數(shù)字化在初中物理實驗中融入概述

耿百爽

(江蘇省連云港市東?？h石湖中學 222300)

1 初中物理數(shù)字化實驗相關概念

1.1 初中物理數(shù)字化實驗概述

初中物理數(shù)字化實驗系統(tǒng)是將傳統(tǒng)實驗儀器搭載數(shù)字化傳感器及計算機硬軟件系統(tǒng)而形成的初中物理新實驗課程模式，例如搭載壓敏元件的力學測量工具，搭載溫度傳感器的測溫儀器，等等.這些數(shù)字化儀器是測量、采集與信息處理的終端單位，通過與相關軟件的兼容在計算機上形成可視化系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是數(shù)字化、信息化技術(shù)在教學領域的延展與應用.

1.2 初中物理數(shù)字化實驗的必要性

物理學科離不開物理實驗，物理實驗又離不開動手操作.學生親自參與實驗能夠加深理解物理知識，掌握物理學規(guī)律，同時也能夠熟悉數(shù)字化實驗儀器設備，對未來的數(shù)字化科學生產(chǎn)生活提高個人預期.除此之外，數(shù)字化實驗比傳統(tǒng)實驗的數(shù)據(jù)更為精確，分析處理信息過程更加具有自動化優(yōu)勢，也能兼容各種硬軟件拓展教學資源，拓展學生視野，與生活化教學拉近距離，促進學生學以致用，實現(xiàn)節(jié)約成本的同時提高教學效果.

2 初中物理實驗與數(shù)字化融合的優(yōu)點

2.1 初中物理數(shù)字化實驗符合當今物理學發(fā)展趨勢

當前物理學的發(fā)展已經(jīng)進入信息化時代，以計算機、傳感器為代表的實驗平臺整合了實驗數(shù)據(jù)的測量、收集、與處理工作，其設施設備發(fā)展趨勢正從傳統(tǒng)手動觀測朝向數(shù)字化方向發(fā)展.數(shù)字化設備的精度高、測量結(jié)果準確、儀器功能完善、技術(shù)成熟，且合乎現(xiàn)代物理學實驗需要，傳統(tǒng)測量儀器諸如電流表、壓力計等儀器在數(shù)字化后已不需要人工進行數(shù)據(jù)處理，初中學生掌握數(shù)字化儀器的操作技能是當下物理科學與時俱進的客觀需要.

2.2 初中物理數(shù)字化實驗能夠降低實驗成本

數(shù)字化物理實驗平臺“一機多能”所帶來的成本降量，有助于各初級中學減少分列式儀器的數(shù)量配置，一套儀器通過搭載數(shù)字化傳感器、測量軟件、數(shù)據(jù)處理平臺等硬軟件能夠?qū)崿F(xiàn)物理實驗中全部的測量與統(tǒng)計功能，因此，并不能將所數(shù)字化實驗儀器的應用視作增加校方財務成本的行為.在當前教育數(shù)字化的普及背景下，各初級中學均配備了計算機作為基礎教學設備，物理實驗的數(shù)字化具備了深厚基礎，校方更容易優(yōu)化實驗設備潛力，對物理實驗室進行升級改造.

2.3 初中物理數(shù)字化實驗有利于整合信息技術(shù)與物理教學

當前信息化技術(shù)融入課堂教學是推進教育改革的客觀需求.目前教育部要求中學生掌握一定的信息技術(shù)，因此數(shù)字化物理實驗課程有利于學生應用計算機與信息化、智能化設備學習物理知識與實踐內(nèi)容，也有利于教師應用數(shù)字化物理實驗平臺演示教學內(nèi)容中抽象的、不可視的物理學原理，優(yōu)化實驗教學模式.學生是數(shù)字化實驗的最大受益者，有利于學生充分培養(yǎng)利用數(shù)字化實驗設備去接觸物理學、學習物理學、探究物理學，也能夠理解未來信息技術(shù)在物理學中的工具性應用，適應信息化、數(shù)字化的新教學模式.

2.4 初中物理數(shù)字化實驗能夠提高實驗課教學效果

初中物理實驗的數(shù)字化進程最顯著的一個優(yōu)點就是能夠提升物理實驗課程的教學效果.當前初中物理實驗改進的另一條重要優(yōu)勢在于降低了以日常實驗器材的操作練習過程，通過數(shù)字技術(shù)優(yōu)化實驗環(huán)節(jié)，高效利用數(shù)字實驗平臺的資源優(yōu)勢與衍生教學效果.例如利用數(shù)字化成像技術(shù)擴展實驗的視覺效果，將肉眼不能觀察的物理現(xiàn)象通過視頻采集與展示，例如聲學實驗等等.除此之外，數(shù)字化將采集手段由手動測量轉(zhuǎn)入傳感器測量，利用計算機處理實驗數(shù)據(jù)，避免擠占教學時間，使學生有充裕的時間探究實驗規(guī)律，讓學生從感性認識快速跨入理性認識階段.

3 初中物理數(shù)字化實驗的現(xiàn)狀和問題

3.1 片面重視灌輸知識

不重視實驗教學是當前初中物理教師身上的常見現(xiàn)象，許多教師習慣在實驗課一開始就將實驗結(jié)果直接告訴學生，使學生失去了探究興趣，或者實驗課的準備不足，學生動手做實驗出現(xiàn)許多突發(fā)性問題，導致教師草草安排實驗課程收場，直接進入知識教學階段，恢復了灌輸式教學，弱化了學生的主體地位，導致學生對數(shù)字化實驗缺乏足夠的理解與學習欲望.

3.2 依賴教師演示而非學生操作

當前部分初中物理學教師把初中物理實驗數(shù)字化理解為使用多媒體教學軟件或多媒體課件來為學生演示抽象物理內(nèi)容，或用圖表、動畫等數(shù)字化手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的幻燈片、板書等教學手段，這是把數(shù)字化實驗當成了多媒體工具，屬于數(shù)字化實驗在教學中的低層次體現(xiàn).或者在實驗過程中教師擔綱，學生觀摩的實驗模式，使學生對于實驗的印象停留在觀察者角度，無法獲得動手操作的經(jīng)驗，也不利于深入探究知識現(xiàn)象及規(guī)律.

3.3 數(shù)字化實驗器材的應用不夠普遍

初中物理有許多抽象的物理學現(xiàn)象，這些現(xiàn)象例如力學現(xiàn)象、聲學現(xiàn)象等等，學生很難從普通實驗儀器的數(shù)據(jù)觀測中直觀視覺效果，只能依賴教師口述或者視頻演示獲得其物理性質(zhì)，學生掌握得不夠深刻.例如傳統(tǒng)的摩擦力實驗，通常使用彈簧測力計作為測量工具，而在開始實驗之前學生需要由教師講解如何使用彈簧測力計，但在實際操作過程中，木制滑塊在變速運動時候產(chǎn)生的拉力并不是一成不變的，而是呈波段上浮而并不穩(wěn)定，學生在報出或選擇實驗數(shù)據(jù)的時候比較困難，有種無法把握之感.如果有在計算機上直接顯示出拉力曲線變動的數(shù)字化的實驗設備，學生就能夠積極把握實驗機會，教師也能夠優(yōu)化教學設計.

4 初中物理教學數(shù)字化實驗的系統(tǒng)措施

4.1 合理利用網(wǎng)絡資源推進數(shù)字化實驗

在數(shù)字化技術(shù)滲入教學領域后，一些遠程授課技術(shù)日漸成熟，物理實驗教學具備了從線下轉(zhuǎn)入線上的條件，一些網(wǎng)上高質(zhì)量的物理實驗資源能夠有效反哺初中物理實驗教學，尤其是當前疫情下學校正常教學遇到無法開展的情況，不具備物理實驗條件，因此網(wǎng)上一些優(yōu)質(zhì)資源進入初中物理數(shù)字化實驗十分必要.教師可以尋找一些專業(yè)級別的物理實驗視頻，讓學生們了解物理學實驗人員的專業(yè)操作，并與教材上的實驗步驟進行對比，使學生增強對物理實驗的印象，同時也能夠鍛煉學生們的思維，開拓學生們的眼界.

4.2 利用數(shù)字化實驗培養(yǎng)學生科學精神

數(shù)字化實驗能夠探索和發(fā)現(xiàn)物理知識的規(guī)律性，許多物理學知識并非“畢其功于一役”，而是通過千百次實驗積累的數(shù)據(jù)提現(xiàn)出其中的規(guī)律與趨勢.而學生則是通過教材獲得了這些物理學規(guī)律，實踐的感悟不深，知識內(nèi)化的基礎不夠牢固，因此應通過熟練的多次實驗提升教學質(zhì)量.比如，在大氣壓強實驗中，可以引入初中地理課的常見問題“高海拔地區(qū)高壓鍋煮不熟雞蛋”，從而激發(fā)了學生的好奇心，積極參與大氣壓強實驗觀測過程，通過傳感器收集實驗數(shù)據(jù)，學生們能夠了解海拔高度與大氣壓強之間的關系，促進使學生思考新知識與生活現(xiàn)象之間的聯(lián)系，養(yǎng)成一種科學的、理性的思維方式.

4.3 數(shù)字化設備提升初中物理實驗教學效率

物理實驗不是對現(xiàn)象的實驗，而是對數(shù)據(jù)的實驗，非如此不足以研究物理現(xiàn)象背后的科學規(guī)律.傳統(tǒng)實驗不但處理數(shù)據(jù)的過程繁瑣，而且在重復實驗的過程中操作容易產(chǎn)生偏差，對分析和處理數(shù)據(jù)造成困擾.因此應用數(shù)字化設備減少學生采集和處理數(shù)據(jù)的時間，提高學生實驗的頻率與強度，數(shù)據(jù)量積累越大，實驗結(jié)果越體現(xiàn)科學規(guī)律.例如摩擦力實驗中，只靠傳統(tǒng)實驗法拉動木制滑塊測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偏差比較常見，是因為教材沒有考慮到理論上的連續(xù)性和實驗條件的差異，導致實際操作有一定的疑問產(chǎn)生.而應用力傳感器的測量與顯示實驗則沒有數(shù)據(jù)性偏差的問題，學生的精力充分集中在操作、問題、答案與概念理解上，達到理想的教學效果.

5 初中物理教學數(shù)字化實驗的系統(tǒng)性措施

5.1 明確實驗結(jié)果和教學目的

在初中物理數(shù)字化實驗課程中，教師應該在實驗課程一開始就告訴學生要達到的教學目標，學生也需要清楚自己應該在哪些方面進行提高，這樣才能使學生在實驗過程中注重對物理現(xiàn)象的感悟，也能夠在規(guī)范性實驗操作步驟中發(fā)現(xiàn)這樣做的用意.例如，教師在摩擦力實驗前先訴學生實驗目的，但不向?qū)W生透露實驗結(jié)果，同時在學生執(zhí)行操作步驟的過程進行點撥，當學生通過測鉤拉動木塊時，在水平方向拉動中觀察木塊的運動趨勢，在停止拉動后組織學生對比教材數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)，引導學生思考靜摩擦力與動摩擦力部分及相互關系.在數(shù)字化軟件的處理結(jié)果中進行交互研究，拓展學生的物理學視野和探索深度，使學生在解題過程中養(yǎng)成全面思維習慣，拓展實驗教學效果.

5.2 將實驗探究過程作為關鍵環(huán)節(jié)

在初中物理數(shù)字化實驗課程的操作環(huán)節(jié)中，教師應通過點撥、組織研討等教學手段將學生的注意力集中在關鍵環(huán)節(jié)中，例如在聲波實驗中，學生在操作中發(fā)出測試聲波，學生回到自己的實驗操作過程，觀察傳感器的學生應立即關注采集器上顯示的聲音響度，同時與電腦繪制的聲波圖的振幅進行比較研究，這個環(huán)節(jié)是教師提出問題的最佳時機，例如教師當場提問“影響聲音傳播的因素有哪些”時，學生會對這個環(huán)節(jié)進行探究和思考，通過整理采集器采集的數(shù)據(jù)對問題的關鍵性條件進行分析，達到充分利用設備分析聲波性質(zhì)的教學效果.

綜上所述，數(shù)字化實驗是未來初中物理實驗教學的發(fā)展方向，也包含了大量當前初中學生應掌握的信息化技術(shù)，教師應積極適應數(shù)字化給物理實驗教學帶來的便利，也要積極利用信息技術(shù)整合與組織初中物理實驗教學，使物理實驗教學充分發(fā)揮其教學效率，促進學生發(fā)展物理學科素養(yǎng).