數(shù)字化實驗在高中物理教學中的應用

孫文超

摘 要：實驗教學在高中理科的學習中起到了相當重要的作用，是幫助提高學生實踐、科學與探究能力，促使學生全方位發(fā)展的最基本途徑之一。隨著現(xiàn)代化數(shù)字科技的廣泛應用，數(shù)字化實驗也被合理應用到了高中物理的教學中。將教學方式與數(shù)字化實驗合理的融合，進一步優(yōu)化數(shù)字化實驗在高中物理學中的應用。

關鍵詞：數(shù)字化實驗 高中物理 教學應用

數(shù)字化實驗教學是將信息、傳感等技術與計算機進行合理結合的一種新型實驗教學手段，它在幫助實驗技術的革新與發(fā)展中起到了積極的作用，并與傳統(tǒng)實驗手段相呼應，進一步提升了高中物理課堂的教學效率。合理應用數(shù)字化實驗教學可以有效促進學生養(yǎng)成探索性思維模式，為以后的物理學習打下了良好的基礎。數(shù)字化實驗教學通常由：硬件、軟件、計算機三方面構成。其中硬件包含傳感器與采集器;軟件則分為通用軟件與專用軟件，利用計算機軟件將硬件中采集到的數(shù)據(jù)處理后形成圖像與圖像方式，從而找出其中的物理規(guī)律，進一步幫助學生全面發(fā)展成新時代所需要的高素質高能力人才。

一、完成以往無法完成的實驗

教師在進行物理教學實驗中，不少實驗現(xiàn)象都是稍縱即逝的，很難讓學生充分觀察，例如在講解電流大小與方向時，電流的相關數(shù)據(jù)都是瞬間變化的。因此教學中這些問題的出現(xiàn)很大幾率會造成教師與學生就知識認知方面的誤解。然而在利用全新的數(shù)字化實驗教學手段后，就可以很好地將這些易變且抽象的實驗現(xiàn)象轉化為可反復觀察研究的數(shù)據(jù)，既充分展現(xiàn)了實驗現(xiàn)象，又幫助學生掌握了實驗中常見的現(xiàn)象與規(guī)律，為日后的物理學習起到了很大幫助。

例如在進行人教版高一物理《牛頓第一定律》時，教師要明確如：“理解力和運動的關系，知道物體的運動不需要力來維持”;“理解牛頓第一定律，知道它是邏輯推理的結果，不受力的物體是不存在的”等教學目標，并利用數(shù)字化將“在講臺上放一小車，使它處于靜止狀態(tài)。人推車走，不推車停，由此看來必須有力作用在物體上，物體才運動，沒有力作用在物體上，物體就不運動”的實驗效果轉化為數(shù)據(jù)進一步幫助學生理解課程內容。同時還要讓學生進行思考“自行車蹬一段時間后停止蹬車，自行車會滑行一段距離;溜冰;冰面上踢出去的冰塊”等問題，充分做到結合數(shù)字化實驗來完善對于相關知識的掌握。

二、做到精準測量，將定性分析變?yōu)槎垦芯?/p>

在進行物理實驗過程中，通常都需要盡可能避免實驗誤差的出現(xiàn)，而避免實驗誤差的方式有兩種：首先是盡最大可能提高實驗儀器與實驗手法的精確性與準確性;其次是要找出更符合教學理念的設計思路。而數(shù)字化教學手法中，實驗設備的測量精度遠超傳統(tǒng)實驗儀器，如在進行力的大小測量實驗中，數(shù)字化實驗設備可以精確到10N，這在傳統(tǒng)的物理實驗設備中是無法達到的。此外，因部分學校實驗條件的不足，導致了不少教材中的實驗無法拿到實驗室中進行演示。如在講解牛頓第二定理時，不少力與反作用力等實驗在傳統(tǒng)課堂中只能利用定性分析，而利用數(shù)字化教學手段就可以充分將定性分析轉化為定量研究。

例如在進行人教版高一物理《超重和失重》一課時，教師結合超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象，利用牛頓第二定律來分析超重和失重的原因，并使用數(shù)字化實驗法充分了解到完全失重現(xiàn)象。在正是進行實驗前，教師可以先將太空生活的片段作為情景導入給學生們，并引導學生進行閱讀教材中的航天員乘船感受，在腦海中充分掌握有關超重與失重的感念，從而教師進行實驗操作，并在實驗結果出來后，指導學生進行如“一質量為50KG的同學站在電梯內的體重計上，電梯以0.6m/s的加速度勻速上升，則該同學處于什么狀態(tài)，該同學對體重計的壓力為多少？體重計的讀數(shù)是否有變化？”等問題的研究，從而增強學生利用實驗效果與理論相結合的方式解決現(xiàn)實問題。

三、實驗設備先進，開闊實驗范圍

數(shù)字化實驗設備通常擁有采集數(shù)據(jù)精準度高，適應能力強等多項優(yōu)點。因此在進行物理實驗時，充分使用現(xiàn)代化的數(shù)字設備，可以幫助教師將教材中原有的只能存在于理論中的實驗變成可操作實驗過程，從而幫助學生拓展實驗范圍。例如在進行瞬時速度概念的相關講解時，傳統(tǒng)的方式是利用板書將理論知識進行傳導，而使用數(shù)字化實驗設備中的速度傳感器就可以更有效的幫助學生進行物體瞬間速度的測定與認識。

例如在進行人教版高一物理《力的分解》的學習中，教師可先將具體的知識技能如“理解力的分解的概念，理解力的分解是力的合成的逆運算，遵循平行四邊形定則”“初步掌握實際問題中，一般要根據(jù)力的作用效果確定分力的方向”傳達給學生，然后將“實驗1：學生演示斜拉行李箱向前運動，學生在教師的引導下理解，斜向上拉動平面物體會產生水平向前的作用效果;實驗2：利用小車代替行李箱，模擬拉箱的過程，用塑料板擴大小車的運動的范圍，教師打開電子秤的電源，斜拉小車讓其運動，讓學生讀數(shù)并記下運動前后的示數(shù)”兩個實驗用數(shù)字化手法進行出來，從而觀察物體受到斜向上的力作用后的示數(shù)，再進行比較，進一步幫助學生培養(yǎng)觀察能力與探究能力，對揭示物理規(guī)律與培養(yǎng)學生獨立思考能力起到了良好的促進作用。

結語

總而言之，數(shù)字化實驗教學是實現(xiàn)高中物理課堂快速發(fā)展的必要因素，更是促使物理教學革新，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與實踐能力的重要手法，因此，廣大高中物理教師們要積極改變自身傳統(tǒng)的教學觀念，合理利用數(shù)字化實驗的教學手法增進學生的理性感知能力與攻克學習難點毅力，從而培養(yǎng)全方位高素質的物理型人才，最終實現(xiàn)高中物理實驗教學的有利發(fā)展與提升。

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