泛在學(xué)習(xí)視域下高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐探索

薛清紅

【摘要】為了有效推進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的全面提升，強(qiáng)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)高效課堂的構(gòu)建，本文介紹泛在學(xué)習(xí)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，闡述它們?cè)诮逃I(lǐng)域中的重要性，然后提出一些實(shí)踐策略，包括以圖像為手段突破教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)、以平臺(tái)為基地填補(bǔ)課堂實(shí)驗(yàn)空白、以功能為依托實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)剖析實(shí)驗(yàn)，以及以仿真為重點(diǎn)強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，旨在為相關(guān)人員提供借鑒參考.

【關(guān)鍵詞】泛在學(xué)習(xí)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；高中物理

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，教育領(lǐng)域也面臨著巨大的變革和機(jī)遇.泛在學(xué)習(xí)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為教育技術(shù)的重要組成部分，為教育教學(xué)帶來(lái)了新的可能性.高中物理作為一門實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在其教學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義.

1 泛在學(xué)習(xí)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)

1.1 泛在學(xué)習(xí)

泛在學(xué)習(xí)是一種基于現(xiàn)代信息通信技術(shù)的學(xué)習(xí)模式，它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主體隨時(shí)隨地都能獲取所需的學(xué)習(xí)資源和知識(shí).泛在學(xué)習(xí)的核心理念是學(xué)習(xí)的無(wú)處不在，學(xué)生不再局限于傳統(tǒng)的教室環(huán)境和特定的學(xué)習(xí)時(shí)間，而是可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng).泛在學(xué)習(xí)的出現(xiàn)得益于信息技術(shù)的迅速發(fā)展和普及.現(xiàn)代的移動(dòng)設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦以及便攜式電腦等，使得學(xué)習(xí)資源和知識(shí)在網(wǎng)絡(luò)上得以廣泛傳播和共享.同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的普及使得學(xué)生可以通過(guò)在線課程、教育平臺(tái)、電子圖書等多種形式獲取豐富的學(xué)習(xí)資源.這些技術(shù)的進(jìn)步為泛在學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)有力的支持.泛在學(xué)習(xí)的特點(diǎn)之一是學(xué)習(xí)的個(gè)性化和自主化.學(xué)生可以根據(jù)自己的需求和興趣選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，獲得個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn).他們可以根據(jù)自己的時(shí)間安排和學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行學(xué)習(xí)，不再受到時(shí)間和空間的限制.同時(shí)，學(xué)生也可以通過(guò)互動(dòng)和協(xié)作的方式與其他學(xué)生和教育者進(jìn)行交流和分享，促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升.

1.2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是指將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的物理實(shí)物、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等數(shù)字化，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的獲取.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或軟件，將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)操作呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，學(xué)生可以通過(guò)模擬操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有以下幾個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì).

首先，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)消除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的一些限制和困難.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受到時(shí)間、場(chǎng)地、設(shè)備等方面的限制，無(wú)法滿足所有學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求.而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和操作過(guò)程，學(xué)生可以在課堂上或家中通過(guò)電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不再受到實(shí)驗(yàn)條件的限制.

其次，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)提供了更加直觀、靈活的實(shí)驗(yàn)環(huán)境.通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而無(wú)需真實(shí)的物理實(shí)物和儀器設(shè)備.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以呈現(xiàn)出逼真的圖像、動(dòng)畫和模擬數(shù)據(jù)，使學(xué)生能夠更加清晰地理解實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象.同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)還可以根據(jù)學(xué)生的需要進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求.

此外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可重復(fù)性和安全性.學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)，觀察不同條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深對(duì)物理概念和原理的理解.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的安全性也得到了保障，避免了實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能存在的危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn).

2 泛在學(xué)習(xí)視域下高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐策略

2.1 以圖象為手段，突破教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

在高中物理教學(xué)中，一些抽象難懂的物理概念往往成為學(xué)生的學(xué)習(xí)瓶頸.通過(guò)運(yùn)用圖像和動(dòng)畫等可視化手段，可以將這些抽象概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的圖像，幫助學(xué)生更好地理解和掌握.同時(shí)，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)操作，觀察圖像變化，進(jìn)一步加深對(duì)物理概念的理解.

例如 在講解“光的折射現(xiàn)象”時(shí)，可以使用圖像來(lái)說(shuō)明折射定律.通過(guò)繪制入射光線和折射光線的傳播路徑，學(xué)生可以觀察到入射角和折射角之間的關(guān)系.可以使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展示不同材料界面上的光線折射現(xiàn)象，讓學(xué)生通過(guò)調(diào)整入射角和介質(zhì)折射率的變化，觀察折射光線的路徑和角度變化.這樣的圖像展示和實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以幫助學(xué)生更好地理解折射定律，并將抽象的概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的圖像.另外，在講解光的反射現(xiàn)象時(shí)，也可以利用圖像來(lái)說(shuō)明反射定律.通過(guò)繪制入射光線和反射光線的傳播路徑，學(xué)生可以觀察到入射角和反射角相等的規(guī)律.可以使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展示不同表面的光線反射現(xiàn)象，讓學(xué)生通過(guò)調(diào)整入射角和表面性質(zhì)的變化，觀察反射光線的路徑和角度變化.這樣的圖象展示和實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以幫助學(xué)生更好地理解反射定律，并加深對(duì)光的反射現(xiàn)象的認(rèn)識(shí).

2.2 以平臺(tái)為基地，填補(bǔ)課堂實(shí)驗(yàn)空白

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)往往受到時(shí)間、場(chǎng)地、設(shè)備等條件的限制，無(wú)法滿足所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求.借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.這樣，不僅能夠充分利用課堂時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還可以增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，填補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)無(wú)法達(dá)到的空白.

例如 在高中物理的力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)可能需要使用特定的實(shí)驗(yàn)器材、場(chǎng)地和操作時(shí)間，而這些條件往往是有限的.通過(guò)借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)的模擬操作.學(xué)生可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行物體的自由落體實(shí)驗(yàn)，觀察不同質(zhì)量和高度下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄课矬w自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，驗(yàn)證自由落體的加速度.

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇一個(gè)適合的物體，并設(shè)置下落高度.

②點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)按鈕，觀察物體從起始位置自由下落到地面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.

③記錄下落時(shí)間和下落高度，并重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)以獲得可靠的數(shù)據(jù).

④根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算下落的平均加速度，并與理論值進(jìn)行比較和討論.

學(xué)生可以通過(guò)改變質(zhì)量、高度等參數(shù)，觀察物體的運(yùn)動(dòng)變化，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.這樣，學(xué)生可以在課堂上進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)操作，加深對(duì)力學(xué)原理的理解，而不受實(shí)驗(yàn)器材和時(shí)間限制，調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)和觀察成像變化，深入理解物理原理，并與理論知識(shí)進(jìn)行對(duì)比和驗(yàn)證.

2.3 以功能為依托，進(jìn)行數(shù)據(jù)剖析實(shí)驗(yàn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了豐富的功能和數(shù)據(jù)分析工具，可以幫助學(xué)生更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理.學(xué)生可以通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，觀察數(shù)據(jù)變化，并利用數(shù)據(jù)分析工具對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行剖析和解釋.這種基于功能的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能.

例如 以電路實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄侩娐分须娏骱碗妷旱年P(guān)系，驗(yàn)證歐姆定律.

（1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中選擇電路模擬實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置所需的電阻和電源參數(shù).

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮屠碚撝R(shí)，設(shè)計(jì)合適的電路圖，并確定所需測(cè)量的電流和電壓.

（3）數(shù)據(jù)收集：使用虛擬的電流表和電壓表來(lái)測(cè)量不同電阻下的電流和電壓.通過(guò)改變電阻的取值，學(xué)生可以記錄不同條件下的電流和電壓數(shù)值，并將其記錄在數(shù)據(jù)表格中.學(xué)生可以重復(fù)試驗(yàn)多次，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性.

（4）數(shù)據(jù)分析：在數(shù)據(jù)收集完成后，學(xué)生可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)分析工具對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析和解釋.首先，他們可以繪制電流-電壓圖像，將電流作為自變量，電壓作為因變量，通過(guò)觀察圖像的趨勢(shì)來(lái)研究電流和電壓之間的關(guān)系.如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合歐姆定律，即電流與電壓呈線性關(guān)系，那么圖像應(yīng)該呈現(xiàn)出直線的趨勢(shì).

（5）結(jié)果討論：根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行討論，探究電流和電壓的關(guān)系，并驗(yàn)證歐姆定律的正確性.

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生可以充分利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能.他們可以自主設(shè)計(jì)電路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集和分析，探索電流和電壓的關(guān)系，并驗(yàn)證歐姆定律.通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的剖析和解釋，學(xué)生可以深入理解物理概念，并培養(yǎng)科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果討論.

2.4 以仿真為重點(diǎn)，強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不僅可以模擬傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還可以模擬一些特殊或復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，觀察和分析一些難以在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的物理現(xiàn)象.這樣的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用能夠幫助學(xué)生更好地理解物理原理，并培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)探究能力.

例如 以電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例.

（1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：在使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)之前，首先需要在平臺(tái)上選擇電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，例如調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度、線圈的參數(shù)等.

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)階段，我們可以通過(guò)改變線圈的形狀和方向來(lái)研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象.這意味著我們可以通過(guò)不同形狀和排列方式的線圈觀察它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況.這樣的設(shè)計(jì)可以幫助我們理解線圈的運(yùn)動(dòng)如何影響電磁感應(yīng)效應(yīng)的產(chǎn)生.

（3）仿真實(shí)驗(yàn)操作：通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們可以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作.在操作過(guò)程中，我們可以觀察當(dāng)線圈運(yùn)動(dòng)或磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生的電流如何隨之變化.這個(gè)平臺(tái)可以模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的各種情況，使學(xué)生能夠直觀地理解電磁感應(yīng)的過(guò)程.

（4）數(shù)據(jù)分析：利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)記錄和分析工具，學(xué)生可以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.他們可以觀察線圈的運(yùn)動(dòng)和電流的變化，并探究它們之間的關(guān)系.通過(guò)數(shù)據(jù)分析，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的規(guī)律和特征，進(jìn)一步加深對(duì)該現(xiàn)象的理解.

（5）結(jié)果討論：基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合理論知識(shí)，學(xué)生可以進(jìn)行結(jié)果討論.他們可以解釋觀察到的現(xiàn)象，探討電磁感應(yīng)規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，并與其他相關(guān)概念進(jìn)行比較和討論.這樣的討論有助于學(xué)生更深入地理解電磁感應(yīng)的原理和應(yīng)用.

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以觀察和分析復(fù)雜的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如變化磁場(chǎng)中的感應(yīng)電流、電磁感應(yīng)的方向規(guī)律等.這樣的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用提供了更廣闊的實(shí)驗(yàn)空間，使學(xué)生能夠探索難以在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，加深對(duì)物理原理的理解.

3 結(jié)語(yǔ)

以圖像為手段的實(shí)踐策略通過(guò)可視化手段將抽象概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的圖像，幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理概念.以平臺(tái)為基地的實(shí)踐策略通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法滿足的學(xué)生實(shí)驗(yàn)需求.以功能為依托的實(shí)踐策略利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)分析工具，幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理，培養(yǎng)科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能.以仿真為重點(diǎn)的實(shí)踐策略通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，幫助學(xué)生深入理解物理原理.總之，泛在學(xué)習(xí)視域下的高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐探索為學(xué)生提供了更加靈活、直觀和探索性的學(xué)習(xí)體驗(yàn).這種教學(xué)模式能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸楦咧形锢斫逃母母锖蛣?chuàng)新提供有力支持.隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和教育理念的更新，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用前景將更加廣闊.

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