數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在農(nóng)村高中使用現(xiàn)狀與對(duì)策的研究

莫君榮

（安徽省廬江中學(xué) 安徽合肥 231500）

物理是一門在生活中有著廣泛應(yīng)用的學(xué)科，具有較強(qiáng)的操作性和實(shí)踐性，因此，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中非常重要的部分，是學(xué)生學(xué)好物理、提高物理素養(yǎng)的基礎(chǔ)，有效的實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生深入掌握知識(shí)原理，不斷提高其實(shí)踐能力。信息化背景下，隨著新課改的不斷深入，對(duì)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提出更高要求，需要物理教學(xué)也要不斷創(chuàng)新。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)用于教學(xué)，在提高實(shí)驗(yàn)精密度和速度、實(shí)驗(yàn)形式等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有助于激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，鞏固對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，對(duì)于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰皩?shí)驗(yàn)教學(xué)效果產(chǎn)生了積極的促進(jìn)作用。但在農(nóng)村高中教學(xué)中，由于受教育投資不足、教師數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)用能力等因素所限，影響了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用。需要教師因地制宜，充分利用現(xiàn)有條件促進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在物理教學(xué)中的使用，以不斷優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ龠M(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)有效提升。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)用于高中物理教學(xué)的意義

在高中物理教學(xué)中，基于學(xué)科的實(shí)踐性較強(qiáng)，需要教師重視演示實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生對(duì)知識(shí)原理的認(rèn)知和應(yīng)用。在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中，因受常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器、材料以及實(shí)驗(yàn)危害等因素的影響，限制了實(shí)驗(yàn)對(duì)物理現(xiàn)象及過程的精確快速反映，且在實(shí)驗(yàn)中受數(shù)據(jù)采集和處理所限，影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)質(zhì)量和效果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)，有助于提高實(shí)驗(yàn)精密度和速度，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)形式的多元化，不斷優(yōu)化學(xué)生課堂演示實(shí)驗(yàn)，使其在實(shí)驗(yàn)操作中實(shí)現(xiàn)新突破，幫助學(xué)生了解并運(yùn)用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，使其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ粩嗵嵘?，極大激發(fā)學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)的積極性的探究能力。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在農(nóng)村高中的使用現(xiàn)狀及對(duì)策

（一）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在農(nóng)村高中的使用現(xiàn)狀

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過實(shí)時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和智能控制等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的全面整合，有極大的優(yōu)勢(shì)。在農(nóng)村高中物理教學(xué)中，由于教育經(jīng)費(fèi)不足，導(dǎo)致在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的投入方面受限，難以有效發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的促進(jìn)作用。在農(nóng)村高中物理教學(xué)中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器使用中主要存在如下問題：

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格相比普通儀器更為昂貴

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格較為昂貴，而農(nóng)村高中教學(xué)中，受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平及教育經(jīng)費(fèi)不足所限，導(dǎo)致學(xué)校在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的投入方面跟不上。表現(xiàn)在教學(xué)中，難以根據(jù)高中物理教學(xué)及學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ嵘枧鋫湎嚓P(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，使得在日常物理教學(xué)中，仍然以使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材為主。一方面不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性的調(diào)動(dòng)，難以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，另一方面，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程的展示、數(shù)據(jù)的提取及物理原理的揭示等方面難以達(dá)成良好效果，不利于學(xué)生物理素養(yǎng)的提升和實(shí)踐能力的提升。

2.各生產(chǎn)廠家數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器不通用

信息化背景下，從事數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器生產(chǎn)的廠家在不斷增加。在產(chǎn)品特性方面，各廠家的儀器各有自己的優(yōu)勢(shì)和不足，但出于保護(hù)本企業(yè)生產(chǎn)的原因，市場(chǎng)上的數(shù)字化儀器之間缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和性能且無法通用。如，某家企業(yè)采集器無法采用另一家企業(yè)的傳感器，導(dǎo)致學(xué)校在采購(gòu)儀器時(shí)，只能從一家采購(gòu)，影響了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)驗(yàn)效果，也在一定程度上增加了學(xué)校的經(jīng)費(fèi)投入。

3.各數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器操作便捷性不夠

從目前學(xué)?，F(xiàn)有的一些數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的使用情況看，儀器在使用操作方面不夠簡(jiǎn)便，表現(xiàn)在數(shù)字化儀器的使用界面較為復(fù)雜，教師在展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間研究和熟悉，而學(xué)生要正確操作并達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果則難度更大。一些產(chǎn)品使用時(shí)附帶有手持式顯示器，但因界面小且展示的數(shù)據(jù)信息繁雜，在缺乏專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)的情況下不利于教師掌握和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。

4.教師對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器缺乏了解

由于學(xué)校在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器方面的投入不足，使得儀器在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用不是很普遍，加之缺乏對(duì)教師的相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)，導(dǎo)致教師在物理實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于現(xiàn)有的一些數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的性能及使用了解不足。學(xué)校目前只有少數(shù)教師參加過一些數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在教學(xué)中的應(yīng)用觀摩活動(dòng)，而參加的教師由于缺乏可供操作的儀器也無法實(shí)現(xiàn)儀器的效果，更多教師則較少有接觸使用儀器的機(jī)會(huì)。還有一些學(xué)校雖然購(gòu)買進(jìn)一部分實(shí)驗(yàn)儀器，但因缺乏內(nèi)部的推廣和交流研討，導(dǎo)致校內(nèi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器出現(xiàn)閑置現(xiàn)象，沒有很好地加以利用并發(fā)揮作用。

（二）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在農(nóng)村高中使用對(duì)策

1.加強(qiáng)教師數(shù)字化儀器操作使用技能培訓(xùn)

新課改背景下，從學(xué)校長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展看，物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的推廣使用是大的趨勢(shì)，學(xué)校需要重視數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在教學(xué)中的推廣和使用，一方面加大資金投入，以充實(shí)和完善本校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，另一方面，要聘請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)學(xué)校教師數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的操作使用及維護(hù)方面的技能培訓(xùn)，不斷提高教師的專業(yè)化素養(yǎng)[1]。同時(shí)，學(xué)校要多組織教師外出參觀學(xué)習(xí)，并與同行就數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器及教學(xué)展開交流，吸納先進(jìn)學(xué)校的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)本校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的推廣和使用，真正發(fā)揮其對(duì)優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的促進(jìn)作用。

2.借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器激發(fā)物理實(shí)驗(yàn)興趣

與單純的教材及口頭教學(xué)相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以動(dòng)態(tài)模擬多種實(shí)驗(yàn)器具、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)學(xué)生具有很大的吸引力[2]。教師可充分借助其直觀性的特點(diǎn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)興趣，以營(yíng)造思維活躍的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂。如，在彈力章節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要激發(fā)學(xué)生對(duì)彈力相關(guān)知識(shí)的興趣，教師可帶領(lǐng)學(xué)生熟悉了解數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，面對(duì)新穎的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)道具，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生動(dòng)手操作的興趣，教師可適時(shí)提出教學(xué)導(dǎo)問：如何做可以導(dǎo)致物體發(fā)生彈性形變，以及塑性形變？這兩種形變有什么區(qū)別？在問題的引導(dǎo)下，學(xué)生會(huì)充滿興趣地利用實(shí)驗(yàn)器材，利用兩個(gè)力傳感器展開對(duì)拉實(shí)驗(yàn)，或借助帶有彈力測(cè)力器功能的彈力球展開實(shí)驗(yàn)探究，并得出結(jié)論：彈性形變意即受力物體變形后還能夠恢復(fù)原狀，塑性形變則是變形后無法恢復(fù)原有形狀。通過運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器輔助教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的探究操作興趣，提高了其動(dòng)手操作能力和思維能力，有助于促進(jìn)課堂教學(xué)效率提升。

3.借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器優(yōu)化教學(xué)重難點(diǎn)

高中物理不僅概念、原理繁多且抽象性強(qiáng)，僅靠書面講解或傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作，難以使學(xué)生快速理解教學(xué)內(nèi)容。教師可借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境的模擬，以增加實(shí)驗(yàn)的生動(dòng)感，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思考力，對(duì)于重難點(diǎn)還可以進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的掌握[3]。如，在串聯(lián)和并聯(lián)章節(jié)的教學(xué)中，不少學(xué)生難以理解電路圖，教師可借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器為學(xué)生進(jìn)行電路連接過程的演示，使學(xué)生直觀地觀察步驟及產(chǎn)生的現(xiàn)象，再給學(xué)生提供自主操作的時(shí)間，鼓勵(lì)學(xué)生自由發(fā)揮創(chuàng)意，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，教師可在此過程中了解學(xué)生的知識(shí)薄弱點(diǎn)并進(jìn)行有針對(duì)性教學(xué)，使學(xué)生正確掌握電路圖畫法，優(yōu)化了教學(xué)重難點(diǎn)。

4.借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器以鞏固知識(shí)內(nèi)容

在物理教學(xué)中會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，學(xué)生雖然掌握了理論知識(shí)，但由于缺乏與生活實(shí)際的聯(lián)系，而不能加以利用并實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化吸收。教師可結(jié)合基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器展開教學(xué)，使學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐聯(lián)系起來，增進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解和記憶。如，在教學(xué)磁生電章節(jié)的內(nèi)容中，教師可首先進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)：首先把一枚導(dǎo)體串聯(lián)起一塊電流表和開關(guān)，然后在導(dǎo)體旁放置一塊 U 形磁鐵，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中保持靜止時(shí)，學(xué)生會(huì)觀察到電子電流表沒有度數(shù)，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中垂直進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)依然沒有度數(shù)，當(dāng)導(dǎo)體以左右、斜向形式在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)電子電流表刻度產(chǎn)生度數(shù)。通過上述操作，學(xué)生就快速理解了當(dāng)一部分導(dǎo)體在閉合電路及磁場(chǎng)中進(jìn)行切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流現(xiàn)象，并認(rèn)知到感應(yīng)電流的方向，不僅和導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)系，而且與磁感應(yīng)線方向有關(guān)系。通過這種教學(xué)增進(jìn)了學(xué)生的理解力，提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

綜上所述，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用，有助于提高學(xué)生的探究精神和實(shí)踐能力。需要學(xué)校加大實(shí)驗(yàn)儀器的投入及教師專業(yè)技能培訓(xùn)，以不斷優(yōu)化高中物理教學(xué)質(zhì)量和效率，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的增強(qiáng)。