數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融入物理真實(shí)情境教學(xué)的實(shí)踐

隨著教育信息化的快速發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具逐漸成為物理教學(xué)的重要工具.傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)受限于設(shè)備成本、操作復(fù)雜性和數(shù)據(jù)采集效率，難以滿足現(xiàn)代教學(xué)需求.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具以其直觀性、交互性和高效性，為物理教學(xué)注人了新的活力.同時(shí)，真實(shí)情境教學(xué)通過(guò)將物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用能力.本文旨在探討數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融入物理真實(shí)情境教學(xué)的實(shí)踐路徑與成效，以期為物理教學(xué)改革提供新的思路和方法，推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的全面提升.

1 研究背景概述

1. 1 傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如同探索自然奧秘的鑰匙，一直以來(lái)都是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.然而，這把鑰匙并非完美無(wú)缺，它在開(kāi)啟知識(shí)之門(mén)的同時(shí)，也暴露出一些局限性.首先，實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴且維護(hù)成本高，許多學(xué)校難以配備齊全的實(shí)驗(yàn)器材，限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展.同時(shí)，部分實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，涉及精密儀器和復(fù)雜步驟，學(xué)生難以獨(dú)立完成，且存在安全隱患.此外，一些物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝或肉眼難以觀察，學(xué)生難以直觀理解實(shí)驗(yàn)原理.最后，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集主要依靠人工記錄，效率低下且容易出錯(cuò)，難以進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析.這些局限性如同實(shí)驗(yàn)教學(xué)道路上的絆腳石，制約了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，難以滿足新時(shí)代對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)的需求.

1.2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具的出現(xiàn)，如同為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了一股清泉，帶來(lái)了新的生機(jī)與活力.首先，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具直觀形象，能夠?qū)⒊橄蟮奈锢砀拍詈同F(xiàn)象以圖像、動(dòng)畫(huà)等形式呈現(xiàn)出來(lái)，如同將復(fù)雜的物理世界簡(jiǎn)化成一幅幅生動(dòng)的畫(huà)卷，幫助學(xué)生更好地理解物理原理.其次，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具交互性強(qiáng)，學(xué)生可以通過(guò)操作軟件、改變參數(shù)等方式進(jìn)行自主探究，如同在虛擬的物理世界中自由翱翔，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度1].此外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具數(shù)據(jù)采集分析便捷，能夠自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并生成圖表，如同一位細(xì)心的助手，幫助學(xué)生輕松完成數(shù)據(jù)分析.最后，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具可以模擬真實(shí)場(chǎng)景，例如模擬天體運(yùn)動(dòng)、電磁場(chǎng)分布等，突破實(shí)驗(yàn)條件限制，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，如同為學(xué)生打開(kāi)了一扇通往更廣闊物理世界的大門(mén).

1.3真實(shí)情境教學(xué)的重要性

真實(shí)情境教學(xué)，如同將物理知識(shí)播種在現(xiàn)實(shí)生活的土壤中，讓其在學(xué)生的內(nèi)心深處生根發(fā)芽.首先，真實(shí)情境教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將抽象的物理知識(shí)與學(xué)生熟悉的生活場(chǎng)景相結(jié)合，如同將枯燥的公式定理轉(zhuǎn)化為生動(dòng)有趣的故事，使學(xué)生感受到物理學(xué)習(xí)的意義和價(jià)值.其次，真實(shí)情境教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的分析和解決，如同將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的利器，提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新思維.此外，真實(shí)情境教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，在真實(shí)情境中，學(xué)生需要綜合運(yùn)用多種知識(shí)和技能，進(jìn)行批判性思考和創(chuàng)造性解決問(wèn)題，如同在知識(shí)的海洋中遨游，不斷探索和發(fā)現(xiàn)，從而加深對(duì)物理概念的理解和應(yīng)用.

2數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具在物理真實(shí)情境教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

在第一章中，探討了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具的優(yōu)勢(shì)以及真實(shí)情境教學(xué)的重要性，明確了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融入物理真實(shí)情境教學(xué)的必要性和可行性.基于這一背景，本章將聚焦于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具在物理真實(shí)情境教學(xué)中的具體應(yīng)用實(shí)踐，通過(guò)實(shí)際案例展示其如何突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限，提升教學(xué)效果.本章將分別以“利用傳感器探究生活中的力學(xué)現(xiàn)象”和“利用虛擬仿真技術(shù)模擬電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)”為例，詳細(xì)闡述數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具在不同物理教學(xué)場(chǎng)景中的應(yīng)用方法、實(shí)施過(guò)程及其成效.通過(guò)這些案例，希望能夠?yàn)槲锢斫虒W(xué)實(shí)踐提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具與真實(shí)情境教學(xué)的深度融合.

2.1利用傳感器探究生活中的力學(xué)現(xiàn)象

本小節(jié)將以“自行車(chē)騎行動(dòng)力學(xué)分析”為例，闡述如何將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融人物理真實(shí)情境教學(xué)，探究生活中的力學(xué)現(xiàn)象.自行車(chē)騎行是一個(gè)常見(jiàn)的日常生活場(chǎng)景，其中蘊(yùn)含了豐富的力學(xué)知識(shí)，例如摩擦力、速度、加速度等.通過(guò)將傳感器應(yīng)用于自行車(chē)騎行情境，可以實(shí)時(shí)采集騎行過(guò)程中的力學(xué)數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生更直觀地理解力學(xué)原理.

例如在探究自行車(chē)騎行的力學(xué)現(xiàn)象時(shí)，可以使用多種傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù).例如，力傳感器可以安裝在腳踏板上，測(cè)量騎行者在騎行過(guò)程中施加的力；加速度傳感器可以安裝在自行車(chē)車(chē)架上，測(cè)量自行車(chē)的加速度變化；速度傳感器可以安裝在車(chē)輪上，測(cè)量自行車(chē)的實(shí)時(shí)速度；壓力傳感器可以安裝在座椅或把手上，測(cè)量騎行者的壓力分布.這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集騎行過(guò)程中的力學(xué)數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備上，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理3.

通過(guò)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，可以利用數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行處理和分析.例如，通過(guò)分析力傳感器和加速度傳感器的數(shù)據(jù)，可以探究騎行者施加的力與自行車(chē)加速度之間的關(guān)系，驗(yàn)證牛頓第二定律；通過(guò)分析速度傳感器和力傳感器的數(shù)據(jù)，可以探究自行車(chē)速度與空氣阻力之間的關(guān)系，理解阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響；通過(guò)分析壓力傳感器的數(shù)據(jù)，可以探究騎行者的壓力分布情況，優(yōu)化自行車(chē)的設(shè)計(jì)，提高騎行舒適度.

利用傳感器探究自行車(chē)騎行中的力學(xué)現(xiàn)象，具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)，將抽象的力學(xué)概念轉(zhuǎn)化為直觀的圖表和圖像，幫助學(xué)生更好地理解物理原理；其次，學(xué)生可以通過(guò)改變騎行方式、調(diào)整自行車(chē)參數(shù)等方式，觀察數(shù)據(jù)的變化，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的互動(dòng)性和趣味性；此外，傳感器能夠自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，減少人工記錄的誤差，提高實(shí)驗(yàn)效率；最后，通過(guò)傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行更深人的數(shù)據(jù)分析和處理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和數(shù)據(jù)分析能力.總的來(lái)說(shuō)，利用傳感器探究生活中的力學(xué)現(xiàn)象，不僅能夠?qū)⑽锢碇R(shí)與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系起來(lái)，還能通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析，幫助學(xué)生更深入地理解力學(xué)原理4.這種教學(xué)方式不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，還有助于培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維.

2.2利用虛擬仿真技術(shù)模擬電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)

本小節(jié)將以\"電磁爐工作原理探究”為例，闡述如何利用虛擬仿真技術(shù)將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融入物理真實(shí)情境教學(xué)，模擬電磁學(xué)實(shí)驗(yàn).電磁爐是現(xiàn)代廚房中常見(jiàn)的電器，其工作原理涉及電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這是一個(gè)抽象且難以通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)直觀展示的物理概念.通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，可以模擬電磁爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，幫助學(xué)生更直觀地理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象.

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以按照以下節(jié)奏設(shè)計(jì)并展開(kāi)實(shí)驗(yàn)：首先，教師通過(guò)引入電磁爐這一生活場(chǎng)景，提出問(wèn)題：“電磁爐是如何加熱食物的？”激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望.接著，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真軟件，展示電磁爐的三維模型，并簡(jiǎn)要介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括線圈、磁場(chǎng)分布和鍋具的放置位置.然后，教師設(shè)定初始實(shí)驗(yàn)條件，例如線圈的匝數(shù)、電流強(qiáng)度等，啟動(dòng)仿真程序，讓學(xué)生觀察磁場(chǎng)線的分布和感應(yīng)電流的產(chǎn)生過(guò)程.在此過(guò)程中，教師可以暫停仿真，引導(dǎo)學(xué)生思考磁場(chǎng)變化與感應(yīng)電流之間的關(guān)系，并適時(shí)引入法拉第電磁感應(yīng)定律[5.接下來(lái)，教師鼓勵(lì)學(xué)生自主調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，例如改變線圈的電流頻率、鍋具的材質(zhì)等，觀察不同條件下感應(yīng)電流的變化和渦流效應(yīng)的強(qiáng)弱.學(xué)生可以通過(guò)軟件記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并利用內(nèi)置的分析工具繪制圖表，總結(jié)規(guī)律.最后，教師組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理原理，并引導(dǎo)學(xué)生思考電磁感應(yīng)在實(shí)際生活中的其他應(yīng)用，例如變壓器、無(wú)線充電等.

通過(guò)虛擬仿真技術(shù)模擬電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，虛擬仿真技術(shù)能夠突破實(shí)驗(yàn)條件的限制，模擬復(fù)雜的電磁現(xiàn)象，例如高頻交變磁場(chǎng)和感應(yīng)電流的瞬時(shí)變化，這些現(xiàn)象在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中難以觀察和測(cè)量;其次，虛擬仿真技術(shù)具有高度的交互性，學(xué)生可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)、改變實(shí)驗(yàn)條件等方式，自主探究電磁感應(yīng)的規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和趣味性；此外，虛擬仿真技術(shù)能夠確保實(shí)驗(yàn)的安全性，避免了傳統(tǒng)電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中可能存在的觸電、短路等風(fēng)險(xiǎn)；最后，虛擬仿真技術(shù)可以重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以多次嘗試不同的實(shí)驗(yàn)條件，加深對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解.

總的來(lái)說(shuō)，利用虛擬仿真技術(shù)模擬電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅能夠?qū)⒊橄蟮碾姶艑W(xué)概念轉(zhuǎn)化為直觀的模擬場(chǎng)景，還能通過(guò)高度交互的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，幫助學(xué)生深入理解電磁感應(yīng)的原理和應(yīng)用.這種教學(xué)方式不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，還培養(yǎng)了他們的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維，為物理教學(xué)改革提供了新的思路和方法.

3數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融入物理真實(shí)情境教學(xué)的成效分析

在前一章節(jié)，通過(guò)具體案例展示了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具在物理真實(shí)情境教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，揭示了其在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集和分析等方面的優(yōu)勢(shì).本章將進(jìn)一步分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融人物理真實(shí)情境教學(xué)的實(shí)際成效，從學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、概念理解、探究能力等多個(gè)維度展開(kāi)探討.

首先，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性.通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具的直觀性和交互性表現(xiàn)出高度認(rèn)可，認(rèn)為其使物理現(xiàn)象更加生動(dòng)有趣，操作更加簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)采集更加高效.例如，在利用傳感器探究力學(xué)現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)觀察力的作用效果和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情.其次，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)物理概念的理解和應(yīng)用能力.通過(guò)測(cè)試和作業(yè)評(píng)估，學(xué)生在使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具后，能夠更準(zhǔn)確地描述物理規(guī)律并應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題.例如，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)調(diào)整參數(shù)觀察電磁感應(yīng)的變化，深入理解了法拉第電磁感應(yīng)定律.此外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識(shí).學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析數(shù)據(jù)并提出改進(jìn)建議，展現(xiàn)了較強(qiáng)的探究精神和創(chuàng)新能力.

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具融入物理真實(shí)情境教學(xué)，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性、增強(qiáng)物理概念理解和應(yīng)用能力、培養(yǎng)科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識(shí)等方面取得了顯著成效.未來(lái)，可以進(jìn)一步探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具與其他教學(xué)方法的融合，開(kāi)發(fā)更多適用于真實(shí)情境教學(xué)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具，加強(qiáng)教師培訓(xùn)和技術(shù)支持，推動(dòng)物理教學(xué)的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展.

【課題項(xiàng)目：“廣西教育科學(xué)‘十四五’規(guī)劃2023年度專(zhuān)項(xiàng)課題“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教具的開(kāi)發(fā)與在物理真實(shí)情景教學(xué)中的應(yīng)用研究\"（項(xiàng)目編號(hào)：2023ZJY676）的階段性研究成果】

參考文獻(xiàn)：

[1]葛飛.數(shù)字化技術(shù)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用—以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例[J].新課程，2025（4）：165-168.

[2]貢布肖.基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和智慧課堂的高中物理探究式教學(xué)模式研究[J].學(xué)周刊，2025（5）：89-91.

[3]姜萬(wàn)和.數(shù)字化教學(xué)資源在高中物理教育中的應(yīng)用[J」數(shù)理天地（高中版） ，2025（2）：175-177.

[4陳寶峰.應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)優(yōu)化高中物理教學(xué)的實(shí)踐研究—以“氣體的等溫變化”為例[J.新課程導(dǎo)學(xué)，2024（33）：30-34.

[5]黃云婷.基于數(shù)字化技術(shù)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].亞太教育，2024（22）：14-17.