高中物理教學(xué)中數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的有效應(yīng)用

摘 "要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是高中物理不可或缺的教學(xué)內(nèi)容，還是物理教學(xué)的重難點(diǎn)，是培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵路徑。但就以往的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動開展情況來看，無論是數(shù)據(jù)觀察還是整體統(tǒng)計都會遇到一些困難。而在獲得數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的支持后，學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動不僅能夠高效開展，學(xué)生還能對一些數(shù)據(jù)、比較抽象的原理公式有更直觀、真實(shí)的了解。

關(guān)鍵詞：高中物理；數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室；信息技術(shù)；物理教學(xué)

在信息時代的快速發(fā)展帶動下，學(xué)校的教育教學(xué)工作中可應(yīng)用的教學(xué)方法與技術(shù)手段也更加新穎、先進(jìn)。作為一種基于先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的教學(xué)模式，數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的合理運(yùn)用不僅能突破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的諸多局限，還能為教學(xué)注入新的生機(jī)與活力，吸引更多的學(xué)生全身心參與其中。這樣在不斷提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的同時，還能多角度挖掘?qū)W生各方面的潛能，讓更多學(xué)生真正喜歡上物理這一學(xué)科。

一、數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室概述

數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是一種基于先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的實(shí)驗(yàn)平臺，在實(shí)際運(yùn)用中，可以更高效、準(zhǔn)確地完成對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，做到對智能化設(shè)備、數(shù)據(jù)分析軟件的整合利用。這樣無論是信息數(shù)據(jù)的顯示，還是各項(xiàng)結(jié)果分析都可以凸顯出智能化特征。作為一門基礎(chǔ)性學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是高中物理課程中不可或缺的一部分，也是重難點(diǎn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的有效開展可以讓學(xué)生的物理思維、創(chuàng)新探索能力和實(shí)驗(yàn)操作能力得到協(xié)調(diào)發(fā)展。物理實(shí)驗(yàn)室作為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動順利開展的重要基礎(chǔ)和保障，如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化發(fā)展，不僅能夠?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)注入新的生機(jī)與活力，還能夠多角度激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，促使學(xué)生多角度探索各個知識點(diǎn)。因此在新時期的高中物理教學(xué)中，針對數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新應(yīng)用探索，相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)給予足夠重視。

二、高中物理教學(xué)中數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

（一）借助數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析如果可以獲得數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的助力，便可以通過圖線功能的有效發(fā)揮幫助學(xué)生更清晰、準(zhǔn)確地把握物理現(xiàn)象和規(guī)律間的聯(lián)系。

以“摩擦力變化規(guī)律”為例。以往教師在組織學(xué)生開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究分析活動時，都是從定性的角度入手，學(xué)生很難在具體參與中從更細(xì)微的角度觀察、測量摩擦力發(fā)生的諸多變化。所以，在指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用彈簧測力計探究摩擦力的變化規(guī)律時，教師通常準(zhǔn)備一些粗糙的水平長木板、木塊，并在實(shí)際操作中運(yùn)用彈簧測力計沿著水平方向在長木板上拉動木塊。在此過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉力達(dá)到某一數(shù)值時，木塊會運(yùn)動，而此前木塊是靜止不動的。因此這一過程給學(xué)生呈現(xiàn)的是靜摩擦力會阻礙木塊的運(yùn)動，木塊運(yùn)動的同時拉力讀數(shù)也會迅速變小，在這之后，木塊的受力就轉(zhuǎn)變成滑動摩擦力。

這類實(shí)驗(yàn)活動在具體開展中，要想有效完成所需數(shù)據(jù)的采集，操作人員就要保證木塊的拉動是勻速進(jìn)行的。不可忽視的是，操作人員除了要控制木塊的速度，對測力計讀數(shù)的觀察也要同時進(jìn)行，再加上木塊運(yùn)動往往是一瞬間的，所以在以往這類物理實(shí)驗(yàn)活動的開展中，學(xué)生經(jīng)常會出現(xiàn)反應(yīng)不及時的情況，最終獲得的實(shí)驗(yàn)效果難以達(dá)到預(yù)期。但教師如果可以獲得數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的支持，便可以應(yīng)用相同的長木板對木塊質(zhì)量做出合理調(diào)整，在保證木塊平穩(wěn)運(yùn)動的基礎(chǔ)上，有效增加其摩擦力。之后，教師可以將彈簧測力計變成力傳感器，將其合理地固定在桌面上，再拉動木塊下的長木板，這樣便不用再嚴(yán)格地勻速拉動木板，因?yàn)闊o論勻速傳感器是否能夠讀數(shù)，力傳感器都可以反映木塊受到了多大的摩擦力。同時教師還可以通過數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得實(shí)驗(yàn)圖像，并通過簡單的引導(dǎo)，讓學(xué)生借助圖像的輔助作用，尋找到靜摩擦力、滑動摩擦力，以及最大靜摩擦力的圖像區(qū)間，并將區(qū)間更快速、準(zhǔn)確地讀出來。

在此過程中，學(xué)生可以更輕松地理解掌握這一實(shí)驗(yàn)探究中關(guān)于摩擦力的變化規(guī)律特點(diǎn)，同時對最大靜摩擦力比滑動摩擦力大產(chǎn)生了深刻印象。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程對學(xué)生而言，不僅是輕松高效的，還是充滿魅力的，學(xué)生對之后的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)探究活動將充滿期待。由此，教師再組織學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)操作與討論時，學(xué)生會全身心投入，認(rèn)真思考每一個問題、耐心完成每一個實(shí)驗(yàn)。對教師而言，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織過程既可以鍛煉自身的專業(yè)素養(yǎng)、提升業(yè)務(wù)水平，也能夠減輕負(fù)擔(dān)、解決以往教學(xué)活動設(shè)計組織中遇到的難題，獲得更多的新思路、新方法來組織學(xué)生從不同角度去探索、思考、實(shí)踐。這樣再設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究活動時，教師的耐心和細(xì)心也會得到更好突顯，師生之間的互動交流會更多，無論對和諧師生關(guān)系的建立，還是對整體授課水平、學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升都非常有益。

（二）基于數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法

對具有一定難度的物理實(shí)驗(yàn)而言，在探究分析中，如果能夠獲得數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的助力，不僅能夠使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知覺得到合理延伸，還會使信息的呈現(xiàn)方式得到不斷優(yōu)化。特別是傳感器教學(xué)活動的開展，能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化過程更直觀、形象地呈現(xiàn)出來，促使學(xué)生結(jié)合現(xiàn)有知識經(jīng)驗(yàn)展開多角度思考，高效解決相關(guān)問題。

以振動和波的教學(xué)交流課為例，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考問題：“大家能看見聲波嗎？如果能看見，聲波應(yīng)該是什么樣子的？”之后，敲響音叉，讓學(xué)生觀察“波”，結(jié)果通常是學(xué)生可以聽到聲音，但無法用眼睛“看”見聲音是怎樣的。有的學(xué)生可能會說自己看見了音叉振動，聲音是看不見的。為此，教師可以借助聲波傳感器的優(yōu)勢，將其合理設(shè)置在音叉旁邊，同時啟動與之相匹配的實(shí)驗(yàn)軟件。做好各項(xiàng)準(zhǔn)備后，教師可再次敲擊音叉，此時學(xué)生可以在屏幕上“看”見聲音，這是他們在從前的學(xué)習(xí)生活中沒有過的體驗(yàn)。音叉振動的同時，“聲音”會在屏幕上有規(guī)律地呈現(xiàn)出來。經(jīng)過這樣的教學(xué)過程，教師不需要再做過多的講解，學(xué)生便能夠?qū)Α安ā钡母拍钣懈逦羁痰睦斫狻?/p>

在以往的物理課上，“波”這一知識點(diǎn)一直是教學(xué)難點(diǎn)，但在獲得聲波傳感的助力后，學(xué)生能夠更形象地“看見聲音”。這樣的教學(xué)過程不僅會讓學(xué)生產(chǎn)生深刻的印象，對物理教學(xué)也非常有利，會讓學(xué)生對將來的物理課充滿期待。

（三）運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室拓展探究空間

對物理實(shí)驗(yàn)探究拓展而言，如果能夠得到數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的助力，便能使探究性實(shí)驗(yàn)空間得到有效拓展，同時進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)的整體品質(zhì)。

以“渦流對小車運(yùn)動的影響”這一物理實(shí)驗(yàn)探究為例。教師在給學(xué)生講解完渦電流、電磁阻尼等相關(guān)概念后，就可以科學(xué)運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備開展小車的運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，在此期間，投影的大屏幕上會呈現(xiàn)不同的運(yùn)動圖像。然后，學(xué)生便可以圍繞這些實(shí)驗(yàn)圖像展開分析，快速準(zhǔn)確地獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這樣的物理實(shí)驗(yàn)過程不僅干凈利落，還會讓整個探究分析過程更智能化、品質(zhì)化。

（四）基于數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室豐富課外實(shí)驗(yàn)

對基于興趣小組各項(xiàng)活動的開展情況而言，數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)運(yùn)用既可以使物理課外實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與形式更加豐富，又能拓展實(shí)驗(yàn)的深度廣度。傳統(tǒng)的物理課很難解決所有學(xué)生的疑問，而課外興趣小組可以通過一些拓展性補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)活動有效彌補(bǔ)以往物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足之處。再加上數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室可以憑借強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集與處理能力，以及對各類物理傳感器的組合應(yīng)用，使探究實(shí)驗(yàn)更具開放性，因此探究的領(lǐng)域與層次也不會再受到限制。

比如，在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，教師無法做到直接以功的定義式對變力做功的計算。基于此，教師可以結(jié)合具體需求，通過嘗試組合應(yīng)用力傳感器、位移傳感器，確保相關(guān)測量可以更高效精準(zhǔn)地開展。兩者的結(jié)合應(yīng)用，還能助力斜坡側(cè)面壓力變化的研究等一系列課外實(shí)驗(yàn)。同時學(xué)生也會在實(shí)驗(yàn)操作探究中，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)透徹理解實(shí)驗(yàn)的規(guī)律、結(jié)果等。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室教學(xué)活動開展的注意事項(xiàng)

第一，避免出現(xiàn)“穿新鞋走老路”的情況。新課改強(qiáng)調(diào)高中物理教學(xué)應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)探究活動的精心設(shè)計與不斷完善，以此為知識與技能、過程與方法教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)構(gòu)建理想條件。對教師而言，需要重視教學(xué)技巧方法的探究；對學(xué)生而言，則要開展更多樣的創(chuàng)造性活動，以及深層次的探究性學(xué)習(xí)活動。但如果教師在組織學(xué)生開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究活動的過程中，為了使學(xué)生清晰把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康模闳菀壮霈F(xiàn)“穿新鞋走老路”的情況，導(dǎo)致很多學(xué)生無法在物理實(shí)驗(yàn)課上獲得足夠的時間思考要設(shè)計出怎樣的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而導(dǎo)致一些假設(shè)不夠全面和充分、對相關(guān)實(shí)驗(yàn)流程的思考不夠細(xì)致。在教師程式化的自問自答下，學(xué)生的主觀能動性不僅難以得到有效發(fā)揮，還會給學(xué)生的物理思維、探究能力發(fā)展帶來一定阻礙。學(xué)生不知道“為什么做、做什么、如何做”，實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)能力自然無法得到提升，這也不符合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的初衷。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)活動的開展，本意就是要進(jìn)一步簡化實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)而使學(xué)生能獲得更多分析、討論與自主探究的時間，思維能力可以得到更好的發(fā)展。因此在數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)的探究中，教師不能越俎代庖，要真正讓學(xué)生去思考、回答實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，解決各種困難，只有這樣，學(xué)生才可以更好地理解、提升相關(guān)的知識與技能。

第二，重主體的同時也不能忽視指導(dǎo)。在數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生需要圍繞教師提出的問題進(jìn)行深入思考，發(fā)現(xiàn)并提出疑問，再設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，完成驗(yàn)證總結(jié)。這一過程中，學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮固然重要，但也不能忽視教師提供的各項(xiàng)引導(dǎo)。特別是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)智能化“黑箱”模式的實(shí)施，會在客觀層面導(dǎo)致一些原本要呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)被大幅度壓縮，導(dǎo)致學(xué)生無法全面細(xì)致地圍繞可能出現(xiàn)的不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的觀察、體驗(yàn)、比較。所以，為了確保每個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的積極作用都可以得到有效發(fā)揮，還需要教師結(jié)合具體情況加強(qiáng)指導(dǎo)。在各項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)探究活動的組織中，教師不能完全依賴各種設(shè)備，而是要圍繞不同學(xué)生的物理基礎(chǔ)與認(rèn)知發(fā)展需求，為學(xué)生提供針對性的指導(dǎo)，以免數(shù)字化實(shí)驗(yàn)流于表面形式，學(xué)生無法從中獲得成長，進(jìn)而影響后續(xù)的學(xué)習(xí)。

第三，重硬件的同時也不能忽視軟件的作用。數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)在實(shí)際開展中，離不開各類教學(xué)資源的有力支持，尤其是在新時期下，如果失去實(shí)驗(yàn)器材的支持，很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動將難以順利開展。以往的物理教學(xué)中，經(jīng)常會有教師抱怨實(shí)驗(yàn)室的器材太少，并以此為由不開展某些實(shí)驗(yàn)，只是單純地給學(xué)生播放相應(yīng)的視頻。這也會在一定程度上給學(xué)生物理學(xué)習(xí)探究能力的發(fā)展帶來制約。對這種情況，教師應(yīng)充分發(fā)揮自身的主觀能動性，努力挖掘其他教學(xué)資源，借助數(shù)字化傳感器合理改造一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材，讓這些舊設(shè)備有更多新的“附加值”，為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)提供支持。

總而言之，在數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的助力下，學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)探究中可以運(yùn)用信息化方式完成對物理實(shí)驗(yàn)中相關(guān)數(shù)據(jù)的測量、記錄，再借助計算機(jī)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、細(xì)致的分析，從而快速獲得精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這不僅讓物理實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果更加直觀、具體，學(xué)生還能更容易地探索、把握其中蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)規(guī)律特點(diǎn)，在彌補(bǔ)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足的同時，為教學(xué)方式的現(xiàn)代化發(fā)展帶來促進(jìn)作用。

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（責(zé)任編輯：鄭 "暢）