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

劉 飛

（安徽省阜陽市潁泉區(qū)伍明鎮(zhèn)橋口中學(xué) 安徽阜陽 236000）

將數(shù)字教學(xué)方法運(yùn)用到初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以很好地促進(jìn)師生間的互動(dòng)交流，充分尊重學(xué)生的價(jià)值，體現(xiàn)教師對(duì)教學(xué)的指導(dǎo)作用。其既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

（一）有利于節(jié)約課堂時(shí)間

如果教師還停留在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上，那么在課堂上就會(huì)占據(jù)很大的空間，特別是在測量量化數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)占據(jù)更大的空間，從而影響到初中物理的教學(xué)。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以利用先進(jìn)的數(shù)字儀器，進(jìn)行快速的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算、分析、處理，節(jié)省了讀數(shù)、記錄和繪制的時(shí)間，從而得到更精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（二）有利于優(yōu)化觀察效果

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的終極目標(biāo)是讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)去觀察、去體會(huì)，從而使學(xué)生更好地體驗(yàn)和感悟物理知識(shí)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的觸覺、視覺、聽覺等有較強(qiáng)的刺激作用。教師在物理教學(xué)中，要讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)去自主學(xué)習(xí)和觀察，從而達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)，促使學(xué)生更好地體驗(yàn)和理解物理的知識(shí)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以很好地激起學(xué)生的觸覺、視覺、聽覺等，更符合學(xué)生的求知欲，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更細(xì)致的觀察。同時(shí)，教師通過運(yùn)用數(shù)字化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既加強(qiáng)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的宏觀化和直觀化，讓學(xué)生能夠清楚地看到物體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變化，又能最大限度地提高學(xué)生的觀察能力。

（三）有利于保證內(nèi)容完整

在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，難以直觀、完整地呈現(xiàn)某些變化，而且每次實(shí)驗(yàn)只能獲得一個(gè)點(diǎn)，從而對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果產(chǎn)生一定的影響。通過一系列快速、動(dòng)態(tài)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以將大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)串聯(lián)起來，形成一條線，在不上課的時(shí)候，可以重復(fù)播放。所以，教師首先要指導(dǎo)學(xué)生使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來獲取點(diǎn)，再將整個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集起來，幫助學(xué)生形成真實(shí)、全面的認(rèn)知。

（四）有利形成探究性學(xué)習(xí)的新模式

探究性學(xué)習(xí)是一種以實(shí)驗(yàn)為載體、以對(duì)物理規(guī)律的探究為依據(jù)、以學(xué)生為中心、尊重學(xué)生求知意愿的可持續(xù)教育方式。在探究式學(xué)習(xí)中，教師與學(xué)生開展探究式學(xué)習(xí)，能夠促進(jìn)學(xué)生的自主性，使學(xué)生自覺地自我調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)能力的形成。[1]

二、初中物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀和問題

在當(dāng)前的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師不能只強(qiáng)調(diào)對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的灌輸。在傳統(tǒng)的物理學(xué)課程中，一般教師往往缺少對(duì)實(shí)踐的重視，也缺少對(duì)實(shí)踐過程的反思。在現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般教師都是將實(shí)踐的流程與效果都告知給學(xué)生，教師則自行去實(shí)踐，而沒有留給學(xué)生實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅限于觀看視頻、觀看教師的實(shí)驗(yàn)，而不能深入探究。盡管在課堂教學(xué)中，教師是給學(xué)生留出時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行自行實(shí)驗(yàn)的，但是由于部分教師在本課程上課之前沒有做好充分的準(zhǔn)備，致使教學(xué)環(huán)節(jié)的成效不高，從而降低了教學(xué)的效果。如果在教學(xué)中，只是教師單一地做演示，不僅會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生的動(dòng)手操作能力，還嚴(yán)重影響了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的探究能力。導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)失去了興趣，從而導(dǎo)致課堂教學(xué)的效率下降。[2]

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）加強(qiáng)數(shù)字教學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)

通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，不僅可以有效地提高學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)，還可以在無形中提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從而有效地解決了課堂教學(xué)中的不足。因此，在教學(xué)中學(xué)校要注重加強(qiáng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。然而，由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，需要大量的資金和人力的支持，學(xué)校的管理人員，更傾向于將有限的資金用于學(xué)校的硬件設(shè)施，而忽略了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。因此，要轉(zhuǎn)變教育與教學(xué)發(fā)展的觀念，應(yīng)注重?cái)?shù)字化實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生的影響和作用，建立一個(gè)較好的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)過程中，不斷地提高對(duì)物理的認(rèn)識(shí)。加強(qiáng)對(duì)校方的關(guān)注，不但要靠教育部的呼吁，還要靠學(xué)校里的教師來關(guān)注和跟進(jìn)。教師要重視實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)施的全過程，積極參加民主管理，多提意見，多民主監(jiān)督，為創(chuàng)建一個(gè)更好的數(shù)字課堂做出自己的貢獻(xiàn)。在此過程中，學(xué)校要努力改善基礎(chǔ)設(shè)施，推廣應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)初中物理的建設(shè)和發(fā)展，鼓勵(lì)和指導(dǎo)初中物理教師職業(yè)素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)的積累，使學(xué)生在新的教學(xué)方式下，獲得更多的實(shí)際應(yīng)用。

（二）系統(tǒng)探究的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有抽象性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，使學(xué)生難以系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理知識(shí)。同時(shí)，一些教師在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在傳統(tǒng)觀念，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體認(rèn)識(shí)不全面，影響了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的系統(tǒng)探究。因此，為了使學(xué)生能夠更好地進(jìn)行系統(tǒng)的探究，可以在課堂上進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用，從而使初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有序進(jìn)行。例如，在“聲波的產(chǎn)生和傳播”教學(xué)中，本章的內(nèi)容比較抽象，給學(xué)生帶來了一定的困難。在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于缺少現(xiàn)代化的儀器，許多老師并沒有給學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐的時(shí)間，而且學(xué)生也很難在深入的研究中提高對(duì)聲波的理解。因此，教師應(yīng)該把物理等實(shí)踐性知識(shí)帶到課堂，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)實(shí)驗(yàn)器材，并幫助學(xué)生把聲波傳感器和信息收集設(shè)備相結(jié)合。教師用“動(dòng)物聲波”作為例子，讓學(xué)生在課堂里自行探究海豚和蝙蝠的聲音和波形；通過數(shù)字物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將聲音轉(zhuǎn)化為有形的聲音，簡化了聲音的測量方法，激發(fā)學(xué)生上手操作的興趣，幫助學(xué)生養(yǎng)成通過系統(tǒng)探究獲得結(jié)論的科學(xué)習(xí)慣。[3]

（三）數(shù)字實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的物理興趣

在初中物理教學(xué)中，教師不僅要充分提高自身的素質(zhì)，還要善于發(fā)現(xiàn)生活中的事物，從而有效地豐富教學(xué)知識(shí)。同時(shí)，在初中物理教學(xué)中教師要合理地使實(shí)踐和教材有機(jī)結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)操作不僅可以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣還可以協(xié)助教師創(chuàng)造一個(gè)良好的教學(xué)情境。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，通過思考、探究、實(shí)踐、深入剖析，獲得更多的知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化。教學(xué)質(zhì)量的提升離不開教師教學(xué)方式的改變，例如教師可以靈活地運(yùn)用多媒體軟件。

例如，在“光的折射”教學(xué)中，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，下載一個(gè)虛擬三棱鏡，視頻里有人拿著三棱鏡，三棱鏡被一條光線穿透，然后投在了另一面白墻上。物理現(xiàn)象可以呈現(xiàn)出七彩顏色，會(huì)讓學(xué)生們?yōu)橹鸷?。光的色散?shí)驗(yàn)則指出，光在不同的色彩下，折射的方向也是不同的。通過小型的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了光的色散現(xiàn)象，讓學(xué)生了解到一些抽象的東西，并引起學(xué)生對(duì)光學(xué)的渴望。通過課堂討論，擴(kuò)展知識(shí)，提高學(xué)生的細(xì)心觀察能力。

（四）數(shù)字實(shí)驗(yàn)提高教學(xué)效率

初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在大量物理規(guī)則，傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以有效地處理煩瑣的數(shù)據(jù)，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。然而，如果數(shù)據(jù)不足，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和規(guī)律性將受到很大的影響。因此，在教學(xué)中要花費(fèi)很多的時(shí)間去進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和處理。例如，在“摩擦力”實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，若用傳統(tǒng)的彈簧測力儀進(jìn)行測試，必須要先看一遍彈簧測力儀的用法，而且由于實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，導(dǎo)致學(xué)生無法獲得精確的數(shù)據(jù)，從而影響了學(xué)生的自信心。在這種情況下，教師可以有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)：首先把彈簧式測力儀換成拉伸式的，然后把傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置連接，然后引導(dǎo)學(xué)生利用傳感器進(jìn)行測量，把數(shù)據(jù)顯示在大屏幕上。在輸入完數(shù)據(jù)信息后，再進(jìn)行配重，調(diào)節(jié)傳感器，獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)。在做完實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生將課本上的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都仔細(xì)地看了一遍，然后分析出了摩擦的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，教師僅需告知學(xué)生該實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，無須說明其具體的操作步驟，但可給予其相應(yīng)的提示與指導(dǎo)，讓其加深對(duì)物理的認(rèn)識(shí)，提高其學(xué)習(xí)效果。[4]

（五）構(gòu)建情境

在教育信息化之前，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，由于學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)都是被動(dòng)的，不能真正地投入到實(shí)驗(yàn)中去，導(dǎo)致教學(xué)活動(dòng)趣味性較低，很難引起學(xué)生的興趣，從而降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。因此，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，需要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)出與之對(duì)應(yīng)的情境，并在情境中進(jìn)行引導(dǎo)，從而提高教學(xué)的趣味性，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加有效。例如，在“透鏡”教學(xué)中，教師可以運(yùn)用信息技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的教學(xué)實(shí)例：學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后，用凸透鏡圖像進(jìn)行凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)。該軟件可輕松地改變圖片的焦距，并可在同一時(shí)間內(nèi)觀察到對(duì)應(yīng)的影像，便于學(xué)生進(jìn)行分析、歸納。這種教學(xué)不僅使課堂教學(xué)更加有趣，提高了學(xué)生的參與性，同時(shí)也使學(xué)生能夠從場景中看到透鏡的教學(xué)，從而了解透鏡的特性、性能等知識(shí)點(diǎn)。

（六）在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中結(jié)合生活實(shí)際

物理是一門生活學(xué)科，也是自然規(guī)律學(xué)科，總之是看不見摸不著的，但其真正地存在于人們的日常生活之中，改變了人們的日常生活。在具體的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要通過數(shù)字化手段給學(xué)生講述日常中的物理常識(shí)，盡管初中物理的知識(shí)點(diǎn)都比較基礎(chǔ)，但是由于學(xué)生對(duì)物理知識(shí)點(diǎn)的掌握認(rèn)識(shí)程度的不足，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以將物理教學(xué)中的日常生活現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)據(jù)化，減少實(shí)驗(yàn)誤差，從抽象到具體。例如，在“物質(zhì)比熱容”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以將同樣重量的水和沙子倒入兩個(gè)燒杯中，然后將溫度計(jì)插入其中，將溫度計(jì)與溫度傳感器和溫度表的頂部相連，再用一個(gè)恒溫的加熱器來代替酒精，以保證兩個(gè)燒杯周圍的溫度不會(huì)有太大的改變。測試完畢后，教師可以讓學(xué)生在一個(gè)同樣質(zhì)量的杯子里做實(shí)驗(yàn)，這個(gè)過程中，材料的體積、重量都是一樣的，但在不同的條件下，吸收熱量的能力也是不同的。教師之后再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活思考物質(zhì)比熱容定律，強(qiáng)化了知識(shí)，加深了印象，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

（七）開辟數(shù)字化資源，創(chuàng)新教學(xué)模式

在對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行數(shù)字模擬的同時(shí)，教師也可以積極地利用數(shù)字資源，豐富教學(xué)資源，進(jìn)行教學(xué)方式的創(chuàng)新。運(yùn)用當(dāng)今流行的微視頻實(shí)驗(yàn)，以創(chuàng)造與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的物理環(huán)境來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以在課堂上主動(dòng)地跟著教師做實(shí)驗(yàn)，并表達(dá)自身的觀點(diǎn)，同時(shí)也能提高教學(xué)效果，創(chuàng)造出既有趣又有知識(shí)的課堂。在教學(xué)中，教師要根據(jù)課時(shí)、課堂效果和學(xué)生特點(diǎn)，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生易于理解，易于掌握。例如，在《溫度》物態(tài)變化教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)冬季的小視頻，通過對(duì)對(duì)象的冷熱程度進(jìn)行調(diào)控，使對(duì)象的熱脹冷縮狀態(tài)反映在控制變量中，或者直接顯示溫度計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)和室外溫度的改變。在一個(gè)物態(tài)變化的微視頻實(shí)驗(yàn)中，利用溫度的改變來控制對(duì)象的狀態(tài)，使學(xué)生能夠更直觀地理解兩者之間的關(guān)系。如果遇到一些比較復(fù)雜的問題，教師可以通過播放微課分布講解，讓學(xué)生先了解一下，然后自己上手操作，這是一個(gè)過渡階段，讓學(xué)生從興趣變成真正地上手操作，從而更好地完成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，達(dá)到個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)參與過程。

（八）利用多媒體技術(shù)擴(kuò)大教學(xué)容量

一堂課的知識(shí)點(diǎn)比較多，而多媒體能容納的內(nèi)容更多，運(yùn)用起來也更靈活，有利于突破教學(xué)中的重難點(diǎn)。例如，在“力”的教學(xué)中，教師可以將力的概念、單位、三要素、力的受力分析等知識(shí)整合到PPT中，再組織學(xué)生分組學(xué)習(xí)，讓學(xué)生相互交流、討論，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生的認(rèn)知過程更為直接，并以此提高學(xué)生的吸引力，從而增強(qiáng)學(xué)生的聽講效果，并借此來帶動(dòng)與教師開展更高效的互動(dòng)交流，讓課堂上PPT內(nèi)容作為與教師之間溝通的橋梁，在引導(dǎo)學(xué)生的注意力的同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)，從而提升課堂教學(xué)。

（九）模擬，讓“復(fù)雜實(shí)驗(yàn)”簡單化

以“探究對(duì)象運(yùn)動(dòng)速度”為例，教師可以預(yù)先制作模擬實(shí)驗(yàn)課件，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)問題、設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)與選擇、實(shí)驗(yàn)推進(jìn)、數(shù)據(jù)記錄、分析總結(jié)等實(shí)驗(yàn)步驟，并在課堂上指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，使實(shí)驗(yàn)過程變成了網(wǎng)絡(luò)游戲，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的快樂，提高了課堂教學(xué)的質(zhì)量。比如托里拆利的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槭怯盟y做的，所以做實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性比較大，因此大部分時(shí)間都是用水代替水銀，但這樣做的話，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，可以有效地解決這個(gè)問題，通過探究人員的實(shí)驗(yàn)視頻，可以讓學(xué)生真正體會(huì)到“大氣壓”的威力，從而提高實(shí)驗(yàn)的效率。[5]

結(jié)語

總而言之，經(jīng)過對(duì)初中物理課堂教學(xué)的研究，認(rèn)為在初中物理課程上進(jìn)行數(shù)字化課堂教學(xué)，既能夠激發(fā)學(xué)生的積極性，也能夠提高學(xué)生的實(shí)際操作水平。運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)來促進(jìn)現(xiàn)代教育已成為必然，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起著舉足輕重的作用。盡管目前在實(shí)踐中還存在著很多問題，但是隨著廣大教師和科研工作者的共同努力，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將會(huì)得到廣泛的推廣，并對(duì)初中物理的教學(xué)產(chǎn)生更深刻的影響。