核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理數(shù)字化實驗的實踐研究

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）強(qiáng)調(diào)了物理教學(xué)與信息技術(shù)的融合。實驗教學(xué)作為物理教學(xué)的一部分，數(shù)字化實驗教學(xué)活動的開展，能在深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，推動其核心素養(yǎng)的發(fā)展。因此，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，教師要積極組織學(xué)生開展高中物理的數(shù)字化實驗教學(xué)，主動分析數(shù)字化實驗教學(xué)過程，在反思中提出改進(jìn)措施，最大限度地發(fā)揮數(shù)字化實驗教學(xué)的價值，為學(xué)生核心素養(yǎng)的可持續(xù)提升奠定基礎(chǔ)。

一、核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

數(shù)字化實驗是以真實實驗為基礎(chǔ)，通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用代替常規(guī)化的實驗方式，并在實驗數(shù)據(jù)采集后對虛擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。數(shù)字化實驗的實施能更加清晰、明確地展示實驗現(xiàn)象，是揭示實驗規(guī)律的一種手段。

在高中物理教學(xué)中，數(shù)字化實驗是借助數(shù)字化技術(shù)引領(lǐng)學(xué)生開展實驗探究的方式。它能促進(jìn)教師教學(xué)模式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變，克服常規(guī)化實驗教學(xué)的局限性，實現(xiàn)課程的有效變革。同時，數(shù)字化實驗的開展還能幫助學(xué)生更加清晰、深刻地理解物理概念原理，使之在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和直觀圖像的輔助下降低學(xué)習(xí)困難性，是物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要舉措。

（一）教學(xué)模式有待創(chuàng)新

數(shù)字化實驗教學(xué)的開展能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，讓學(xué)生更好地理解掌握所學(xué)內(nèi)容。但當(dāng)前高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)活動的開展存在著教學(xué)模式固化的現(xiàn)象，致使教學(xué)活動的開展更加注重學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)，忽視了學(xué)生的自主探究，導(dǎo)致學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)停留在淺層。再加上這種固化模式的應(yīng)用限制了學(xué)生思維能力的發(fā)展，不利于其獨立解決問題能力的形成，阻礙了學(xué)生物理學(xué)科的可持續(xù)發(fā)展。

（二）個體差異有待關(guān)注

學(xué)生之間理解能力、分析能力等的不同，都會讓他們對物理知識的學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出差異化的特點，這意味著教學(xué)活動的開展需要關(guān)注學(xué)生的個體差異，讓教學(xué)活動面向全體學(xué)生。但在當(dāng)前高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)中，學(xué)生的個體差異并未得到關(guān)注，教師通常會采用“一視同仁式”的教學(xué)原則進(jìn)行知識的講解和探究，并未考慮到學(xué)生之間的差異，導(dǎo)致部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度，而基礎(chǔ)較好的學(xué)生則認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容過于簡單，無法滿足其學(xué)習(xí)需求，影響了高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)的效果。

（三）課堂教學(xué)互動不足

課堂中的良性互動能在吸引學(xué)生注意力的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生保持思維活躍的狀態(tài)。但當(dāng)前高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)活動開展中的互動效果并不理想。一方面，教師仍占據(jù)課堂的主體地位，學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)依舊處于被動的狀態(tài)，無法與教師、與知識進(jìn)行深入互動，導(dǎo)致課堂的學(xué)習(xí)氛圍沉悶，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低下。另一方面，學(xué)生之間的互動相對較少，他們更傾向于獨自完成實驗任務(wù)，并未過多與同伴進(jìn)行合作和交流，導(dǎo)致其在數(shù)字化實驗中的思維較為單一，無法在互相探討中學(xué)習(xí)和借鑒最終影響整體的教學(xué)效果。

（四）實驗指導(dǎo)有待加強(qiáng)

數(shù)字化實驗教學(xué)的開展是讓學(xué)生理解、掌握所學(xué)內(nèi)容。但由于學(xué)生的實踐經(jīng)驗較少，需要經(jīng)過教師的指導(dǎo)，才能順利完成實踐探究。而當(dāng)前高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)中，教師通常會向?qū)W生演示數(shù)字化實驗的內(nèi)容，學(xué)生僅需按部就班進(jìn)行實驗，這一過程缺少對學(xué)生的有效指導(dǎo)，且學(xué)生只是機(jī)械地模仿操作，無法真正理解實驗的原理和目的。此外，教師在指導(dǎo)過程中更傾向于驗證實驗結(jié)果的正確性，忽視學(xué)生在實驗過程中的思考和探究，導(dǎo)致學(xué)生的知識掌握和能力提升效果較弱，無法達(dá)到良性的教育效果。

（五）教學(xué)內(nèi)容有待拓展

當(dāng)前高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)活動的開展通常以教材為主，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識只來自教材，但當(dāng)離開教材后，面對實際問題的解決，他們往往會感到手足無措，這是由于學(xué)生對于知識的認(rèn)知面較窄，面對復(fù)雜多變的物理問題，他們難以運用所學(xué)知識進(jìn)行靈活應(yīng)對。同樣這也反映出高中物理教學(xué)內(nèi)容有待拓展的問題，學(xué)生的物理視野和學(xué)習(xí)深度受到了局限，無法真正將所學(xué)知識應(yīng)用于實際問題解決中，不利于其物理學(xué)科的可持續(xù)發(fā)展。

二、核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)實踐

（一）設(shè)定 明確教學(xué)方向

數(shù)字化實驗教學(xué)活動的實施需要明確其教學(xué)目標(biāo)，立足于此設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，才能從整體上把控整個教學(xué)活動，保證課堂的教學(xué)效果。對此，在核心素養(yǎng)的導(dǎo)向下，教師要精心制定教學(xué)目標(biāo)，明確整體的教學(xué)方向，從學(xué)生的角度入手預(yù)設(shè)教學(xué)活動，為教學(xué)活動的開展做好準(zhǔn)備[1]。

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，教師要整合這一節(jié)物理知識的內(nèi)容，立足學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)。1.理解并驗證機(jī)械能守恒定律，掌握實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理方法；2.通過實驗觀察和數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，提升其核心素養(yǎng)；3.在實驗過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感等，明確整體的教學(xué)方向。隨后，依托教學(xué)目標(biāo)預(yù)設(shè)數(shù)字化實驗教學(xué)的環(huán)節(jié)，包括實驗前的導(dǎo)入、學(xué)生探究興趣的激發(fā)、數(shù)字化實驗的推進(jìn)、數(shù)字化實驗的反思和改進(jìn)等，整體把控教學(xué)活動，為高質(zhì)量教學(xué)效果的達(dá)成提供保障。

（二）選擇 創(chuàng)新教學(xué)模式

教學(xué)模式是教學(xué)活動開展的重要依據(jù)。教學(xué)模式的創(chuàng)新應(yīng)用不僅能給學(xué)生帶來不同的學(xué)習(xí)體驗，使之產(chǎn)生對物理知識濃厚的探究興趣，還能增強(qiáng)課堂教學(xué)的生動性，有助于教學(xué)效果的達(dá)成。因此，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，基于高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)，教師要積極創(chuàng)新數(shù)字化實驗的教學(xué)模式，讓學(xué)生占據(jù)課堂的主體地位，引領(lǐng)其親歷數(shù)字化實驗的準(zhǔn)備、實踐和總結(jié)的環(huán)節(jié)，貫徹落實以生為本的教學(xué)理念，充分挖掘?qū)W生的潛能，使之沉浸在數(shù)字化實驗中掌握物理知識，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)效果[2]。

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，教師可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式實施數(shù)字化實驗教學(xué)。首先，在課前運用數(shù)字化技術(shù)。例如，在在線學(xué)習(xí)平臺，給學(xué)生布置相關(guān)的預(yù)習(xí)任務(wù)和數(shù)字化實驗的相關(guān)資料，使之在任務(wù)的完成過程中建立對數(shù)字化實驗的初步認(rèn)知。其次，在課堂上組織學(xué)生分享自身在預(yù)習(xí)過程中遇到的困難，以師生、生生的有效互動幫助學(xué)生解決預(yù)習(xí)中的難題。隨后，組織其開展數(shù)字化實驗的實踐探究環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)記錄、分析實驗數(shù)據(jù)，驗證機(jī)械能守恒定律。同時，教師也要關(guān)注學(xué)生的實驗進(jìn)程，必要時給予他們適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，讓數(shù)字化實驗得以順利推進(jìn)。最后，在完成實驗后，組織學(xué)生整理實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告，并在在線學(xué)習(xí)平臺上分享交流自身的實驗成果，深化其對物理知識的理解，保證教學(xué)效果。

（三）差異 優(yōu)化實驗設(shè)計

高中生已儲備了一定的物理知識，但他們之間的物理水平參差不齊。想要保證數(shù)字化實驗活動的開展效果，讓每位學(xué)生都能獲得與自身能力相適應(yīng)的增長，需要尊重學(xué)生的個體差異。因此，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，教師可以基于數(shù)字化實驗教學(xué)優(yōu)化實驗設(shè)計，關(guān)注學(xué)生之間的差異性，以不同的實驗方式探究同一知識，在尊重學(xué)生學(xué)習(xí)主體性的基礎(chǔ)上，保證數(shù)字化實驗活動的順利推進(jìn)，令每位學(xué)生都能有所收獲，保證教學(xué)效益的同時，達(dá)成學(xué)生物理水平整體上升的效果[3]。

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，教師要先了解學(xué)生之間物理水平的差異性，以此為基礎(chǔ)將其分為基礎(chǔ)層、提高層和拓展層。針對基礎(chǔ)層的學(xué)生，教師可以參與到他們的數(shù)字化實驗探究中，通過引導(dǎo)逐步開展數(shù)字化實驗，理解機(jī)械能守恒定律的基本概念，掌握實驗的基本操作步驟。針對提高層的學(xué)生，可以組織他們運用所學(xué)的知識設(shè)計實驗方案，并結(jié)合實驗方案開展數(shù)字化實驗，準(zhǔn)確記錄和分析實驗數(shù)據(jù)，驗證機(jī)械能守恒定律。針對拓展層的學(xué)生，可以鼓勵其自主設(shè)計實驗方案，在實施這一小節(jié)實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，探究機(jī)械能守恒定律在不同條件下的應(yīng)用情況，并嘗試進(jìn)行創(chuàng)新性實驗。讓不同層次的學(xué)生都能實際參與到數(shù)字化實驗探究中，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)自信心，保證數(shù)字化實驗教學(xué)效果的同時，促進(jìn)學(xué)生物理水平的整體提升。

（四）詢問 促進(jìn)思維發(fā)散

學(xué)生思維的發(fā)散是數(shù)字化實驗教學(xué)推進(jìn)的主力。因此，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，教師不妨以問題的設(shè)計與提出點明課堂的教學(xué)主題，讓學(xué)生產(chǎn)生對物理知識強(qiáng)烈的探究欲望，在以小組合作的形式進(jìn)行探究，促進(jìn)其思維的發(fā)散，形成數(shù)字化實驗的雛形，以便實踐的順利過渡。

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，教師可以給學(xué)生播放大擺錘的視頻，刺激學(xué)生的感官系統(tǒng)，向其提出“在教師播放的這個視頻中，大擺錘受到了哪些力呢？這一過程的機(jī)械能是怎樣轉(zhuǎn)化的？”的問題，促使學(xué)生思考，引出整節(jié)課的教學(xué)主題—一驗證機(jī)械能守恒定律。隨后，組織學(xué)生以小組合作的形式設(shè)計實驗方案，做好實驗前的準(zhǔn)備工作。

（五）實踐 實施數(shù)字實驗

實踐活動的開展能加深學(xué)生對物理知識的理解和認(rèn)知，鍛煉其綜合性學(xué)習(xí)能力，對其核心素養(yǎng)的發(fā)展具有積極意義。因此，在完成實驗方案設(shè)計后，教師要積極組織學(xué)生開展數(shù)字化實驗探究環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親歷整個實驗過程，直觀了解物理實驗結(jié)果，繼而增強(qiáng)其學(xué)習(xí)效果，達(dá)成預(yù)期的教育成效[4]。

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，首先，運用數(shù)字化技術(shù)組織學(xué)生開展仿真實驗，記錄、整理、分析實驗數(shù)據(jù)，得出最終的結(jié)論。其次，展示實驗過程和實驗結(jié)果，分享實驗體會，鼓勵其他小組成員提出不同的見解，以師生、生生的多向互動完善實驗過程和實驗成果，深化學(xué)生對機(jī)械能守恒定律知識的理解。最后，總結(jié)數(shù)字化實驗，繪制完整的思維導(dǎo)圖，鞏固強(qiáng)化學(xué)生所學(xué)內(nèi)容的同時，落實其學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（六）指導(dǎo) 強(qiáng)化實驗管理

強(qiáng)化實驗管理能及時糾正學(xué)生在數(shù)字化實驗中的操作，確保其操作行為的規(guī)范性，還能通過自身對學(xué)生的引導(dǎo)讓數(shù)字化實驗教學(xué)活動的開展更具價值。因此，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，基于高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)的實踐成果，教師要強(qiáng)化數(shù)字化實驗的管理，實時監(jiān)控學(xué)生的數(shù)字化實驗進(jìn)程，給予其個性化的指導(dǎo)和反饋，讓數(shù)字化實驗得以在正確的框架內(nèi)順利完成，保證實驗效果的同時，提高其學(xué)習(xí)效率[5]

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，教師可以組織學(xué)生在數(shù)字化平臺上開展物理的數(shù)字化實驗，借助數(shù)字化平臺對學(xué)生的實驗過程進(jìn)行實時監(jiān)控，清晰了解學(xué)生的實驗操作步驟、實驗數(shù)據(jù)結(jié)果記錄和實驗結(jié)果的分析等，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗過程中的不足之處，并給予其個性化的指導(dǎo)。如當(dāng)學(xué)生的操作規(guī)范時，可以運用數(shù)字化平臺提醒學(xué)生；當(dāng)實驗數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確時，可以運用數(shù)字化平臺進(jìn)行指導(dǎo)，以便數(shù)字化實驗的順利進(jìn)行。同時，鼓勵學(xué)生在實驗過程中及時運用數(shù)字化平臺反饋自身的問題，教師則根據(jù)學(xué)生的反饋給予其個性化指導(dǎo)，幫助其解決困難，使之更好地理解掌握物理知識。

（七）拓展 豐富實驗內(nèi)容

進(jìn)行實驗內(nèi)容的拓展不僅能讓學(xué)生更全面地了解物理知識，還能鍛煉其對知識的遷移運用能力，對其核心素養(yǎng)的發(fā)展具有積極意義。因此，在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，為了讓學(xué)生更好地掌握物理知識的核心內(nèi)容，教師要注重實驗內(nèi)容的拓展，結(jié)合數(shù)字化實驗的內(nèi)容引入類似的實驗場景，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行物理知識的再探究，以此深化其對物理知識的理解和感悟，提高其知識遷移能力，促進(jìn)其核心素養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

例如，在“實驗：驗證機(jī)械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節(jié)課中，教師可以結(jié)合這一小節(jié)的實驗拓展實驗內(nèi)容，如探究斜面小車運動中的機(jī)械能守恒，以相似的實驗情景加深學(xué)生對物理知識的理解和認(rèn)知。同時，教師也要給學(xué)生提供實驗的數(shù)字化工具，如仿真實驗、數(shù)據(jù)記錄等，使其能順利開展數(shù)字實驗的自主探究，更全面、更具體地了解物理知識的應(yīng)用場景，鍛煉其物理知識遷移運用能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為其核心素養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

結(jié)束語

總而言之，核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)活動的開展要注重對教學(xué)過程的反思與改進(jìn)，積極優(yōu)化數(shù)字化實驗的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓整個教學(xué)活動的開展面向全體學(xué)生，使每位學(xué)生都能在實驗探究中有所收獲。同時，教師也要關(guān)注實驗內(nèi)容的有效拓展，豐富學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)視野，使之能更全面、更透徹地理解物理知識的本質(zhì)，提升學(xué)生物理知識的學(xué)習(xí)效果，提高課堂的教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]葛飛.數(shù)字化技術(shù)在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用：以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例[J].新課程，2025(4):165-168.

[2]茍冰.數(shù)字化技術(shù)在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[].智力，2024(16):135-138.

[3]王益飛.高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)：“驗證機(jī)械能守恒定律\"教學(xué)設(shè)計[J].新課程，2024(16):46-48.

[4]陳創(chuàng)豪.高中物理教學(xué)中的數(shù)字化實驗應(yīng)用與教學(xué)策略研究[D].贛州：贛南師范大學(xué)，2024.

[5]莫君榮.高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)策略研究：以電學(xué)為例[].科學(xué)咨詢(教育科研)，2021(6):226-227.