數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

肖 靜

（宿遷市鐘吾國(guó)際學(xué)校，江蘇 宿遷 223800）

在初中教學(xué)階段，物理作為一門自然科學(xué)，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)抽象，學(xué)生的理解難度較大。為了幫助學(xué)生理解物理知識(shí)，物理實(shí)驗(yàn)就成為重要的教學(xué)內(nèi)容。物理實(shí)驗(yàn)是任何物理知識(shí)的研究過程，如果能夠讓學(xué)生掌握物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和測(cè)算方式，將能夠讓學(xué)生掌握物理原理，從而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。但是初中課堂教學(xué)條件有限，很多實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，所以教師就需要尋找全新的教學(xué)方法。在當(dāng)前信息社會(huì)下，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)就成為教學(xué)改革與發(fā)展的主要方向，教師應(yīng)當(dāng)更加靈活地應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)完成教學(xué)引導(dǎo)，以此優(yōu)化課堂教學(xué)質(zhì)量。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)基本概述

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要教學(xué)發(fā)展方向，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中更加強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維以及自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。目前大部分中學(xué)已經(jīng)配備了專門的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)傳感器和數(shù)據(jù)采集器共同組成，也就是學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中已經(jīng)基本可以不依靠自己的自我感知能力完成實(shí)驗(yàn)對(duì)比，這樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將會(huì)更準(zhǔn)確。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室能夠?yàn)閷W(xué)生提供更多的自主操作時(shí)間和空間，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中通過傳感器連接電腦終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后在計(jì)算機(jī)內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和智能控制，合理利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)完成數(shù)字計(jì)算，這樣學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程就會(huì)變得更加簡(jiǎn)單方便。

如果將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與教學(xué)對(duì)比來看，物理教學(xué)是借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)或者多媒體以更直觀的方式為學(xué)生展示物理現(xiàn)象，幫助學(xué)生理解物理規(guī)律。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，幫助學(xué)生了解觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和研究規(guī)律，并且對(duì)研究?jī)?nèi)容作出總結(jié)，有利于強(qiáng)化學(xué)生的理解深度。學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)過程中還能夠獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而在一定程度上可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)初中物理教學(xué)改革的影響

（一）利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)相對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)來說，并不只是單純地為學(xué)生講解知識(shí)，而是通過數(shù)字化手段讓學(xué)生更直觀地感受物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這對(duì)于物理教師來說是一個(gè)全新的教學(xué)項(xiàng)目，教師在準(zhǔn)備教學(xué)的同時(shí)還需要設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，這就需要教師能夠結(jié)合以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善教學(xué)設(shè)計(jì)，充分利用教學(xué)全新的儀器和實(shí)驗(yàn)手段，提高了教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，為學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)而奠定良好基礎(chǔ)。

（二）提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)積極性

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生提供自主探索和實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)地聽從教師講解來說，學(xué)生更加喜歡自主實(shí)驗(yàn)，所以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的探索欲望和學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐過程中，可以將課堂知識(shí)由簡(jiǎn)單的文字轉(zhuǎn)變?yōu)樽约涸谌粘Ｉ钪心軌蛴龅降陌咐?。這樣就能夠在學(xué)生腦海中形成具體的事件，幫助學(xué)生加強(qiáng)動(dòng)手實(shí)際操作，拓展了學(xué)生的求知道路，有利于發(fā)揮學(xué)生的主體學(xué)習(xí)作用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

（三）有利于幫助學(xué)生生成屬于個(gè)人的全新學(xué)習(xí)模式

每一名學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)的探究和理解都有所不同，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則為學(xué)生提供了充分的自主學(xué)習(xí)空間，因此在教學(xué)活動(dòng)中可以以學(xué)生為主體，尊重學(xué)生的求學(xué)意識(shí)，以一種更持續(xù)有效的教學(xué)方案幫助學(xué)生鍛煉學(xué)習(xí)意識(shí)和自主學(xué)習(xí)能力，這樣學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)思維就可以在教學(xué)活動(dòng)中得到充分綻放，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新和自主學(xué)習(xí)能力。這對(duì)于學(xué)生的感知能力想象力將會(huì)有著積極的促進(jìn)作用，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)高度和自我發(fā)展起到積極影響。

三、在初中物理教學(xué)中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)合理應(yīng)用的措施

（一）加強(qiáng)數(shù)字化教學(xué)實(shí)驗(yàn)的建設(shè)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以有效達(dá)到彌補(bǔ)課堂教學(xué)不足的目標(biāo)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)，有效提升學(xué)生的自主探究能力。所以在當(dāng)前教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)校和政府都大力支持加強(qiáng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需要大量資金和人力的支持，對(duì)初中大部分學(xué)校經(jīng)濟(jì)能力有所不足，所以學(xué)校管理者更加希望將有限的資金應(yīng)用于改善學(xué)校硬件條件、設(shè)施方面，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)并不重視。所以必須要改變學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)者這一教育教學(xué)發(fā)展理念，重視數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的影響與作用，為學(xué)生打造一個(gè)良好的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中不斷加強(qiáng)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)。要提高學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的重視，不僅要依靠教育部的號(hào)召，更需要學(xué)校中的教師注意與跟進(jìn)。教師要多注意實(shí)驗(yàn)室的建造與落實(shí)過程，積極參與學(xué)校的民主管理，多提意見、多進(jìn)行民主監(jiān)督，為創(chuàng)設(shè)更好的數(shù)字化課堂盡一份力。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)要盡量地完善基礎(chǔ)設(shè)施，大力推行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的普及，重視初中物理學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展，大力支持與引導(dǎo)初中物理教師的專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，讓學(xué)生能夠更好地體驗(yàn)新型的教學(xué)模式，促進(jìn)物理基礎(chǔ)能力的實(shí)質(zhì)性發(fā)展。

（二）結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，完成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

在初中物理教學(xué)中，學(xué)生是首次接觸物理知識(shí)，加上物理知識(shí)相對(duì)抽象，學(xué)習(xí)難度較高，學(xué)生處于剛?cè)腴T的學(xué)習(xí)狀態(tài)，很難對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行全方面地把握和理解。所以教師需要在教學(xué)活動(dòng)中，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)重新演示課堂教學(xué)案例，以更加生動(dòng)直觀的方式為學(xué)生講解物理實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)過程將不再枯燥乏味，將會(huì)體驗(yàn)到物理實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特魅力，并且加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)印象。教師在教學(xué)開展過程中可以首先將學(xué)生劃分為不同的學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)部進(jìn)行討論，在遇到問題時(shí)再向教師進(jìn)行提問。這樣學(xué)生還可以借助他人的學(xué)習(xí)思維完善個(gè)人學(xué)習(xí)觀點(diǎn)，促使學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象擁有更加全面的認(rèn)識(shí)。

物理的學(xué)習(xí)平衡于實(shí)際與抽象，是一門需要想象力和感受力、邏輯思考能力的學(xué)科，綜合性也比較強(qiáng)。以電磁鐵磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例。磁感應(yīng)在學(xué)生日常生活中是一項(xiàng)看不見摸不著的事物，為了讓學(xué)生更直觀地感受傳感器周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化，教師可以通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)完成傳感器性功率的增減，將相對(duì)抽象的磁場(chǎng)概念就通過傳感器更加明確地表現(xiàn)出來，學(xué)生在腦海中將會(huì)建立一幅正確的感應(yīng)圖形，從而提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力和分析能力。另外，在學(xué)生了解浮力的過程中，教師雖然可以利用水杯的沉浮現(xiàn)象進(jìn)行說明，但始終缺乏生動(dòng)性與具體性。教師通過數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)展示一個(gè)人在潛水時(shí)承受的重力和向上托起的浮力，讓學(xué)生自行進(jìn)行設(shè)定變量，能夠更直觀、系統(tǒng)地向?qū)W生說明浮力的存在。在教師進(jìn)行問題解惑時(shí)，也可以靈活運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)題目中由條件促成的情況，讓學(xué)生對(duì)于抽象概念的理解落腳于實(shí)際存在的數(shù)字化圖像上加深理解，提高物理素養(yǎng)及基礎(chǔ)能力。

（三）結(jié)合實(shí)際生活設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

物理知識(shí)都來自日常生活。但是在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，教師和學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)物理知識(shí)實(shí)際上是相對(duì)抽象的，這就需要教師引領(lǐng)學(xué)生完成一些與日常生活息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容搭建橋梁，讓學(xué)生生動(dòng)地理解課程內(nèi)容，特別是將物理知識(shí)與生活中一些生活現(xiàn)象掛鉤。教師如果可以科學(xué)利用該現(xiàn)象對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程加以引導(dǎo)，那么學(xué)生將會(huì)很快在腦海中生成生活案例，對(duì)物理知識(shí)擁有輔助記憶和輔助解析的學(xué)習(xí)效果。

例如，在教授《光、色彩、聲音》的課上，教師可以結(jié)合實(shí)際的生活場(chǎng)景設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，先在電腦程序上下載一個(gè)可以在生活場(chǎng)景中靈活變換數(shù)值的游戲程序，又或者請(qǐng)專業(yè)的編程人員進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的程序編排，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠讓學(xué)生在類似游戲的操作上靈活地改變生活場(chǎng)景中的光、色，放大聲音或減弱聲音等等，激發(fā)學(xué)生參與熱情，讓學(xué)生更具體形象地掌握這門課的核心內(nèi)容，理解光在早、中、晚不同時(shí)間的變化，色彩從斑斕多色到黑暗的過程，聲音從遠(yuǎn)到近發(fā)生的變化等等。學(xué)生觀察過程中能夠更直觀地感受最直接的物理變化，從這種變化中理解生活中的物理，理解物理內(nèi)在的魅力。教師要充分利用這種寓教于樂的數(shù)字化教學(xué)模式，在創(chuàng)新中推動(dòng)學(xué)生的發(fā)展，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中產(chǎn)生對(duì)物理的興趣與熱愛，提高學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

（四）將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合展開教學(xué)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)活動(dòng)中是一種全新的教學(xué)方法，但也并不意味著傳統(tǒng)教學(xué)模式?jīng)]有任何優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是相輔相成的，教師不能夠單純依靠數(shù)字化實(shí)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而是需要有選擇性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法。

例如在有關(guān)于聲波傳遞的教學(xué)活動(dòng)中，教師為了幫助學(xué)生初步理解聲波概念和理論知識(shí)，就可以在多媒體上為學(xué)生播放一些模擬聲波的裝置設(shè)備，隨后讓學(xué)生通過視頻的方式基本了解聲音的傳播范圍和傳播方式。隨后再讓學(xué)生觀察音樂軟件，在發(fā)聲時(shí)隨著聲音波動(dòng)而變化的線條就能夠讓學(xué)生的腦海中建立起一道現(xiàn)實(shí)生活的場(chǎng)景。隨后為了深化學(xué)生的解讀和對(duì)比實(shí)驗(yàn)，教師就可以要求學(xué)生將自己高聲腔調(diào)和與其他同學(xué)普通對(duì)話的說話方式錄入到電腦中，讓學(xué)生自主觀察自己說話過程中不同的說話方式對(duì)聲音波形產(chǎn)生的影響，通過不斷地觀察完善學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知，從而幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到振幅和頻率對(duì)于聲音傳播的影響。這樣的教學(xué)方式就有機(jī)地將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)有效結(jié)合，讓學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)初步理解物理知識(shí)，隨后再利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以實(shí)踐性解讀。學(xué)生與教師共同對(duì)教學(xué)內(nèi)容加以探索，從而推動(dòng)初中物理教學(xué)改革的有效進(jìn)行。

（五）通過詳細(xì)的操作提高學(xué)習(xí)效果

數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)不僅需要教師的考量與設(shè)計(jì)，也需要學(xué)生能夠快速上手，理解好數(shù)字化程序每一個(gè)部分的作用和能效，通過實(shí)際的操作檢驗(yàn)實(shí)際的學(xué)習(xí)成果。在探究磁鐵周圍的磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，磁傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)字化信息系統(tǒng)軟件、設(shè)置時(shí)間圖線等等，都需要教師進(jìn)行詳細(xì)地解釋來完善。數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是便捷與直觀，但學(xué)生的實(shí)際操作還是會(huì)有一定的難度。教師要通過詳細(xì)地操作解釋解答學(xué)生的困惑，以實(shí)際的操作讓學(xué)生能夠自主操作、自主探索，在時(shí)間變量和電壓變量的觀察中能夠總結(jié)磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)，測(cè)出磁場(chǎng)強(qiáng)度在時(shí)間中的變化。磁場(chǎng)在數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)變得清晰可見，也能明顯觀察到磁場(chǎng)所在地方的變化，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力與分析能力，也有利于學(xué)生對(duì)于數(shù)字化操作的熟練度。數(shù)字化迎接的新儀器、新操作與新的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生要掌握好的、新的數(shù)字處理能力，并在自主探索的過程中能夠充分參與進(jìn)來，增進(jìn)對(duì)物理的理解與興趣，從實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)物理的魅力與動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的快樂。學(xué)生單方面的思考容易迎來枯竭，數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)打開了學(xué)生學(xué)習(xí)的新大門，也讓學(xué)生的認(rèn)知水平有了一個(gè)質(zhì)的飛升。

（六）開拓?cái)?shù)字化資源，創(chuàng)新教學(xué)模式

除了模擬物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化程序，教師還可以積極開發(fā)數(shù)字化資源，豐富教學(xué)資源，創(chuàng)新教學(xué)模式。以如今逐漸普及的微視頻實(shí)驗(yàn)，通過創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以在課堂上積極跟隨教師進(jìn)行視頻里的實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)表自己的個(gè)性化見解，也能有效地提高教學(xué)效率，營(yíng)造一個(gè)趣味性與知識(shí)性并存的物理課堂。教師在設(shè)計(jì)微視頻實(shí)驗(yàn)時(shí)，要根據(jù)課時(shí)、課堂效果、學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以通俗易懂的方式直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生。在學(xué)習(xí)《溫度、物態(tài)變化》這一章節(jié)時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)冬天的生活微視頻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，控制好物體的冷熱程度，在控制變量中體現(xiàn)物體的熱脹冷縮狀態(tài)，也可以直接呈現(xiàn)溫度計(jì)，以控制室內(nèi)外的溫度呈現(xiàn)溫度的變化。在物態(tài)變化的微視頻實(shí)驗(yàn)上，通過溫度的變化把控物體的狀態(tài)，讓學(xué)生更直觀地了解二者的聯(lián)系。如果遇到知識(shí)點(diǎn)過于復(fù)雜的，教師可以通過播放微課分布講解，讓學(xué)生在理解之后再上手自主探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生有一個(gè)過渡的過程，從產(chǎn)生興趣到實(shí)際上手操作，能更好地完成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)參與過程。

四、結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前初中物理教學(xué)中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革已成為教學(xué)發(fā)展的主要方向。在物理課堂中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，不僅有利于豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知，還能夠?qū)⒖菰飶?fù)雜的物理知識(shí)變得更加生動(dòng)有趣，為學(xué)生積極學(xué)習(xí)物理知識(shí)奠定良好基礎(chǔ)，夠提升學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新能力。所以教師在未來的教學(xué)中，需要進(jìn)一步探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方式，不斷優(yōu)化加強(qiáng)教學(xué)改革。