數(shù)智賦能下的高中物理實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)實(shí)踐研究

隨著教育綜合改革的進(jìn)一步深化，實(shí)施數(shù)字化賦能教師發(fā)展行動(dòng)，有利于推動(dòng)教師積極應(yīng)對(duì)新技術(shù)變革。因此，開(kāi)展數(shù)智賦能下的高中物理實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、數(shù)智賦能下的實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐方向

1.信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的結(jié)合

利用技術(shù)手段，提高課堂可視化及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理效率，設(shè)計(jì)出更具互動(dòng)性和實(shí)踐性的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。例如學(xué)生用Excel、DIS傳感器等，提高數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性，利用如Tracker等圖像跟蹤軟件，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的觀察和分析，運(yùn)用AI人工智能技術(shù)處理實(shí)驗(yàn)中的常見(jiàn)問(wèn)題等，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探究能力。

2.問(wèn)題驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生高階思維

深度學(xué)習(xí)會(huì)觸及學(xué)生的高階思維。教師應(yīng)采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在小組合作中進(jìn)行討論和深入探究，提升學(xué)生的批判性思維和科學(xué)探究能力。

3.開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與技術(shù)實(shí)踐

引導(dǎo)學(xué)生利用智能設(shè)備進(jìn)行科學(xué)探究，研究如何通過(guò)智能設(shè)備或手機(jī)、電腦軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)踐。如手機(jī)自帶的傳感器及Phyphox、Oscilloscope等手機(jī)軟件，鼓勵(lì)學(xué)生自主探索和創(chuàng)新。

二、數(shù)智賦能下的實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)教學(xué)工具

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)智賦能可以通過(guò)多種工具和平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，以下是幾類工具及平臺(tái)的分析。

1.虛擬實(shí)驗(yàn)室工具

（1）應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)。虛擬實(shí)驗(yàn)室工具通過(guò)模擬各種物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作，為學(xué)生提供了一個(gè)安全、便捷的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。例如，Labster的虛擬實(shí)驗(yàn)室提供了從基礎(chǔ)力學(xué)到量子物理的廣泛實(shí)驗(yàn)，NOBOOK等虛擬實(shí)驗(yàn)室提供了跨平臺(tái)支持，GeoGebro可提供三維可視化模擬，這些都可幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M以及觀察結(jié)果。

（2）教學(xué)整合與案例分析。教師可以將虛擬實(shí)驗(yàn)室工具整合到課程中，作為實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)或?qū)嶒?yàn)后的鞏固。此外，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行概念演示，幫助學(xué)生建立理論與實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系。例如，利用PhET互動(dòng)仿真程序來(lái)教授波的性質(zhì)，學(xué)生可以通過(guò)調(diào)整波的頻率和振幅，觀察波在繩上的傳播方式，從而深入理解波的干涉和衍射現(xiàn)象。在教授光學(xué)知識(shí)時(shí)，教師可以利用NOBOOK的光學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，讓學(xué)生觀察不同介質(zhì)中的光線折射和反射現(xiàn)象。

2.智能化實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)。智能化實(shí)驗(yàn)設(shè)備通過(guò)集成傳感器、數(shù)據(jù)采集器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集和分析手段，能夠改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師手動(dòng)記錄處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模式，清晰、簡(jiǎn)單地將實(shí)驗(yàn)結(jié)果展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高課堂效率。

（2）教學(xué)整合與案例分析。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以利用智能化實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示和分析。例如，在探究牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，使用傳感器測(cè)量物體的加速度和作用力，設(shè)備將自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并生成加速度與力的關(guān)系圖，幫助學(xué)生直觀地理解力和加速度的關(guān)系。利用Tracker軟件的軌跡跟蹤功能，可以研究自由落體運(yùn)動(dòng)、探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律等。在探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以使用傳感器和數(shù)據(jù)采集軟件來(lái)測(cè)量不同重量下彈簧的伸長(zhǎng)量，再繪制彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系圖，從而驗(yàn)證胡克定律。而在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，利用智能化實(shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)量電路中的電流、電壓和電阻，學(xué)生可以通過(guò)改變電路元件，觀察數(shù)據(jù)的變化，并利用數(shù)據(jù)分析工具，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。

三、結(jié)語(yǔ)

數(shù)智賦能工具與平臺(tái)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，不僅能夠提高教學(xué)效率和質(zhì)量，還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，未來(lái)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將更加個(gè)性化和高效化，我們可以探索以下幾個(gè)方面：① 探索數(shù)智賦能教學(xué)策略在跨學(xué)科教學(xué)的應(yīng)用效果；② 深入分析數(shù)智賦能對(duì)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的長(zhǎng)期影響；③ 研究如何結(jié)合教師專業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提高數(shù)智賦能教學(xué)策略的有效性。

注：本文系廣東省2025年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計(jì)劃項(xiàng)目“數(shù)智賦能下的高中物理實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)的區(qū)域應(yīng)用與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：2025ZQJK181）、佛山市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃教育信息化應(yīng)用融合創(chuàng)新課題“基于技術(shù)賦能的高中物理實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：FSET2022X001）的成果。

責(zé)任編輯 羅 峰