数字化在初中物理实验中融入概述

耿百爽

(江苏省连云港市东海县石湖中学 222300)

1 初中物理数字化实验相关概念

1.1 初中物理数字化实验概述

初中物理数字化实验系统是将传统实验仪器搭载数字化传感器及计算机硬软件系统而形成的初中物理新实验课程模式，例如搭载压敏元件的力学测量工具，搭载温度传感器的测温仪器，等等.这些数字化仪器是测量、采集与信息处理的终端单位，通过与相关软件的兼容在计算机上形成可视化系统与数据处理系统，是数字化、信息化技术在教学领域的延展与应用.

1.2 初中物理数字化实验的必要性

物理学科离不开物理实验，物理实验又离不开动手操作.学生亲自参与实验能够加深理解物理知识，掌握物理学规律，同时也能够熟悉数字化实验仪器设备，对未来的数字化科学生产生活提高个人预期.除此之外，数字化实验比传统实验的数据更为精确，分析处理信息过程更加具有自动化优势，也能兼容各种硬软件拓展教学资源，拓展学生视野，与生活化教学拉近距离，促进学生学以致用，实现节约成本的同时提高教学效果.

2 初中物理实验与数字化融合的优点

2.1 初中物理数字化实验符合当今物理学发展趋势

当前物理学的发展已经进入信息化时代，以计算机、传感器为代表的实验平台整合了实验数据的测量、收集、与处理工作，其设施设备发展趋势正从传统手动观测朝向数字化方向发展.数字化设备的精度高、测量结果准确、仪器功能完善、技术成熟，且合乎现代物理学实验需要，传统测量仪器诸如电流表、压力计等仪器在数字化后已不需要人工进行数据处理，初中学生掌握数字化仪器的操作技能是当下物理科学与时俱进的客观需要.

2.2 初中物理数字化实验能够降低实验成本

数字化物理实验平台“一机多能”所带来的成本降量，有助于各初级中学减少分列式仪器的数量配置，一套仪器通过搭载数字化传感器、测量软件、数据处理平台等硬软件能够实现物理实验中全部的测量与统计功能，因此，并不能将所数字化实验仪器的应用视作增加校方财务成本的行为.在当前教育数字化的普及背景下，各初级中学均配备了计算机作为基础教学设备，物理实验的数字化具备了深厚基础，校方更容易优化实验设备潜力，对物理实验室进行升级改造.

2.3 初中物理数字化实验有利于整合信息技术与物理教学

当前信息化技术融入课堂教学是推进教育改革的客观需求.目前教育部要求中学生掌握一定的信息技术，因此数字化物理实验课程有利于学生应用计算机与信息化、智能化设备学习物理知识与实践内容，也有利于教师应用数字化物理实验平台演示教学内容中抽象的、不可视的物理学原理，优化实验教学模式.学生是数字化实验的最大受益者，有利于学生充分培养利用数字化实验设备去接触物理学、学习物理学、探究物理学，也能够理解未来信息技术在物理学中的工具性应用，适应信息化、数字化的新教学模式.

2.4 初中物理数字化实验能够提高实验课教学效果

初中物理实验的数字化进程最显著的一个优点就是能够提升物理实验课程的教学效果.当前初中物理实验改进的另一条重要优势在于降低了以日常实验器材的操作练习过程，通过数字技术优化实验环节，高效利用数字实验平台的资源优势与衍生教学效果.例如利用数字化成像技术扩展实验的视觉效果，将肉眼不能观察的物理现象通过视频采集与展示，例如声学实验等等.除此之外，数字化将采集手段由手动测量转入传感器测量，利用计算机处理实验数据，避免挤占教学时间，使学生有充裕的时间探究实验规律，让学生从感性认识快速跨入理性认识阶段.

3 初中物理数字化实验的现状和问题

3.1 片面重视灌输知识

不重视实验教学是当前初中物理教师身上的常见现象，许多教师习惯在实验课一开始就将实验结果直接告诉学生，使学生失去了探究兴趣，或者实验课的准备不足，学生动手做实验出现许多突发性问题，导致教师草草安排实验课程收场，直接进入知识教学阶段，恢复了灌输式教学，弱化了学生的主体地位，导致学生对数字化实验缺乏足够的理解与学习欲望.

3.2 依赖教师演示而非学生操作

当前部分初中物理学教师把初中物理实验数字化理解为使用多媒体教学软件或多媒体课件来为学生演示抽象物理内容，或用图表、动画等数字化手段代替传统的幻灯片、板书等教学手段，这是把数字化实验当成了多媒体工具，属于数字化实验在教学中的低层次体现.或者在实验过程中教师担纲，学生观摩的实验模式，使学生对于实验的印象停留在观察者角度，无法获得动手操作的经验，也不利于深入探究知识现象及规律.

3.3 数字化实验器材的应用不够普遍

初中物理有许多抽象的物理学现象，这些现象例如力学现象、声学现象等等，学生很难从普通实验仪器的数据观测中直观视觉效果，只能依赖教师口述或者视频演示获得其物理性质，学生掌握得不够深刻.例如传统的摩擦力实验，通常使用弹簧测力计作为测量工具，而在开始实验之前学生需要由教师讲解如何使用弹簧测力计，但在实际操作过程中，木制滑块在变速运动时候产生的拉力并不是一成不变的，而是呈波段上浮而并不稳定，学生在报出或选择实验数据的时候比较困难，有种无法把握之感.如果有在计算机上直接显示出拉力曲线变动的数字化的实验设备，学生就能够积极把握实验机会，教师也能够优化教学设计.

4 初中物理教学数字化实验的系统措施

4.1 合理利用网络资源推进数字化实验

在数字化技术渗入教学领域后，一些远程授课技术日渐成熟，物理实验教学具备了从线下转入线上的条件，一些网上高质量的物理实验资源能够有效反哺初中物理实验教学，尤其是当前疫情下学校正常教学遇到无法开展的情况，不具备物理实验条件，因此网上一些优质资源进入初中物理数字化实验十分必要.教师可以寻找一些专业级别的物理实验视频，让学生们了解物理学实验人员的专业操作，并与教材上的实验步骤进行对比，使学生增强对物理实验的印象，同时也能够锻炼学生们的思维，开拓学生们的眼界.

4.2 利用数字化实验培养学生科学精神

数字化实验能够探索和发现物理知识的规律性，许多物理学知识并非“毕其功于一役”，而是通过千百次实验积累的数据提现出其中的规律与趋势.而学生则是通过教材获得了这些物理学规律，实践的感悟不深，知识内化的基础不够牢固，因此应通过熟练的多次实验提升教学质量.比如，在大气压强实验中，可以引入初中地理课的常见问题“高海拔地区高压锅煮不熟鸡蛋”，从而激发了学生的好奇心，积极参与大气压强实验观测过程，通过传感器收集实验数据，学生们能够了解海拔高度与大气压强之间的关系，促进使学生思考新知识与生活现象之间的联系，养成一种科学的、理性的思维方式.

4.3 数字化设备提升初中物理实验教学效率

物理实验不是对现象的实验，而是对数据的实验，非如此不足以研究物理现象背后的科学规律.传统实验不但处理数据的过程繁琐，而且在重复实验的过程中操作容易产生偏差，对分析和处理数据造成困扰.因此应用数字化设备减少学生采集和处理数据的时间，提高学生实验的频率与强度，数据量积累越大，实验结果越体现科学规律.例如摩擦力实验中，只靠传统实验法拉动木制滑块测量数据产生的偏差比较常见，是因为教材没有考虑到理论上的连续性和实验条件的差异，导致实际操作有一定的疑问产生.而应用力传感器的测量与显示实验则没有数据性偏差的问题，学生的精力充分集中在操作、问题、答案与概念理解上，达到理想的教学效果.

5 初中物理教学数字化实验的系统性措施

5.1 明确实验结果和教学目的

在初中物理数字化实验课程中，教师应该在实验课程一开始就告诉学生要达到的教学目标，学生也需要清楚自己应该在哪些方面进行提高，这样才能使学生在实验过程中注重对物理现象的感悟，也能够在规范性实验操作步骤中发现这样做的用意.例如，教师在摩擦力实验前先诉学生实验目的，但不向学生透露实验结果，同时在学生执行操作步骤的过程进行点拨，当学生通过测钩拉动木块时，在水平方向拉动中观察木块的运动趋势，在停止拉动后组织学生对比教材数据与实验数据，引导学生思考静摩擦力与动摩擦力部分及相互关系.在数字化软件的处理结果中进行交互研究，拓展学生的物理学视野和探索深度，使学生在解题过程中养成全面思维习惯，拓展实验教学效果.

5.2 将实验探究过程作为关键环节

在初中物理数字化实验课程的操作环节中，教师应通过点拨、组织研讨等教学手段将学生的注意力集中在关键环节中，例如在声波实验中，学生在操作中发出测试声波，学生回到自己的实验操作过程，观察传感器的学生应立即关注采集器上显示的声音响度，同时与电脑绘制的声波图的振幅进行比较研究，这个环节是教师提出问题的最佳时机，例如教师当场提问“影响声音传播的因素有哪些”时，学生会对这个环节进行探究和思考，通过整理采集器采集的数据对问题的关键性条件进行分析，达到充分利用设备分析声波性质的教学效果.

综上所述，数字化实验是未来初中物理实验教学的发展方向，也包含了大量当前初中学生应掌握的信息化技术，教师应积极适应数字化给物理实验教学带来的便利，也要积极利用信息技术整合与组织初中物理实验教学，使物理实验教学充分发挥其教学效率，促进学生发展物理学科素养.