数字化实验在初中物理实验教学中的应用

刘 飞

（安徽省阜阳市颍泉区伍明镇桥口中学 安徽阜阳 236000）

将数字教学方法运用到初中物理实验教学中，可以很好地促进师生间的互动交流，充分尊重学生的价值，体现教师对教学的指导作用。其既能激发学生学习的积极性，又能培养学生的创造性和实验能力。

（一）有利于节约课堂时间

如果教师还停留在传统的实验教学方式上，那么在课堂上就会占据很大的空间，特别是在测量量化数据的时候，会占据更大的空间，从而影响到初中物理的教学。在初中物理实验教学中引入数字化实验，可以利用先进的数字仪器，进行快速的物理实验教学，通过计算机进行计算、分析、处理，节省了读数、记录和绘制的时间，从而得到更精确的实验结果。

（二）有利于优化观察效果

物理实验教学的终极目标是让学生有更多的机会去观察、去体会，从而使学生更好地体验和感悟物理知识。数字化实验对学生的触觉、视觉、听觉等有较强的刺激作用。教师在物理教学中，要让学生有更多的机会去自主学习和观察，从而达到学习的目标，促使学生更好地体验和理解物理的知识。数字化实验教学可以很好地激起学生的触觉、视觉、听觉等，更符合学生的求知欲，能激发学生的学习热情，对实验进行更细致的观察。同时，教师通过运用数字化进行实验，既加强了物理实验教学的宏观化和直观化，让学生能够清楚地看到物体实验教学的变化，又能最大限度地提高学生的观察能力。

（三）有利于保证内容完整

在传统的物理实验教学中，由于实验条件的限制，难以直观、完整地呈现某些变化，而且每次实验只能获得一个点，从而对物理实验教学的教学效果产生一定的影响。通过一系列快速、动态的物理实验教学，可以将大量的数据点串联起来，形成一条线，在不上课的时候，可以重复播放。所以，教师首先要指导学生使用传统的实验来获取点，再将整个实验的数据收集起来，帮助学生形成真实、全面的认知。

（四）有利形成探究性学习的新模式

探究性学习是一种以实验为载体、以对物理规律的探究为依据、以学生为中心、尊重学生求知意愿的可持续教育方式。在探究式学习中，教师与学生开展探究式学习，能够促进学生的自主性，使学生自觉地自我调节，从而促进学生的创造性和学习能力的形成。[1]

在当前的初中物理实验教学中，教师不能只强调对物理基础知识的灌输。在传统的物理学课程中，一般教师往往缺少对实践的重视，也缺少对实践过程的反思。在现代物理实验教学中，一般教师都是将实践的流程与效果都告知给学生，教师则自行去实践，而没有留给学生实验的机会。物理实验教学仅限于观看视频、观看教师的实验，而不能深入探究。尽管在课堂教学中，教师是给学生留出时间让学生进行自行实验的，但是由于部分教师在本课程上课之前没有做好充分的准备，致使教学环节的成效不高，从而降低了教学的效果。如果在教学中，只是教师单一地做演示，不仅会严重影响学生的动手操作能力，还严重影响了学生对物理知识的探究能力。导致学生对物理实验教学失去了兴趣，从而导致课堂教学的效率下降。[2]

（一）加强数字教学实验建设

通过数字化实验，不仅可以有效地提高学生对教学内容的理解和认识，还可以在无形中提高学生的自主学习能力，从而有效地解决了课堂教学中的不足。因此，在教学中学校要注重加强数字化实验室的建设。然而，由于数字化实验室的建设，需要大量的资金和人力的支持，学校的管理人员，更倾向于将有限的资金用于学校的硬件设施，而忽略了实验室的建设。因此，要转变教育与教学发展的观念，应注重数字化实验室对学生的影响和作用，建立一个较好的数字化实验室，使学生能够在实验过程中，不断地提高对物理的认识。加强对校方的关注，不但要靠教育部的呼吁，还要靠学校里的教师来关注和跟进。教师要重视实验室建设和实施的全过程，积极参加民主管理，多提意见，多民主监督，为创建一个更好的数字课堂做出自己的贡献。在此过程中，学校要努力改善基础设施，推广应用数字化实验，加强初中物理的建设和发展，鼓励和指导初中物理教师职业素质和经验的积累，使学生在新的教学方式下，获得更多的实际应用。

（二）系统探究的数字化实验

物理实验教学具有抽象性、复杂性等特点，使学生难以系统地学习物理知识。同时，一些教师在物理实验教学中存在传统观念，对物理实验教学的整体认识不全面，影响了学生对物理知识的系统探究。因此，为了使学生能够更好地进行系统的探究，可以在课堂上进行适当地运用，从而使初中物理实验教学的有序进行。例如，在“声波的产生和传播”教学中，本章的内容比较抽象，给学生带来了一定的困难。在传统的物理实验教学中，由于缺少现代化的仪器，许多老师并没有给学生进行实践的时间，而且学生也很难在深入的研究中提高对声波的理解。因此，教师应该把物理等实践性知识带到课堂，选择适当的教学实验器材，并帮助学生把声波传感器和信息收集设备相结合。教师用“动物声波”作为例子，让学生在课堂里自行探究海豚和蝙蝠的声音和波形；
通过数字物理实验教学，将声音转化为有形的声音，简化了声音的测量方法，激发学生上手操作的兴趣，帮助学生养成通过系统探究获得结论的科学习惯。[3]

（三）数字实验提高学生的物理兴趣

在初中物理教学中，教师不仅要充分提高自身的素质，还要善于发现生活中的事物，从而有效地丰富教学知识。同时，在初中物理教学中教师要合理地使实践和教材有机结合起来，通过网络实验操作不仅可以激起学生的学习兴趣还可以协助教师创造一个良好的教学情境。此外，学生在学习过程中，通过思考、探究、实践、深入剖析，获得更多的知识，从而实现知识内化。教学质量的提升离不开教师教学方式的改变，例如教师可以灵活地运用多媒体软件。

例如，在“光的折射”教学中，教师可以通过网络技术，下载一个虚拟三棱镜，视频里有人拿着三棱镜，三棱镜被一条光线穿透，然后投在了另一面白墙上。物理现象可以呈现出七彩颜色，会让学生们为之震撼。光的色散实验则指出，光在不同的色彩下，折射的方向也是不同的。通过小型的实验，使学生认识到了光的色散现象，让学生了解到一些抽象的东西，并引起学生对光学的渴望。通过课堂讨论，扩展知识，提高学生的细心观察能力。

（四）数字实验提高教学效率

初中物理实验教学中存在大量物理规则，传统物理实验教学难以有效地处理烦琐的数据，影响实验教学效果。然而，如果数据不足，实验结果的科学性和规律性将受到很大的影响。因此，在教学中要花费很多的时间去进行数据的收集和处理。例如，在“摩擦力”实验教学时，若用传统的弹簧测力仪进行测试，必须要先看一遍弹簧测力仪的用法，而且由于实验中所产生的数据不太稳定，导致学生无法获得精确的数据，从而影响了学生的自信心。在这种情况下，教师可以有针对性地引导学生进行传统的实验：首先把弹簧式测力仪换成拉伸式的，然后把传感器与数据采集装置连接，然后引导学生利用传感器进行测量，把数据显示在大屏幕上。在输入完数据信息后，再进行配重，调节传感器，获得相关的数据。在做完实验后，学生将课本上的每一项数据都仔细地看了一遍，然后分析出了摩擦的规律。在此基础上，教师仅需告知学生该实验的目标，无须说明其具体的操作步骤，但可给予其相应的提示与指导，让其加深对物理的认识，提高其学习效果。[4]

（五）构建情境

在教育信息化之前，初中物理实验教学的实施，由于学生在课堂上的表现都是被动的，不能真正地投入到实验中去，导致教学活动趣味性较低，很难引起学生的兴趣，从而降低了学生的学习效率。因此，在运用计算机技术进行物理实验教学时，需要根据具体的教学内容，设计出与之对应的情境，并在情境中进行引导，从而提高教学的趣味性，使实验教学更加有效。例如，在“透镜”教学中，教师可以运用信息技术，设计一个这样的教学实例：学生在做完实验后，用凸透镜图像进行凸透镜成像的实验。该软件可轻松地改变图片的焦距，并可在同一时间内观察到对应的影像，便于学生进行分析、归纳。这种教学不仅使课堂教学更加有趣，提高了学生的参与性，同时也使学生能够从场景中看到透镜的教学，从而了解透镜的特性、性能等知识点。

（六）在数字化实验中结合生活实际

物理是一门生活学科，也是自然规律学科，总之是看不见摸不着的，但其真正地存在于人们的日常生活之中，改变了人们的日常生活。在具体的物理实验教学中，教师要通过数字化手段给学生讲述日常中的物理常识，尽管初中物理的知识点都比较基础，但是由于学生对物理知识点的掌握认识程度的不足，数字化实验可以将物理教学中的日常生活现象进行数据化，减少实验误差，从抽象到具体。例如，在“物质比热容”实验时，教师可以将同样重量的水和沙子倒入两个烧杯中，然后将温度计插入其中，将温度计与温度传感器和温度表的顶部相连，再用一个恒温的加热器来代替酒精，以保证两个烧杯周围的温度不会有太大的改变。测试完毕后，教师可以让学生在一个同样质量的杯子里做实验，这个过程中，材料的体积、重量都是一样的，但在不同的条件下，吸收热量的能力也是不同的。教师之后再引导学生结合生活思考物质比热容定律，强化了知识，加深了印象，提高了实验教学的效果。

（七）开辟数字化资源，创新教学模式

在对物理实验教学进行数字模拟的同时，教师也可以积极地利用数字资源，丰富教学资源，进行教学方式的创新。运用当今流行的微视频实验，以创造与教学内容相关联的物理环境来激发学生的学习兴趣。学生可以在课堂上主动地跟着教师做实验，并表达自身的观点，同时也能提高教学效果，创造出既有趣又有知识的课堂。在教学中，教师要根据课时、课堂效果和学生特点，进行教学设计，使学生易于理解，易于掌握。例如，在《温度》物态变化教学中，教师可以设计一个冬季的小视频，通过对对象的冷热程度进行调控，使对象的热胀冷缩状态反映在控制变量中，或者直接显示温度计，从而实现室内和室外温度的改变。在一个物态变化的微视频实验中，利用温度的改变来控制对象的状态，使学生能够更直观地理解两者之间的关系。如果遇到一些比较复杂的问题，教师可以通过播放微课分布讲解，让学生先了解一下，然后自己上手操作，这是一个过渡阶段，让学生从兴趣变成真正地上手操作，从而更好地完成数字化实验，达到个性化的实验参与过程。

（八）利用多媒体技术扩大教学容量

一堂课的知识点比较多，而多媒体能容纳的内容更多，运用起来也更灵活，有利于突破教学中的重难点。例如，在“力”的教学中，教师可以将力的概念、单位、三要素、力的受力分析等知识整合到PPT中，再组织学生分组学习，让学生相互交流、讨论，完成学习任务，让学生的认知过程更为直接，并以此提高学生的吸引力，从而增强学生的听讲效果，并借此来带动与教师开展更高效的互动交流，让课堂上PPT内容作为与教师之间沟通的桥梁，在引导学生的注意力的同时，进一步优化教学，从而提升课堂教学。

（九）模拟，让“复杂实验”简单化

以“探究对象运动速度”为例，教师可以预先制作模拟实验课件，在实验中设计问题、设计方案设计与选择、实验推进、数据记录、分析总结等实验步骤，并在课堂上指导学生进行实验操作，使实验过程变成了网络游戏，使学生在轻松愉快的环境下进行实验，体验到实验的快乐，提高了课堂教学的质量。比如托里拆利的实验，因为是用水银做的，所以做实验的危险性比较大，因此大部分时间都是用水代替水银，但这样做的话，会对实验的结果产生很大的影响。利用计算机技术进行教学，可以有效地解决这个问题，通过探究人员的实验视频，可以让学生真正体会到“大气压”的威力，从而提高实验的效率。[5]

总而言之，经过对初中物理课堂教学的研究，认为在初中物理课程上进行数字化课堂教学，既能够激发学生的积极性，也能够提高学生的实际操作水平。运用现代信息技术来促进现代教育已成为必然，而数字化实验在初中物理实验教学中起着举足轻重的作用。尽管目前在实践中还存在着很多问题，但是随着广大教师和科研工作者的共同努力，数字化实验将会得到广泛的推广，并对初中物理的教学产生更深刻的影响。

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