數字化實驗在初中物理實驗教學中的應用

劉 飛

（安徽省阜陽市潁泉區伍明鎮橋口中學 安徽阜陽 236000）

將數字教學方法運用到初中物理實驗教學中，可以很好地促進師生間的互動交流，充分尊重學生的價值，體現教師對教學的指導作用。其既能激發學生學習的積極性，又能培養學生的創造性和實驗能力。

一、數字化實驗在初中物理實驗教學中的作用

（一）有利于節約課堂時間

如果教師還停留在傳統的實驗教學方式上，那么在課堂上就會占據很大的空間，特別是在測量量化數據的時候，會占據更大的空間，從而影響到初中物理的教學。在初中物理實驗教學中引入數字化實驗，可以利用先進的數字儀器，進行快速的物理實驗教學，通過計算機進行計算、分析、處理，節省了讀數、記錄和繪制的時間，從而得到更精確的實驗結果。

（二）有利于優化觀察效果

物理實驗教學的終極目標是讓學生有更多的機會去觀察、去體會，從而使學生更好地體驗和感悟物理知識。數字化實驗對學生的觸覺、視覺、聽覺等有較強的刺激作用。教師在物理教學中，要讓學生有更多的機會去自主學習和觀察，從而達到學習的目標，促使學生更好地體驗和理解物理的知識。數字化實驗教學可以很好地激起學生的觸覺、視覺、聽覺等，更符合學生的求知欲，能激發學生的學習熱情，對實驗進行更細致的觀察。同時，教師通過運用數字化進行實驗，既加強了物理實驗教學的宏觀化和直觀化，讓學生能夠清楚地看到物體實驗教學的變化，又能最大限度地提高學生的觀察能力。

（三）有利于保證內容完整

在傳統的物理實驗教學中，由于實驗條件的限制，難以直觀、完整地呈現某些變化，而且每次實驗只能獲得一個點，從而對物理實驗教學的教學效果產生一定的影響。通過一系列快速、動態的物理實驗教學，可以將大量的數據點串聯起來，形成一條線，在不上課的時候，可以重復播放。所以，教師首先要指導學生使用傳統的實驗來獲取點，再將整個實驗的數據收集起來，幫助學生形成真實、全面的認知。

（四）有利形成探究性學習的新模式

探究性學習是一種以實驗為載體、以對物理規律的探究為依據、以學生為中心、尊重學生求知意愿的可持續教育方式。在探究式學習中，教師與學生開展探究式學習，能夠促進學生的自主性，使學生自覺地自我調節，從而促進學生的創造性和學習能力的形成。[1]

二、初中物理實驗的現狀和問題

在當前的初中物理實驗教學中，教師不能只強調對物理基礎知識的灌輸。在傳統的物理學課程中，一般教師往往缺少對實踐的重視，也缺少對實踐過程的反思。在現代物理實驗教學中，一般教師都是將實踐的流程與效果都告知給學生，教師則自行去實踐，而沒有留給學生實驗的機會。物理實驗教學僅限于觀看視頻、觀看教師的實驗，而不能深入探究。盡管在課堂教學中，教師是給學生留出時間讓學生進行自行實驗的，但是由于部分教師在本課程上課之前沒有做好充分的準備，致使教學環節的成效不高，從而降低了教學的效果。如果在教學中，只是教師單一地做演示，不僅會嚴重影響學生的動手操作能力，還嚴重影響了學生對物理知識的探究能力。導致學生對物理實驗教學失去了興趣，從而導致課堂教學的效率下降。[2]

三、數字化實驗在初中物理實驗教學中的應用策略

（一）加強數字教學實驗建設

通過數字化實驗，不僅可以有效地提高學生對教學內容的理解和認識，還可以在無形中提高學生的自主學習能力，從而有效地解決了課堂教學中的不足。因此，在教學中學校要注重加強數字化實驗室的建設。然而，由于數字化實驗室的建設，需要大量的資金和人力的支持，學校的管理人員，更傾向于將有限的資金用于學校的硬件設施，而忽略了實驗室的建設。因此，要轉變教育與教學發展的觀念，應注重數字化實驗室對學生的影響和作用，建立一個較好的數字化實驗室，使學生能夠在實驗過程中，不斷地提高對物理的認識。加強對校方的關注，不但要靠教育部的呼吁，還要靠學校里的教師來關注和跟進。教師要重視實驗室建設和實施的全過程，積極參加民主管理，多提意見，多民主監督，為創建一個更好的數字課堂做出自己的貢獻。在此過程中，學校要努力改善基礎設施，推廣應用數字化實驗，加強初中物理的建設和發展，鼓勵和指導初中物理教師職業素質和經驗的積累，使學生在新的教學方式下，獲得更多的實際應用。

（二）系統探究的數字化實驗

物理實驗教學具有抽象性、復雜性等特點，使學生難以系統地學習物理知識。同時，一些教師在物理實驗教學中存在傳統觀念，對物理實驗教學的整體認識不全面，影響了學生對物理知識的系統探究。因此，為了使學生能夠更好地進行系統的探究，可以在課堂上進行適當地運用，從而使初中物理實驗教學的有序進行。例如，在“聲波的產生和傳播”教學中，本章的內容比較抽象，給學生帶來了一定的困難。在傳統的物理實驗教學中，由于缺少現代化的儀器，許多老師并沒有給學生進行實踐的時間，而且學生也很難在深入的研究中提高對聲波的理解。因此，教師應該把物理等實踐性知識帶到課堂，選擇適當的教學實驗器材，并幫助學生把聲波傳感器和信息收集設備相結合。教師用“動物聲波”作為例子，讓學生在課堂里自行探究海豚和蝙蝠的聲音和波形；通過數字物理實驗教學，將聲音轉化為有形的聲音，簡化了聲音的測量方法，激發學生上手操作的興趣，幫助學生養成通過系統探究獲得結論的科學習慣。[3]

（三）數字實驗提高學生的物理興趣

在初中物理教學中，教師不僅要充分提高自身的素質，還要善于發現生活中的事物，從而有效地豐富教學知識。同時，在初中物理教學中教師要合理地使實踐和教材有機結合起來，通過網絡實驗操作不僅可以激起學生的學習興趣還可以協助教師創造一個良好的教學情境。此外，學生在學習過程中，通過思考、探究、實踐、深入剖析，獲得更多的知識，從而實現知識內化。教學質量的提升離不開教師教學方式的改變，例如教師可以靈活地運用多媒體軟件。

例如，在“光的折射”教學中，教師可以通過網絡技術，下載一個虛擬三棱鏡，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。物理現象可以呈現出七彩顏色，會讓學生們為之震撼。光的色散實驗則指出，光在不同的色彩下，折射的方向也是不同的。通過小型的實驗，使學生認識到了光的色散現象，讓學生了解到一些抽象的東西，并引起學生對光學的渴望。通過課堂討論，擴展知識，提高學生的細心觀察能力。

（四）數字實驗提高教學效率

初中物理實驗教學中存在大量物理規則，傳統物理實驗教學難以有效地處理煩瑣的數據，影響實驗教學效果。然而，如果數據不足，實驗結果的科學性和規律性將受到很大的影響。因此，在教學中要花費很多的時間去進行數據的收集和處理。例如，在“摩擦力”實驗教學時，若用傳統的彈簧測力儀進行測試，必須要先看一遍彈簧測力儀的用法，而且由于實驗中所產生的數據不太穩定，導致學生無法獲得精確的數據，從而影響了學生的自信心。在這種情況下，教師可以有針對性地引導學生進行傳統的實驗：首先把彈簧式測力儀換成拉伸式的，然后把傳感器與數據采集裝置連接，然后引導學生利用傳感器進行測量，把數據顯示在大屏幕上。在輸入完數據信息后，再進行配重，調節傳感器，獲得相關的數據。在做完實驗后，學生將課本上的每一項數據都仔細地看了一遍，然后分析出了摩擦的規律。在此基礎上，教師僅需告知學生該實驗的目標，無須說明其具體的操作步驟，但可給予其相應的提示與指導，讓其加深對物理的認識，提高其學習效果。[4]

（五）構建情境

在教育信息化之前，初中物理實驗教學的實施，由于學生在課堂上的表現都是被動的，不能真正地投入到實驗中去，導致教學活動趣味性較低，很難引起學生的興趣，從而降低了學生的學習效率。因此，在運用計算機技術進行物理實驗教學時，需要根據具體的教學內容，設計出與之對應的情境，并在情境中進行引導，從而提高教學的趣味性，使實驗教學更加有效。例如，在“透鏡”教學中，教師可以運用信息技術，設計一個這樣的教學實例：學生在做完實驗后，用凸透鏡圖像進行凸透鏡成像的實驗。該軟件可輕松地改變圖片的焦距，并可在同一時間內觀察到對應的影像，便于學生進行分析、歸納。這種教學不僅使課堂教學更加有趣，提高了學生的參與性，同時也使學生能夠從場景中看到透鏡的教學，從而了解透鏡的特性、性能等知識點。

（六）在數字化實驗中結合生活實際

物理是一門生活學科，也是自然規律學科，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。在具體的物理實驗教學中，教師要通過數字化手段給學生講述日常中的物理常識，盡管初中物理的知識點都比較基礎，但是由于學生對物理知識點的掌握認識程度的不足，數字化實驗可以將物理教學中的日常生活現象進行數據化，減少實驗誤差，從抽象到具體。例如，在“物質比熱容”實驗時，教師可以將同樣重量的水和沙子倒入兩個燒杯中，然后將溫度計插入其中，將溫度計與溫度傳感器和溫度表的頂部相連，再用一個恒溫的加熱器來代替酒精，以保證兩個燒杯周圍的溫度不會有太大的改變。測試完畢后，教師可以讓學生在一個同樣質量的杯子里做實驗，這個過程中，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。教師之后再引導學生結合生活思考物質比熱容定律，強化了知識，加深了印象，提高了實驗教學的效果。

（七）開辟數字化資源，創新教學模式

在對物理實驗教學進行數字模擬的同時，教師也可以積極地利用數字資源，豐富教學資源，進行教學方式的創新。運用當今流行的微視頻實驗，以創造與教學內容相關聯的物理環境來激發學生的學習興趣。學生可以在課堂上主動地跟著教師做實驗，并表達自身的觀點，同時也能提高教學效果，創造出既有趣又有知識的課堂。在教學中，教師要根據課時、課堂效果和學生特點，進行教學設計，使學生易于理解，易于掌握。例如，在《溫度》物態變化教學中，教師可以設計一個冬季的小視頻，通過對對象的冷熱程度進行調控，使對象的熱脹冷縮狀態反映在控制變量中，或者直接顯示溫度計，從而實現室內和室外溫度的改變。在一個物態變化的微視頻實驗中，利用溫度的改變來控制對象的狀態，使學生能夠更直觀地理解兩者之間的關系。如果遇到一些比較復雜的問題，教師可以通過播放微課分布講解，讓學生先了解一下，然后自己上手操作，這是一個過渡階段，讓學生從興趣變成真正地上手操作，從而更好地完成數字化實驗，達到個性化的實驗參與過程。

（八）利用多媒體技術擴大教學容量

一堂課的知識點比較多，而多媒體能容納的內容更多，運用起來也更靈活，有利于突破教學中的重難點。例如，在“力”的教學中，教師可以將力的概念、單位、三要素、力的受力分析等知識整合到PPT中，再組織學生分組學習，讓學生相互交流、討論，完成學習任務，讓學生的認知過程更為直接，并以此提高學生的吸引力，從而增強學生的聽講效果，并借此來帶動與教師開展更高效的互動交流，讓課堂上PPT內容作為與教師之間溝通的橋梁，在引導學生的注意力的同時，進一步優化教學，從而提升課堂教學。

（九）模擬，讓“復雜實驗”簡單化

以“探究對象運動速度”為例，教師可以預先制作模擬實驗課件，在實驗中設計問題、設計方案設計與選擇、實驗推進、數據記錄、分析總結等實驗步驟，并在課堂上指導學生進行實驗操作，使實驗過程變成了網絡游戲，使學生在輕松愉快的環境下進行實驗，體驗到實驗的快樂，提高了課堂教學的質量。比如托里拆利的實驗，因為是用水銀做的，所以做實驗的危險性比較大，因此大部分時間都是用水代替水銀，但這樣做的話，會對實驗的結果產生很大的影響。利用計算機技術進行教學，可以有效地解決這個問題，通過探究人員的實驗視頻，可以讓學生真正體會到“大氣壓”的威力，從而提高實驗的效率。[5]

結語

總而言之，經過對初中物理課堂教學的研究，認為在初中物理課程上進行數字化課堂教學，既能夠激發學生的積極性，也能夠提高學生的實際操作水平。運用現代信息技術來促進現代教育已成為必然，而數字化實驗在初中物理實驗教學中起著舉足輕重的作用。盡管目前在實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，數字化實驗將會得到廣泛的推廣，并對初中物理的教學產生更深刻的影響。