初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的策略研究

摘要：當(dāng)前初中物理實驗教學(xué)中，部分學(xué)生存在數(shù)據(jù)處理能力較弱的問題，難以有效分析和解讀實驗數(shù)據(jù)，影響對物理概念和規(guī)律的理解與掌握.為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，本研究在深入分析初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力目標(biāo)的基礎(chǔ)上，以蘇科版八年級上冊“探究光的反射規(guī)律”一課教學(xué)為例，從妙創(chuàng)實驗情境、激活數(shù)據(jù)處理思維、細化步驟指引、匡正數(shù)據(jù)記錄流程等方面，提出初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的方案設(shè)計，以期為初中物理實驗教學(xué)提供新的思路和參考.

關(guān)鍵詞：物理實驗；光的反射；數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：G632文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2025）08-0089-03

收稿日期：2024-12-15

作者簡介：黃培成，本科，一級教師，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

在新課改背景下，物理實驗教學(xué)不僅要讓學(xué)生掌握基本的物理知識和實驗技能，還應(yīng)注重培養(yǎng)其科學(xué)探究能力和數(shù)據(jù)處理能力，以適應(yīng)現(xiàn)代社會對復(fù)合型人才的需求.數(shù)據(jù)處理能力不僅涉及對實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄、整理與分析，還包括能夠基于數(shù)據(jù)做出合理的解釋和推論[1].當(dāng)前初中物理實驗教學(xué)中，部分教師更注重實驗操作過程本身，忽略了培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力，導(dǎo)致部分學(xué)生在面對復(fù)雜數(shù)據(jù)時缺乏有效的處理策略，難以將實驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價值的結(jié)論.基于上述背景，本研究對初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的策略展開深入研究，旨在形成一套既符合教育規(guī)律又能切實提高學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的教學(xué)模式，為推動我國基礎(chǔ)教育質(zhì)量的全面提升貢獻力量.

1初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的目標(biāo)在初中物理實驗教學(xué)中，教師鎖定學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的培養(yǎng)目標(biāo)至關(guān)重要，旨在全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實踐技能.具體而言，該目標(biāo)聚焦以下幾個核心要點：首先，教師通過實驗教學(xué)，促使學(xué)生熟練掌握基本的測量工具和儀器，如刻度尺、量筒、天平及電流表、電壓表等，確保學(xué)生在實際操作中能準(zhǔn)確、快速地獲取實驗數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理奠定堅實基礎(chǔ)[2].其次，教師應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄與整理能力，要求學(xué)生規(guī)范記錄實驗數(shù)據(jù)，學(xué)會運用表格、圖表等形式清晰展示數(shù)據(jù)，增強數(shù)據(jù)的可讀性和分析性.再次，強調(diào)數(shù)據(jù)分析方法的教授，包括平均值計算、誤差分析、比例關(guān)系探討等，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用數(shù)學(xué)知識科學(xué)處理數(shù)據(jù)，并從中提煉出實驗規(guī)律或驗證物理定律，培養(yǎng)邏輯思維和問題解決能力.最后，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行批判性思考，評估實驗結(jié)果的可靠性和局限性，進而提出改進建議.這一過程不僅能夠加深學(xué)生對物理概念的理解，而且能夠促進其創(chuàng)新思維和科學(xué)探究精神的發(fā)展.

2初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力的策略分析2.1妙創(chuàng)實驗情境，激活數(shù)據(jù)處理思維

初中階段的學(xué)生正處于思維逐漸從具象向抽象過渡的時期，傳統(tǒng)單一、枯燥的實驗呈現(xiàn)方式往往難以充分調(diào)動其主動處理數(shù)據(jù)的積極性.多元實驗情境契合學(xué)生好奇心強、樂于探索新鮮事物的心理特點，能夠引導(dǎo)學(xué)生感受物理實驗的趣味性與實用性，進而吸引其投入實驗及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié).

以蘇科版八年級上冊的“探究光的反射規(guī)律”一課教學(xué)為例，教師可以通過多媒體情境和生活情境相結(jié)合的方式，激發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)處理的興趣和思維.生活化情境能夠有效將物理知識與學(xué)生的日常經(jīng)驗聯(lián)系起來，從而激發(fā)學(xué)生的興趣.在教學(xué)開始時，教師可以展示生活中常見的鏡子、窗戶、汽車后視鏡等反射光的物品，讓學(xué)生感知光的反射在實際生活中的重要性.接著，教師可以通過簡單的示范實驗，如用手電筒照射鏡面，引導(dǎo)學(xué)生觀察光的反射現(xiàn)象，并提問：你看到光線是如何反射的？引出本節(jié)課主題，促使學(xué)生主動觀察、思考.通過這種生活化情境，學(xué)生能夠在真實的場景中感受光的反射規(guī)律的實際應(yīng)用，從而增加對實驗的興趣，激發(fā)其進行數(shù)據(jù)收集和分析的欲望.多媒體情境能夠進一步豐富學(xué)生的感知體驗，幫助學(xué)生更直觀地理解光的反射規(guī)律.在引導(dǎo)學(xué)生觀察生活中的光反射現(xiàn)象后，教師可以借助現(xiàn)代教育技術(shù)手段展示光的反射實驗的演示過程.比如，教師可以播放一段演示視頻，展示一束激光射向鏡面并反射的過程，畫面清晰顯示反射光與入射光的夾角，幫助學(xué)生在視覺上形成直觀的印象.同時，教師可以利用多媒體工具調(diào)節(jié)反射角度，實時展示不同角度入射光的反射情況，從而使學(xué)生更加深入地理解光的反射規(guī)律.這種多媒體情境的展示，不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解抽象的物理概念，還能夠激發(fā)其探究實驗的興趣.

2.2細化步驟指引，匡正數(shù)據(jù)記錄流程

在初中物理實驗教學(xué)中，教師細化步驟指引以匡正學(xué)生數(shù)據(jù)記錄流程是極為必要的.一方面，初中學(xué)生剛接觸物理實驗，對于科學(xué)嚴(yán)謹?shù)臄?shù)據(jù)記錄往往缺乏清晰的認知，容易出現(xiàn)記錄隨意、遺漏關(guān)鍵信息、記錄格式不規(guī)范等問題，而準(zhǔn)確規(guī)范的數(shù)據(jù)記錄是后續(xù)進行有效數(shù)據(jù)處理的重要基礎(chǔ)，若這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，會直接影響整個實驗結(jié)果的分析以及學(xué)生對物理規(guī)律的正確探究與掌握.另一方面，教師細化步驟指引能幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)實驗習(xí)慣，使其深刻理解實驗過程中嚴(yán)謹性和規(guī)范性的重要意義，逐步培養(yǎng)嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)思維和科學(xué)素養(yǎng).

在具體實施過程中，教師可從多個層面來細化步驟，以規(guī)范學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄流程.“探究光的反射規(guī)律”實驗開始前，教師應(yīng)先向?qū)W生詳細介紹需要記錄的數(shù)據(jù)內(nèi)容，如明確指出要記錄每次改變?nèi)肷涔饩€的方向時，對應(yīng)的入射角大小以及相應(yīng)的反射角大小，注意強調(diào)記錄的順序，先記入射角再記反射角.同時，通過多媒體展示出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄表格范例（如表1所示），表頭清晰地標(biāo)注“入射角”及“反射角”，學(xué)生能夠明白該如何構(gòu)建自己的記錄體系，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確填在對應(yīng)的位置，避免后續(xù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的情況.

進入實驗操作環(huán)節(jié)，教師要示范正確的數(shù)據(jù)記錄流程.具體實踐中，教師首先調(diào)整好實驗器材的位置（如圖1所示），將平面鏡M水平放置，然后將一塊標(biāo)有刻度的白色硬紙板豎直放置在平面鏡上.硬紙板由A、B兩部分組成，且可沿接縫ON折疊，使一束光緊貼硬紙板射向鏡面上的O點，從硬紙板上讀出入射角和反射角的大小.

進一步開展實驗，教師可以手持手電筒，使一束光緊貼硬紙板射向鏡面上的O點，一邊操作一邊向?qū)W生講解：現(xiàn)在是我進行的第一次實驗，大家看，入射光線沿著這個方向過來，我們從硬紙板上讀出此時入射光線與法線的夾角，那我就在表格的“入射角”這一欄對應(yīng)第一行位置寫上i角的度數(shù).然后，再觀察反射光線的位置，同樣讀出反射角r的度數(shù)并記錄在相應(yīng)位置，強調(diào)每次改變?nèi)肷涔饩€角度進行下次實驗時，都要按照這樣的順序準(zhǔn)確記錄.同時，教師提醒學(xué)生在記錄時要保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性，眼睛需正對刻度線，避免出現(xiàn)視差導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤；數(shù)據(jù)要及時記錄，不要等完成幾組實驗后才統(tǒng)一補寫，防止記憶模糊記錯數(shù)據(jù).

在實驗過程中，若出現(xiàn)一些特殊情況，教師要引導(dǎo)學(xué)生做好相應(yīng)標(biāo)注.比如，當(dāng)轉(zhuǎn)動硬紙板的A或B部分時，發(fā)現(xiàn)硬紙板與平面鏡之間貼合不夠緊密，微小縫隙影響光線顯示的清晰度，教師要及時告訴學(xué)生：同學(xué)們，現(xiàn)在我們看到硬紙板這里有點縫隙，可能會對光線的觀察和角度測量有一點影響，大家在記錄這次的數(shù)據(jù)時要在旁邊注明“硬紙板貼合有縫隙，數(shù)據(jù)僅供參考”，方便我們后續(xù)分析數(shù)據(jù)的時候考慮這個因素.另外，若是多次重復(fù)實驗中出現(xiàn)個別數(shù)據(jù)與預(yù)期規(guī)律不太相符的情況，教師也要強調(diào)必須如實記錄，不能隨意舍棄，讓學(xué)生明白科學(xué)實驗要尊重事實，培養(yǎng)其嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

2.3運用統(tǒng)計手段，精確量化數(shù)據(jù)特征

“探究光的反射規(guī)律”這一實驗涉及對入射角和反射角的多次測量，由于實驗操作過程中的人為因素、儀器精度等影響，每次測量的數(shù)據(jù)不可避免地會存在一定的誤差和波動.教師可以引導(dǎo)學(xué)生運用統(tǒng)計手段撥開這些誤差的“迷霧”，精準(zhǔn)捕捉入射角與反射角之間的內(nèi)在規(guī)律關(guān)系.

在具體教學(xué)實踐中，教師可以先向?qū)W生詳細講解常用的統(tǒng)計方法及其意義，像平均數(shù)可以反映一組數(shù)據(jù)的平均水平，中位數(shù)能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的中間位置情況，眾數(shù)代表出現(xiàn)次數(shù)最多的數(shù)據(jù)等，明確不同統(tǒng)計量在分析數(shù)據(jù)時所起的作用.接著，教師可以指導(dǎo)學(xué)生計算每組入射角和反射角數(shù)據(jù)對應(yīng)的統(tǒng)計量.例如，引導(dǎo)學(xué)生通過計算每組數(shù)據(jù)的平均值以識別一組數(shù)據(jù)的整體趨勢，除平均值外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生計算中位數(shù)和眾數(shù)，幫助學(xué)生更全面地理解數(shù)據(jù)的分布情況.其中，中位數(shù)能夠有效反映數(shù)據(jù)的中間位置，避免因異常值而產(chǎn)生的偏差；眾數(shù)能展示出實驗中最常出現(xiàn)的入射角或反射角，為學(xué)生提供數(shù)據(jù)集中性的重要參考.

在此基礎(chǔ)上，教師可以指導(dǎo)學(xué)生將記錄好的實驗數(shù)據(jù)輸入電子表格軟件中，以便利用軟件內(nèi)置的函數(shù)功能快速且準(zhǔn)確地計算出所需的統(tǒng)計量，借助軟件自動生成直觀的折線圖或柱狀圖等圖表.通過這種方式，學(xué)生能夠更加直觀地看到反射角隨入射角變化的趨勢，更深刻地理解光的反射規(guī)律.此外，教師可以鼓勵學(xué)生進行誤差分析，尤其是標(biāo)準(zhǔn)差、方差等統(tǒng)計量的計算.這些指標(biāo)能夠量化實驗數(shù)據(jù)的波動程度，幫助學(xué)生理解實驗結(jié)果的可靠性.例如，較小的標(biāo)準(zhǔn)差表示實驗數(shù)據(jù)較為集中，誤差較小，而較大的標(biāo)準(zhǔn)差則提示實驗中存在較大的波動，可能需要進一步排查實驗誤差來源.

3結(jié)束語

在初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理能力，不僅能夠增強學(xué)生對物理概念的理解和掌握，還有助于提高其分析問題、解決問題的邏輯思維能力.未來，教師應(yīng)積極探索并引入先進的教學(xué)手段，如虛擬實驗室、大數(shù)據(jù)分析平臺等，使學(xué)生接觸更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理模型，鍛煉其在真實科研環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析能力.

參考文獻：

［1］ 姚丹，孫艷希，邢紅軍.中學(xué)生物理實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)：以熱水瓶保溫性能的探索性研究為例[J].湖南中學(xué)物理，2024，39（9）：78-81.

[2] 朱云霞.高中生運用圖表法處理實驗數(shù)據(jù)能力的提高策略研究[J].物理通報，2022（12）：112-115.

［責(zé)任編輯：李璟］