泛在學習視域下高中物理數(shù)字化實驗教學的實踐探索

薛清紅

【摘要】為了有效推進學生綜合素養(yǎng)的全面提升，強化高中物理實驗教學效果，實現(xiàn)高效課堂的構(gòu)建，本文介紹泛在學習和數(shù)字化實驗的本質(zhì)，闡述它們在教育領(lǐng)域中的重要性，然后提出一些實踐策略，包括以圖像為手段突破教學重點難點、以平臺為基地填補課堂實驗空白、以功能為依托實現(xiàn)數(shù)據(jù)剖析實驗，以及以仿真為重點強化物理實驗應(yīng)用，旨在為相關(guān)人員提供借鑒參考.

【關(guān)鍵詞】泛在學習；數(shù)字化實驗；高中物理

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，教育領(lǐng)域也面臨著巨大的變革和機遇.泛在學習和數(shù)字化實驗作為教育技術(shù)的重要組成部分，為教育教學帶來了新的可能性.高中物理作為一門實踐性強的學科，數(shù)字化實驗在其教學中的應(yīng)用具有重要意義.

1 泛在學習與數(shù)字化實驗的本質(zhì)

1.1 泛在學習

泛在學習是一種基于現(xiàn)代信息通信技術(shù)的學習模式，它強調(diào)學習的主體隨時隨地都能獲取所需的學習資源和知識.泛在學習的核心理念是學習的無處不在，學生不再局限于傳統(tǒng)的教室環(huán)境和特定的學習時間，而是可以隨時隨地進行學習活動.泛在學習的出現(xiàn)得益于信息技術(shù)的迅速發(fā)展和普及.現(xiàn)代的移動設(shè)備如智能手機、平板電腦以及便攜式電腦等，使得學習資源和知識在網(wǎng)絡(luò)上得以廣泛傳播和共享.同時，互聯(lián)網(wǎng)的普及使得學生可以通過在線課程、教育平臺、電子圖書等多種形式獲取豐富的學習資源.這些技術(shù)的進步為泛在學習提供了強有力的支持.泛在學習的特點之一是學習的個性化和自主化.學生可以根據(jù)自己的需求和興趣選擇學習內(nèi)容和學習方式，獲得個性化的學習體驗.他們可以根據(jù)自己的時間安排和學習進度進行學習，不再受到時間和空間的限制.同時，學生也可以通過互動和協(xié)作的方式與其他學生和教育者進行交流和分享，促進學習效果的提升.

1.2 數(shù)字化實驗

數(shù)字化實驗是指將傳統(tǒng)實驗中的物理實物、儀器設(shè)備、實驗環(huán)境等數(shù)字化，通過計算機技術(shù)模擬實現(xiàn)實驗過程和結(jié)果的獲取.數(shù)字化實驗利用虛擬實驗平臺或軟件，將實驗場景和實驗操作呈現(xiàn)在計算機屏幕上，學生可以通過模擬操作進行實驗，觀察和分析實驗結(jié)果.數(shù)字化實驗具有以下幾個顯著的優(yōu)勢.

首先，數(shù)字化實驗消除了傳統(tǒng)實驗中存在的一些限制和困難.傳統(tǒng)實驗受到時間、場地、設(shè)備等方面的限制，無法滿足所有學生進行實驗的需求.而數(shù)字化實驗可以在計算機上模擬實驗場景和操作過程，學生可以在課堂上或家中通過電腦進行實驗，不再受到實驗條件的限制.

其次，數(shù)字化實驗提供了更加直觀、靈活的實驗環(huán)境.通過虛擬實驗平臺，學生可以進行實驗操作、觀察實驗現(xiàn)象，而無需真實的物理實物和儀器設(shè)備.數(shù)字化實驗可以呈現(xiàn)出逼真的圖像、動畫和模擬數(shù)據(jù)，使學生能夠更加清晰地理解實驗原理和現(xiàn)象.同時，數(shù)字化實驗還可以根據(jù)學生的需要進行個性化設(shè)置，滿足不同學生的學習需求.

此外，數(shù)字化實驗具有實驗過程的可重復(fù)性和安全性.學生可以反復(fù)進行數(shù)字化實驗，修改實驗參數(shù)，觀察不同條件下的實驗結(jié)果，加深對物理概念和原理的理解.數(shù)字化實驗的安全性也得到了保障，避免了實際實驗中可能存在的危險和風險.

2 泛在學習視域下高中物理數(shù)字化實驗教學的實踐策略

2.1 以圖象為手段，突破教學重點難點

在高中物理教學中，一些抽象難懂的物理概念往往成為學生的學習瓶頸.通過運用圖像和動畫等可視化手段，可以將這些抽象概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的圖像，幫助學生更好地理解和掌握.同時，結(jié)合虛擬實驗平臺，學生可以通過模擬實驗操作，觀察圖像變化，進一步加深對物理概念的理解.

例如 在講解“光的折射現(xiàn)象”時，可以使用圖像來說明折射定律.通過繪制入射光線和折射光線的傳播路徑，學生可以觀察到入射角和折射角之間的關(guān)系.可以使用虛擬實驗平臺展示不同材料界面上的光線折射現(xiàn)象，讓學生通過調(diào)整入射角和介質(zhì)折射率的變化，觀察折射光線的路徑和角度變化.這樣的圖像展示和實驗?zāi)M可以幫助學生更好地理解折射定律，并將抽象的概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的圖像.另外，在講解光的反射現(xiàn)象時，也可以利用圖像來說明反射定律.通過繪制入射光線和反射光線的傳播路徑，學生可以觀察到入射角和反射角相等的規(guī)律.可以使用虛擬實驗平臺展示不同表面的光線反射現(xiàn)象，讓學生通過調(diào)整入射角和表面性質(zhì)的變化，觀察反射光線的路徑和角度變化.這樣的圖象展示和實驗?zāi)M可以幫助學生更好地理解反射定律，并加深對光的反射現(xiàn)象的認識.

2.2 以平臺為基地，填補課堂實驗空白

傳統(tǒng)的物理實驗往往受到時間、場地、設(shè)備等條件的限制，無法滿足所有學生的實驗需求.借助數(shù)字化實驗平臺，可以構(gòu)建一個虛擬的實驗環(huán)境，讓學生在課堂上進行實驗操作.這樣，不僅能夠充分利用課堂時間進行實驗，還可以增加學生的實驗機會，填補實際實驗無法達到的空白.

例如 在高中物理的力學實驗中，傳統(tǒng)的實驗可能需要使用特定的實驗器材、場地和操作時間，而這些條件往往是有限的.通過借助數(shù)字化實驗平臺，可以構(gòu)建一個虛擬的實驗環(huán)境，讓學生在課堂上進行力學實驗的模擬操作.學生可以通過虛擬實驗平臺進行物體的自由落體實驗，觀察不同質(zhì)量和高度下物體的運動規(guī)律.

（1）實驗?zāi)康模禾骄课矬w自由落體運動的規(guī)律，驗證自由落體的加速度.

（2）實驗步驟：

①使用數(shù)字化實驗平臺選擇一個適合的物體，并設(shè)置下落高度.

②點擊開始實驗按鈕，觀察物體從起始位置自由下落到地面的運動過程.

③記錄下落時間和下落高度，并重復(fù)多次實驗以獲得可靠的數(shù)據(jù).

④根據(jù)數(shù)據(jù)計算下落的平均加速度，并與理論值進行比較和討論.

學生可以通過改變質(zhì)量、高度等參數(shù)，觀察物體的運動變化，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析.這樣，學生可以在課堂上進行多次實驗操作，加深對力學原理的理解，而不受實驗器材和時間限制，調(diào)整實驗參數(shù)和觀察成像變化，深入理解物理原理，并與理論知識進行對比和驗證.

2.3 以功能為依托，進行數(shù)據(jù)剖析實驗

數(shù)字化實驗平臺提供了豐富的功能和數(shù)據(jù)分析工具，可以幫助學生更好地進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理.學生可以通過調(diào)整實驗參數(shù)，觀察數(shù)據(jù)變化，并利用數(shù)據(jù)分析工具對實驗結(jié)果進行剖析和解釋.這種基于功能的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，能夠培養(yǎng)學生的科學思維和實驗技能.

例如 以電路實驗為例，實驗?zāi)康模禾骄侩娐分须娏骱碗妷旱年P(guān)系，驗證歐姆定律.

（1）實驗前準備：在數(shù)字化實驗平臺中選擇電路模擬實驗，并設(shè)置所需的電阻和電源參數(shù).

（2）實驗設(shè)計：根據(jù)實驗?zāi)康暮屠碚撝R，設(shè)計合適的電路圖，并確定所需測量的電流和電壓.

（3）數(shù)據(jù)收集：使用虛擬的電流表和電壓表來測量不同電阻下的電流和電壓.通過改變電阻的取值，學生可以記錄不同條件下的電流和電壓數(shù)值，并將其記錄在數(shù)據(jù)表格中.學生可以重復(fù)試驗多次，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性.

（4）數(shù)據(jù)分析：在數(shù)據(jù)收集完成后，學生可以利用數(shù)字化實驗平臺提供的數(shù)據(jù)分析工具對實驗數(shù)據(jù)進行剖析和解釋.首先，他們可以繪制電流-電壓圖像，將電流作為自變量，電壓作為因變量，通過觀察圖像的趨勢來研究電流和電壓之間的關(guān)系.如果實驗結(jié)果符合歐姆定律，即電流與電壓呈線性關(guān)系，那么圖像應(yīng)該呈現(xiàn)出直線的趨勢.

（5）結(jié)果討論：根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合理論知識進行討論，探究電流和電壓的關(guān)系，并驗證歐姆定律的正確性.

通過這個實驗過程，學生可以充分利用數(shù)字化實驗平臺的功能.他們可以自主設(shè)計電路，通過實驗數(shù)據(jù)收集和分析，探索電流和電壓的關(guān)系，并驗證歐姆定律.通過實驗數(shù)據(jù)的剖析和解釋，學生可以深入理解物理概念，并培養(yǎng)科學思維和實驗技能，如實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果討論.

2.4 以仿真為重點，強化物理實驗應(yīng)用

數(shù)字化實驗不僅可以模擬傳統(tǒng)的物理實驗過程，還可以模擬一些特殊或復(fù)雜的實驗現(xiàn)象.通過虛擬實驗平臺，學生可以進行仿真實驗，觀察和分析一些難以在真實實驗中實現(xiàn)的物理現(xiàn)象.這樣的實驗應(yīng)用能夠幫助學生更好地理解物理原理，并培養(yǎng)他們的實驗探究能力.

例如 以電磁感應(yīng)實驗為例.

（1）實驗前準備：在使用數(shù)字化實驗平臺進行電磁感應(yīng)實驗之前，首先需要在平臺上選擇電磁感應(yīng)實驗?zāi)M，并根據(jù)實驗需求設(shè)置適當?shù)膮?shù)，例如調(diào)整磁場強度、線圈的參數(shù)等.

（2）實驗設(shè)計：在設(shè)計階段，我們可以通過改變線圈的形狀和方向來研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象.這意味著我們可以通過不同形狀和排列方式的線圈觀察它們在磁場中的運動情況.這樣的設(shè)計可以幫助我們理解線圈的運動如何影響電磁感應(yīng)效應(yīng)的產(chǎn)生.

（3）仿真實驗操作：通過數(shù)字化實驗平臺，我們可以進行仿真實驗操作.在操作過程中，我們可以觀察當線圈運動或磁場發(fā)生變化時，產(chǎn)生的電流如何隨之變化.這個平臺可以模擬真實實驗中的各種情況，使學生能夠直觀地理解電磁感應(yīng)的過程.

（4）數(shù)據(jù)分析：利用數(shù)字化實驗平臺提供的數(shù)據(jù)記錄和分析工具，學生可以對實驗數(shù)據(jù)進行分析.他們可以觀察線圈的運動和電流的變化，并探究它們之間的關(guān)系.通過數(shù)據(jù)分析，學生可以發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的規(guī)律和特征，進一步加深對該現(xiàn)象的理解.

（5）結(jié)果討論：基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合理論知識，學生可以進行結(jié)果討論.他們可以解釋觀察到的現(xiàn)象，探討電磁感應(yīng)規(guī)律在實驗中的應(yīng)用，并與其他相關(guān)概念進行比較和討論.這樣的討論有助于學生更深入地理解電磁感應(yīng)的原理和應(yīng)用.

通過仿真實驗，學生可以觀察和分析復(fù)雜的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如變化磁場中的感應(yīng)電流、電磁感應(yīng)的方向規(guī)律等.這樣的實驗應(yīng)用提供了更廣闊的實驗空間，使學生能夠探索難以在傳統(tǒng)實驗中實現(xiàn)的物理現(xiàn)象，加深對物理原理的理解.

3 結(jié)語

以圖像為手段的實踐策略通過可視化手段將抽象概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的圖像，幫助學生更好地理解和掌握物理概念.以平臺為基地的實踐策略通過數(shù)字化實驗平臺，提供虛擬的實驗環(huán)境，滿足傳統(tǒng)實驗無法滿足的學生實驗需求.以功能為依托的實踐策略利用數(shù)字化實驗平臺提供的數(shù)據(jù)分析工具，幫助學生進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理，培養(yǎng)科學思維和實驗技能.以仿真為重點的實踐策略通過虛擬實驗平臺模擬復(fù)雜的實驗現(xiàn)象，幫助學生深入理解物理原理.總之，泛在學習視域下的高中物理數(shù)字化實驗教學實踐探索為學生提供了更加靈活、直觀和探索性的學習體驗.這種教學模式能夠增加學生的學習興趣和動機，培養(yǎng)他們的科學思維和實驗?zāi)芰?，為高中物理教育的改革和?chuàng)新提供有力支持.隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和教育理念的更新，數(shù)字化實驗在高中物理教學中的應(yīng)用前景將更加廣闊.

參考文獻：

[1]屈玉杰.數(shù)字化實驗在高中物理教學中的應(yīng)用[J].甘肅教育，2022（22）：95-98.

[2]孫玉玲，朱新梅.基于核心素養(yǎng)的高中物理數(shù)字化實驗研究[J].廣西物理，2022，43（03）：159-161.

[3]郭冠英. 試析數(shù)字化實驗在高中物理實驗教學中的應(yīng)用[C]//成都市陶行知研究會.第三屆全國教育教學研討會論文集.第三屆全國教育教學研討會論文集，2022：276-279.

[4]許文怡.泛在學習視域下高中物理數(shù)字化實驗教學的實踐探索[J].中學物理教學參考，2021，50（23）：27-29.

[5]劉冉婷.高中物理利用數(shù)字化實驗提高教學有效性的實踐探索[J].中學課程輔導(dǎo)：教師通訊， 2018（08）：119.