)合的方式解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)，開闊實(shí)驗(yàn)范圍

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備通常擁有采集數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高，適應(yīng)能力強(qiáng)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。因此在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，充分使用現(xiàn)代化的數(shù)字設(shè)備，可以幫助教師將教材中原有的只能存在于理論中的實(shí)驗(yàn)變成可操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而幫助學(xué)生拓展實(shí)驗(yàn)范圍。例如在進(jìn)行瞬時(shí)速度概念的相關(guān)講解時(shí)，傳統(tǒng)的方式是利用板書將理論知識(shí)進(jìn)行傳導(dǎo)，而使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的速度傳感器就可以更有效的幫助學(xué)生進(jìn)行物體瞬間速度的測(cè)定與認(rèn)識(shí)。

例如在進(jìn)行人教版高一物理《力的分解》的學(xué)習(xí)中，教師可先將具體的知識(shí)技能如“理解力的分解的概念，理解力的分解是力的合成的逆運(yùn)算，遵循平行四邊形定則”“初步掌握實(shí)際問(wèn)題中，一般要根據(jù)力的作用效果確定分力的方向”傳達(dá)給學(xué)生，然后將“實(shí)驗(yàn)1：學(xué)生演示斜拉行李箱向前運(yùn)動(dòng)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下理解，斜向上拉動(dòng)平面物體會(huì)產(chǎn)生水平向前的作用效果;實(shí)驗(yàn)2：利用小車代替行李箱，模擬拉箱的過(guò)程，用塑料板擴(kuò)大小車的運(yùn)動(dòng)的范圍，教師打開電子秤的電源，斜拉小車讓其運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生讀數(shù)并記下運(yùn)動(dòng)前后的示數(shù)”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)用數(shù)字化手法進(jìn)行出來(lái)，從而觀察物體受到斜向上的力作用后的示數(shù)，再進(jìn)行比較，進(jìn)一步幫助學(xué)生培養(yǎng)觀察能力與探究能力，對(duì)揭示物理規(guī)律與培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力起到了良好的促進(jìn)作用。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)高中物理課堂快速發(fā)展的必要因素，更是促使物理教學(xué)革新，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力的重要手法，因此，廣大高中物理教師們要積極改變自身傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，合理利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)手法增進(jìn)學(xué)生的理性感知能力與攻克學(xué)習(xí)難點(diǎn)毅力，從而培養(yǎng)全方位高素質(zhì)的物理型人才，最終實(shí)現(xiàn)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有利發(fā)展與提升。

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