數(shù)字化在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

周敦瑞

【摘要】由于受到應(yīng)試教育理念的影響，傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體重視程度并不是很高，現(xiàn)有的教學(xué)模式更多的是為了應(yīng)付考試，根本沒(méi)有通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的思維模式。文章對(duì)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)展開(kāi)了分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)字化在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，為中學(xué)生的物理學(xué)習(xí)水平提升提供了保證。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化;中學(xué)物理實(shí)驗(yàn);應(yīng)用對(duì)策

【基金項(xiàng)目】本文為周寧縣中學(xué)教育科學(xué)研究2019年度課題“結(jié)合信息化技術(shù)對(duì)中學(xué)生物理學(xué)科探究能力培養(yǎng)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：ZN2019013）階段性成果。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，越來(lái)越多的新型技術(shù)手段被廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域中，科技已經(jīng)逐漸成為各領(lǐng)域發(fā)展中非常重要的組成部分之一?，F(xiàn)如今我國(guó)已經(jīng)全面進(jìn)入數(shù)字化、信息化時(shí)代，各種不同類型先進(jìn)的技術(shù)手段在很多領(lǐng)域得到合理應(yīng)用，尤其是在教學(xué)中可以實(shí)現(xiàn)改革、創(chuàng)新，以滿足學(xué)生日常學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求。

在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直以來(lái)都是物理學(xué)科中必不可少的重要組成部分，所以必須要引起足夠的關(guān)注和重視。教師在保證實(shí)現(xiàn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字化的同時(shí)，可以對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)變，節(jié)省人力、物力與時(shí)間。這樣有利于打破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降木窒蓿饾u邁入到全新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ疆?dāng)中，提高中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體水平。

一、傳統(tǒng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

現(xiàn)如今，我國(guó)已經(jīng)全面進(jìn)入信息化、數(shù)字化時(shí)代，各種不同類型的先進(jìn)技術(shù)手段在很多領(lǐng)域都可以得到科學(xué)合理的引進(jìn)和利用，尤其是在教學(xué)領(lǐng)域更是如此。在日常教學(xué)中，信息化技術(shù)、信息化背景下的各種不同類型的教學(xué)資源等，對(duì)整個(gè)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展具有非常重要的作用。尤其是在當(dāng)前新課程標(biāo)準(zhǔn)改革不斷深入的背景下，越來(lái)越多的教學(xué)手段在實(shí)踐中可以得到合理的應(yīng)用。

物理實(shí)驗(yàn)一直以來(lái)都是物理學(xué)科中非常重要的一部分，具有不可替代的作用，與理論教學(xué)之間是相輔相成的關(guān)系。物理實(shí)驗(yàn)的重要性越來(lái)越突出，尤其是當(dāng)前我國(guó)物理教學(xué)逐漸朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)中的占比相對(duì)較大。各種不同類型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在某種程度上都是以最基本的物理知識(shí)作為基礎(chǔ)的。通過(guò)對(duì)諸多物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，很多物理實(shí)驗(yàn)基本上都是選擇比較常見(jiàn)的幾種設(shè)備類型，比如酒精燈、溫度計(jì)、砝碼等[1]。這些傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)工具使用時(shí)間比較長(zhǎng)，在日常生活中可以找到替代品，無(wú)形當(dāng)中有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。教師在開(kāi)展中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，必須要引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)用自己的大腦，對(duì)其中涉及的不同類型的數(shù)據(jù)信息等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的記錄和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息的歸納和總結(jié)。在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，操作較繁瑣，很有可能會(huì)直接影響到實(shí)驗(yàn)速度，也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度會(huì)造成一定的影響。

二、數(shù)字化在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用

（一）數(shù)字化在“定量化”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

由于物理實(shí)驗(yàn)具有一定的抽象性、復(fù)雜性等特征，所以學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中難免會(huì)遇到各種不同類型的問(wèn)題，很難實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有效結(jié)合。部分教師的思想觀念還停留在傳統(tǒng)理念的背景下，對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體重視程度普遍比較低。在這種形勢(shì)下，要想實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)合理、有序地開(kāi)展，就必須要將數(shù)字化合理地應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的有序開(kāi)展[2]。在物理學(xué)科日常教學(xué)中，通常情況下可以直接通過(guò)傳感器測(cè)量的各種不同類型的物理量，必須要經(jīng)過(guò)符合現(xiàn)實(shí)要求的采集器進(jìn)行妥善處理之后，才能夠直接變成對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同類型信息數(shù)據(jù)的有效儲(chǔ)存、處理和分析。通過(guò)對(duì)各種不同類型數(shù)據(jù)的檢測(cè)和分析，可以實(shí)現(xiàn)有效地采集、整合和利用，所有的流程基本上都是在系統(tǒng)的內(nèi)部完成，最大限度避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器在使用時(shí)受到人為因素的影響而導(dǎo)致最終的測(cè)量結(jié)果存在嚴(yán)重的偏差問(wèn)題，影響到整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性。

比如，在電壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，可以直接將測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)到0.01V，而光電門的計(jì)時(shí)可以保證最終結(jié)果精準(zhǔn)到0.1ms，兩者之間存在的誤差問(wèn)題在經(jīng)過(guò)詳細(xì)的對(duì)比分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)之后，發(fā)現(xiàn)誤差控制在1%之內(nèi)。對(duì)于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)而言，能夠達(dá)到這種精準(zhǔn)度已經(jīng)非常高。

比如在壓強(qiáng)的傳感實(shí)驗(yàn)中，通常情況下都是直接利用工業(yè)級(jí)壓敏器件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。在經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析之后，最終得出的結(jié)果就是傳感器的量程控制在0至300kPa的范圍之內(nèi)，整個(gè)測(cè)量的分度已經(jīng)達(dá)到了0.1kPa，可以將實(shí)驗(yàn)中的壓強(qiáng)整體變化形勢(shì)真實(shí)地反映出來(lái)。對(duì)數(shù)據(jù)處理軟件涉及的各種不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，通常情況下可以直接將同一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接利用數(shù)字化的指針或者示波器等不同類型的方式，將最終的結(jié)果全部都真實(shí)地展示出來(lái)，這樣才能夠最大限度保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性[3]。

在對(duì)熔化與凝固條件實(shí)驗(yàn)的具體操作中，要結(jié)合現(xiàn)實(shí)要求，積極采取有針對(duì)性的措施，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的玻璃棒溫度計(jì)進(jìn)行合理的選擇和利用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量。在測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，可以對(duì)水浴法加熱措施進(jìn)行合理的應(yīng)用，但是不可避免的是整個(gè)實(shí)驗(yàn)中仍然存在很多缺點(diǎn)。比如溫度計(jì)的液泡體積相對(duì)比較大，尤其是在石蠟等材質(zhì)的試管當(dāng)中，如果無(wú)法處于中心位置，很容易就會(huì)直接靠近整個(gè)試管的邊緣位置處，那么此時(shí)實(shí)際溫度與海波溫度值相比要更高一些。在海波的整個(gè)熔化中，測(cè)量溫度與海波熔點(diǎn)相比，要更高一些。此時(shí)，更為嚴(yán)重的情況就是溫度一直在持續(xù)上升，這樣很容易對(duì)學(xué)生造成錯(cuò)誤的引導(dǎo)。通常情況下在完成實(shí)驗(yàn)之后，海波與石蠟會(huì)與溫度計(jì)全部都直接凝固在對(duì)應(yīng)的試管當(dāng)中，這樣很容易就會(huì)導(dǎo)致溫度計(jì)出現(xiàn)斷裂等問(wèn)題。在下次實(shí)驗(yàn)時(shí)，一旦與試管部分的固體距離較近，很有可能由于熔化吸熱等諸多因素的影響，導(dǎo)致其自身固體體內(nèi)的溫度較低。

（二）數(shù)字化在課堂物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容比較豐富，涉及的影響因素也比較多，各種不同類型的教學(xué)內(nèi)容太過(guò)于復(fù)雜、抽象，很多知識(shí)點(diǎn)的連接性非常強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的物理思維、思考方式、基礎(chǔ)知識(shí)等的要求普遍比較高。久而久之，學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度就會(huì)越來(lái)越低[4]。針對(duì)這一現(xiàn)象，教師要對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)理念與教學(xué)模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母铩?chuàng)新，以滿足新時(shí)期背景下學(xué)生日常學(xué)習(xí)的基本要求。

比如在“探究作用力與反作用力關(guān)系”這節(jié)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的影響下，教師普遍會(huì)直接用彈簧秤為學(xué)生進(jìn)行一系列的演示，引導(dǎo)學(xué)生直接對(duì)彈簧秤的兩端進(jìn)行拉扯，拉扯中必須要保證與地面保持平行的橫向拉扯狀態(tài)。教師也可以直接利用兩個(gè)大小完全一樣的小推車對(duì)彈簧稱的兩端進(jìn)行拉扯。這樣做的目的是對(duì)力的大小、關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的探究，還可以從中了解作用力與反作用力的基本關(guān)系和方向。由于這種實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主要是通過(guò)人力來(lái)進(jìn)行拉扯，所以很難對(duì)兩端的力量進(jìn)行均衡控制，無(wú)法保證兩端的力具有相同性特征。同時(shí)，彈簧秤本身具有一定的重量，彈簧秤當(dāng)中的各個(gè)零部件在整個(gè)拉扯中難免會(huì)受到不同程度的摩擦影響等。受到這些因素的影響，物理實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果無(wú)法得到有效保證，得到的數(shù)據(jù)很難確定是否具有可靠性、準(zhǔn)確性。

針對(duì)這一現(xiàn)象，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以直接采用數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證和分析。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的具體開(kāi)展中，可以直接用兩個(gè)力傳感器在物體兩端進(jìn)行拉扯。首先，在靜止的狀態(tài)下對(duì)物體兩端進(jìn)行拉扯，對(duì)靜止物體在力的作用下的具體變動(dòng)情況進(jìn)行分析，得出最終的結(jié)論。通過(guò)對(duì)傳感器的合理應(yīng)用，可以直接觀察在力的作用下物體具體變化情況。然后對(duì)運(yùn)動(dòng)中的物體在力的作用下的狀態(tài)進(jìn)行觀察。由此可以看出，傳感器在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的合理應(yīng)用，不僅可以直接根據(jù)物體變動(dòng)信息進(jìn)行力的作用力等相關(guān)知識(shí)的探究和深入分析，而且可以看作數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的一部分，對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化發(fā)展具有實(shí)質(zhì)性意義。

三、結(jié)語(yǔ)

在具體開(kāi)展中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，為了盡量減少各種資源的投入，必須要結(jié)合新時(shí)期背景下的整體發(fā)展形勢(shì)，與先進(jìn)的思想觀念等進(jìn)行有效結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。這樣不僅有利于為學(xué)生營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，而且可以最大限度提升物理教學(xué)的整體質(zhì)量和水平，滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，保證物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

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