應(yīng)用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理教學(xué)的實踐研究

摘 要：隨著數(shù)據(jù)時代的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，教育領(lǐng)域也開始嘗試.本文立足當前高中物理教學(xué)現(xiàn)狀，剖析問題、究其難點，探索應(yīng)用數(shù)字化實驗平臺用于高中物理教學(xué)，從在物理概念教學(xué)、在實驗教學(xué)、自主學(xué)習(xí)三大方面著手應(yīng)用.通過精準化、自動化和個性化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理知識，提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，呈現(xiàn)新型的教學(xué)方式，以有效優(yōu)化高中物理教學(xué)，為高中物理教學(xué)取得更好的教學(xué)實效提供思路和方法.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；高中物理教學(xué)；實驗；實踐研究

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2024）06-0104-03

高中物理是高中階段非常重要的學(xué)科，作為高中階段需掌握的研究自然現(xiàn)象和基本規(guī)律的學(xué)科知識，涉及的知識點在日常生活中有廣泛的實踐應(yīng)用，能夠培養(yǎng)創(chuàng)新精神、觀察力、實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析的能力、邏輯思維和創(chuàng)造性思維等能力，也是高考中的重要科目.綜上，高中物理具有重要的作用和意義，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)時扎實掌握知識點，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力，為未來的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)[1].但目前教學(xué)實效不佳，存在多方面的問題.

1 高中物理教學(xué)目前存在的問題

1.1 教學(xué)觀念和方法落后

很多教師依然堅持陳舊教學(xué)觀念和方法，教學(xué)方式過于古板，缺乏教學(xué)創(chuàng)新.課堂上往往以教師為中心，采用“填鴨式”教學(xué)，學(xué)生只是被動接受知識，導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高.

1.2 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏

高中物理的實踐教學(xué)主要體現(xiàn)在實驗教學(xué)方面，但是目前我國高中物理教學(xué)普遍缺乏實驗教學(xué)環(huán)節(jié).一方面是因為實驗器材的缺乏，導(dǎo)致很多實驗無法正常進行；另一方面是因為教師對實驗教學(xué)的重視程度不夠，或者擔(dān)心實驗安全問題等原因，導(dǎo)致實驗課程開設(shè)不足.

1.3 教學(xué)方式單一

目前我國高中物理教學(xué)方式比較單一，主要以講授式教學(xué)為主，缺乏多樣化的教學(xué)方式.這種單一的教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，也不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng).

總體來說，高中物理教學(xué)現(xiàn)狀存在諸多問題，需要在教學(xué)實踐中不斷探索和創(chuàng)新，改變教學(xué)理念和教學(xué)方式，探索更適應(yīng)學(xué)生的教學(xué)方式.要實現(xiàn)高中物理教學(xué)的優(yōu)化實踐，首先需要剖析其中的實踐難點，究其根源對癥下藥.

2 高中物理教學(xué)的實踐難點

2.1 課程內(nèi)容抽象

高中物理課程內(nèi)容是在初中物理聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)部分內(nèi)容基礎(chǔ)上的再延伸、再探索，通過定性到定量、形象思維到抽象思維的轉(zhuǎn)變，將初中課程內(nèi)容與高中課程內(nèi)容銜接起來，形成整個高中物理的知識體系，包括力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)五大學(xué)科部分.綜合來說，高中物理課程內(nèi)容囊括了自然科學(xué)的基礎(chǔ)性知識，經(jīng)總結(jié)的定理、定律等具有抽象性.從五大學(xué)科部分分別來說，各具抽象性：如力學(xué)中力的合成與分解、功和能、天體運動，熱學(xué)中熱和功、能量守恒，光學(xué)中波動性、粒子性，電磁學(xué)中電場、電路、磁場，原子物理學(xué)中聚變、裂變等相關(guān)理論.由于無法具象，教學(xué)內(nèi)容只能通過書面化傳授，對學(xué)生而言抽象無形，很難真正理解其中含義并舉一反三，學(xué)有其用.

2.2 實操存在局限

鑒于物理學(xué)科的抽象性，需要利用其他授課方式來輔助教學(xué).為了配套課程內(nèi)容，具備實驗條件的學(xué)校都配備了實驗課程，如長度測量、勻變速直線運動、彈力和彈簧伸長的關(guān)系（胡克定律）探究性實驗、驗證動量守恒定律、平拋物體的運動等.但可實操的實驗課程存在局限：一是實驗內(nèi)容簡單，操作步驟簡單，主要通過觀察獲得印證性結(jié)論；二是實驗條件寬松，為保證學(xué)生安全，實驗環(huán)境有限，只能提供基礎(chǔ)性實驗，達不到教學(xué)效果；三是實驗設(shè)施配備不均衡，物理學(xué)科的實驗設(shè)施設(shè)備大多造價較高，開設(shè)實驗課程需要足夠的經(jīng)費支持.綜上來說，實操性的實驗教學(xué)的局限性很難逐一消除，還需要探索更科學(xué)的教學(xué)方式.

2.3 教學(xué)實效不佳

高中物理作為高考中分數(shù)占比較高的學(xué)科，其重要性不言而喻，教學(xué)實效是教師和學(xué)生都密切關(guān)注的問題.但從現(xiàn)狀來看，教師對授課過程、考試檢測結(jié)果沒有信心，僅有極少部分天賦型學(xué)生能取得較好成績；學(xué)生對物理普遍缺乏學(xué)習(xí)主動性、存在物理自卑心態(tài)，即使投入精力也無濟于事.為提高教學(xué)質(zhì)量，物理學(xué)科的教學(xué)也積極轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新教學(xué)方式，在書本化的基礎(chǔ)上增加實驗操作、動畫展示、案例講解等方式，但收效仍然不佳.3 數(shù)字化實驗平臺的優(yōu)勢

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)字化成為可應(yīng)用于經(jīng)濟社會發(fā)展方方面面的基礎(chǔ)性支撐，物理教學(xué)正需要這種系統(tǒng)性的應(yīng)用，不同于部分簡單的數(shù)字化應(yīng)用，如設(shè)計實驗程序、VR虛擬仿真等，搭建數(shù)字化實驗平臺，能夠?qū)⑺懈咧形锢斫虒W(xué)內(nèi)容嵌入，成為物理教學(xué)的重要教學(xué)工具.數(shù)字化實驗平臺通常包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機及相關(guān)軟件等，根據(jù)教學(xué)需要自主設(shè)計，數(shù)字化實驗平臺能夠?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的精準記錄、數(shù)據(jù)的自動化處理和豐富的模擬實驗，將抽象具體化，著力提高教學(xué)實效性［2］.

3.1 實驗數(shù)據(jù)的精準化

傳統(tǒng)的物理實驗，主要為人工操作和人工記錄數(shù)據(jù)，不僅增加了實驗中的人為誤差，還可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準確，背離了實驗的初衷.而數(shù)字化實驗平臺可以通過傳感器等設(shè)備自動采集實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時記錄、整理和分析，同時實現(xiàn)線上數(shù)據(jù)的推送、管理，教師端能直觀看到所有學(xué)生的實驗情況，并及時給予實驗指導(dǎo)，由此不僅保證了實驗數(shù)據(jù)的精準性，更有利于學(xué)生進行自我操作和自主探究，同時增進師生交流.

3.2 實驗過程的自動化

傳統(tǒng)的物理實驗，步驟略少的效用不高，步驟較復(fù)雜的需要嚴格按照步驟操作，步驟錯誤可能引發(fā)安全問題.數(shù)字化實驗平臺通過計算機程序控制實驗設(shè)備和儀器，自動化完成實驗流程.學(xué)生只需要按照預(yù)設(shè)的程序進行操作即可，大大降低了實驗操作的難度和復(fù)雜度，增加安全性，同時使學(xué)生有更多的時間進行實驗操作和數(shù)據(jù)分析.另外，數(shù)字化實驗平臺還能實現(xiàn)實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整，保證實驗的穩(wěn)定性和可靠性.

3.3 實驗教學(xué)的個性化

傳統(tǒng)的物理實驗只能按照現(xiàn)有設(shè)備開展固定的實驗項目，數(shù)字化實驗平臺具有較高的交互性和自主性，可以提供豐富的模擬實驗，讓學(xué)生可以在安全的環(huán)境下進行各種嘗試.教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣愛好設(shè)計不同的實驗內(nèi)容，學(xué)生也可以通過平臺自行選擇實驗難度、模式，自主探究相關(guān)實驗的其他方面，由此能進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高教學(xué)效果.

數(shù)字化實驗平臺若應(yīng)用于高中物理教學(xué)，教學(xué)效果必將得到極大程度地優(yōu)化：一是提高教學(xué)效率.數(shù)字化實驗平臺可以快速準確地記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，使教師有更多的時間進行深入的實驗教學(xué)和學(xué)生的個性化指導(dǎo).二是增強學(xué)習(xí)效果.數(shù)字化實驗平臺通過具象化的方式將抽象的物理理論知識呈現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生能夠更好地理解和掌握物理知識.三是提升實踐能力.通過自主探究實驗，學(xué)生的實踐能力得到了鍛煉和提高，對于物理知識的理解和掌握也更加深入.

4 數(shù)字化實驗平臺在高中物理教學(xué)的應(yīng)用實踐

數(shù)字化實驗平臺應(yīng)用于高中物理教學(xué)中，作為一種創(chuàng)新的教學(xué)方式，如何實現(xiàn)應(yīng)用、應(yīng)用到具體哪些方面還需要更多的探索.本文立足于數(shù)字化實驗平臺的基本功能，從物理概念教學(xué)、實驗教學(xué)、自主學(xué)習(xí)三大方面進行應(yīng)用.通過精準化、自動化和個性化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理知識，提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以有效優(yōu)化高中物理教學(xué).

4.1 物理概念教學(xué)中的應(yīng)用

物理概念是物理學(xué)的基礎(chǔ)，但由于其較為抽象，一直是學(xué)生的學(xué)習(xí)難點.數(shù)字化實驗平臺可以通過可視化的方式將物理概念具象化，幫助學(xué)生更好地理解和掌握.例如，在教授“加速度”時，教師可以利用數(shù)字化實驗平臺模擬不同物體的運動過程，讓學(xué)生通過觀察和數(shù)據(jù)分析理解加速度的概念及計算方法，從而更好地掌握這一知識點；在教授“萬有引力定律”時，教師可以利用數(shù)字化實驗平臺模擬天體運動的過程，讓學(xué)生在觀察天體運動的過程中理解萬有引力定律的內(nèi)涵和應(yīng)用.

4.2 實驗教學(xué)中的應(yīng)用

物理實驗是物理學(xué)的重要組成部分，也是提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維的重要手段，但目前學(xué)生真正參與其中的物理實驗過少，即使可實質(zhì)性參與的實驗也效果不佳.數(shù)字化實驗平臺可以通過自動化和精準化的方式提高實驗教學(xué)的效果.例如，在教授“自由落體運動”這一實驗時，教師可以利用數(shù)字化實驗平臺測量和記錄物體下落的時間和速度，并自動計算出重力加速度等數(shù)據(jù)，從而更好地指導(dǎo)學(xué)生完成實驗并掌握相關(guān)知識.這樣不僅可以減少學(xué)生的操作難度，而且可以讓學(xué)生有更多的時間進行實驗分析和討論.

4.3 自主學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

物理學(xué)科因其抽象性，學(xué)生很難形成主動學(xué)習(xí)，

數(shù)字化實驗平臺由于其交互性和自主性，可以很好地支持學(xué)生的自主學(xué)習(xí).學(xué)生可以通過平臺進行自主探究和學(xué)習(xí)，提高自己的學(xué)習(xí)效果.例如，在教授“天體運動”這一內(nèi)容時，教師可以在數(shù)字化實驗平臺中設(shè)置學(xué)生熟知的天體，搜集學(xué)生意見，以某個天體為例，展開運動定律、原理的講解.在互動討論環(huán)節(jié)，請學(xué)生以其他天體開展實驗，以此增加對抽象的天體運動的認知.在教授“電磁波”這一內(nèi)容時，教師可以設(shè)置一系列的自主探究實驗，讓學(xué)生通過數(shù)字化實驗平臺自主進行電磁波的發(fā)射和接收實驗，從而深入理解電磁波的特性和工作原理.

5 結(jié)束語

針對當前高中物理教學(xué)效果不佳的現(xiàn)狀，本文通過存在問題的分析和實踐難點的梳理，立足教學(xué)觀念和方法落后、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏、教學(xué)方式單一三方面問題，剖析出課程內(nèi)容抽象、實操存在局限、教學(xué)實效不佳三大難點，針對性提出將數(shù)字化實驗平臺應(yīng)用于高中物理教學(xué)，利用其實驗數(shù)據(jù)精準化、實驗過程自動化、實驗教學(xué)個性化的明顯優(yōu)勢和特點，探索在物理概念教學(xué)、實驗教學(xué)、自主學(xué)習(xí)三大方面展開應(yīng)用.以期由淺入深、由簡至繁，幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理概念、規(guī)律和實驗等各方面知識，提高教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果.展望未來，期望數(shù)字化實驗平臺能夠更加完善和普及，為更多的物理教師和學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)服務(wù).同時，也期待教育工作者能夠積極探索和實踐，將數(shù)字化技術(shù)更好地應(yīng)用到物理教學(xué)中，以推動物理教學(xué)取得高質(zhì)量教育成效.

參考文獻：

［1］ 常志偉.應(yīng)用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理教學(xué)實踐研究[J].高中數(shù)理化， 2019（12）：1.

［2］ 薛培.數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理教學(xué)的實踐[J].新課程導(dǎo)學(xué)（下旬刊）， 2018（9）：1.

［責(zé)任編輯：李 璟］

收稿日期：2023-11-25

作者簡介：陳龍（1982.12-），男，江蘇省興化人，本科，中學(xué)一級教師，從事高中物理教學(xué)研究.