运用数字化实验提高初中物理实验教学有效性

2018-11-28詹朝胜

名师在线 2018年9期

詹朝胜

（福建省平和第六中学，福建漳州 363703）

引言

随着现代信息技术的发展，新课改对基础义务教育的教学效率和教学质量有更高的要求，创新教学方法和手段以及更新教学内容是当前初中物理教学的一个重任。物理是一门贴近生活、揭示自然规律的学科。学习物理，动手实践探究能力是每一个学习者必备的技能，实验是提高学生动手实践能力的一个有效途径。数字化实验教学有助于弥补课堂传统实验教学的不足，将物理学科与现代技术相结合，激发学生的学习激情，开拓学科眼界[1]。

一、数字化实验概述

数字化实验产生于21世纪初的十年课程改革对科学教育的反思。现阶段，课程标准强调科学探究，注重学生科学素养、创新思维以及实际科学探究能力的培育，强调科学学习与生活结合，现代信息技术和传感技术的发展，催生了数字化实验教学的降生。

数字化实验，也称DIS。当前，许多省份的中学里都配备了专门的数字化实验室。数字化实验室的设备主要包括传感器、数据采集器、电脑计算机（配有相应的系统实验软件），以及各种教学辅助材料和教具。在实验室内，数字化实验以真实的实验实践为基础，通过实时测量，运用传感器连接电脑终端进行数据采集，然后运用计算机内的系统实验软件进行数据分析和智能控制，因此，传感器是数字化实验顺利进行的重要因素。传感器包括力传感、声波传感、温热传感、磁传感等多种类型的传感器，它能准确将实验中产生的温度、力、距离、声波等转换成可被计算机识别和使用的信号数据，最后通过软件分析，进行计算，并总结成文。通过数字化实验，有助于学生更加直观地观察实验现象、发现规律、总结结论；还能激发学生的探究欲，提高动手实践能力，提高物理学科素养。

二、当前初中物理数字化实验教学的局限

数字化实验在初中物理教学中有诸多优势，但也存在一些不足之处。要想更加有效地进行数字化实验教学，需要明确当前的问题，积极寻找有效手段，克服局限。

首先，初中物理教学可供开发利用的实验模板不足。即使教师可以自己制作模板，但是人力有限，自己制作的实验模板无法满足所有物理实验的需要。

其次，数字化实验教学使学生无法掌握对传统的实验器材的正确使用和实验步骤的正确顺序。也就是说，数字化实验减少了学生亲密接触物理实验仪器的机会，不利于他们掌握使用实验仪器的正确方式和一些实验的小技巧。例如，用试管加热液体时试管需要倾斜，用温度计测量酒精时水银柱的变化等，这些在数字化实验中都通过传感器来实现了，学生无法真实感知到实验的过程。

最后，数字化实验必须依靠传感器进行，而物理实验需要用到的传感器种类较多，需要投入大量的资金支持，这对一些经济发展落后的地区而言是一个难以解决的问题。

另外，数字化实验对学生的综合素养要求较高。初中生刚开始学习物理，学科水平尚不能达到，因此，探究数字化实验更加有效地应用于初中物理教学是十分有必要的。

三、利用数字化实验进行实验教学的有效途径

笔者根据自身多年教学经历，总结了几条教学建议。

1.政府和学校应加大支持力度，建立数字化实验室

数字化实验对弥补课堂教学的不足，增强学生学习能力、探究能力有显著的积极效果，有条件的情况下，应该建立一个完备的数字化实验室，为学生创造更好的学习环境。

如果条件不足，那么学校教师可以自行成立数字化实验教学小组，共同合作，制作一些经典的物理实验模板，尽可能地为学生创造更多的实验学习机会。

2.提高教学效率，注重经典案例的模范作用

物理是一门以实验为基础的学科，学生在刚开始学习时，对物理实验的把握并不能十分精准，且难以理解抽象的物理理论知识。教师在运用数字化实验进行教学时，要注重经典实验案例的展现和再操作。教师可以将学生分为若干小组，对学生进行分别指导，让他们对实验现象有更加直观清晰的了解，这样有助于提高学生学习兴趣，提升教学质量和水平[2]。

例如，在讲解电磁感应现象时，传统的实验是在闭合的电路中，用一导体在磁场中做切割运动，然后观察电流表的指针变化情况，从而确定电与磁存在一定的关系。但是，实际上实验中产生的电路是非常小的，电流表的指针变化并不容易被观察到。运用数字化实验设备进行实验则能十分准确地采集电流变化的数据，并对它们进行处理分析，帮助学生理解电流、磁场、导体的关系，以及运动在实验中所发挥的功能，进一步得出电与磁的关系，充分认识交流电的概念和内涵。

3.结合生活实际，用实验打通生活与科学的通道

初中物理涉及的知识点比较基础，但是学生还是较难理解宏观的物理空间以及抽象的物理理论知识。通过一个个物理小实验，学生很快能将随处可见的生活现象与奇妙的物理原理相关联，有助于化抽象为具体，提高教学效率。数字化实验对普通的生活现象进行数据化的处理，还能有效减少实验误差，保证实验的理想性。

例如，在探究物质的比热容实验时，为了验证“不同的物质在质量相等、温度变化相同的情况下，吸热能力的大小是不同的”这个定律，在两个烧杯中分别放入等质量的清水和砂石两种物质，杯中分别插入一支温度计，温度计顶端与温度传感器连接，此时，放弃使用酒精灯，转用恒温加热器，有助于保证两个烧杯外部温度变化一致，之后再观察温度计的温度变化，以及计算机软件上所得的数据变化。实验结束后，再换另外两个分别装有等质量的清水和食用油的烧杯，进行同样的实验。两组实验结束后，基本可以证明不同的物质在质量相等、温度变化相同的情况下，吸收的热量不等，即不同的物质比热容不同。利用这一结论，再引导学生对现实生活进行思考。

4.结合虚拟设备，数字化实验与虚拟实验相结合

上文提到，数字化实验也存在一些弊端，因此，初中物理教学需要多种实验方式相结合，博采众长，为我所用。例如，在声波传递范围的实验中，可以下载一些虚拟示波设备，然后再进行声音传播范围测试的实验，学生既可以观察数据变化，也可以在软件窗口中观察声波的波形变化，并以此来判断声音的远近。在对比不同发音体的声音特点的实验中，可以将同一个发音体两次发出的不同响亮程度的两段声音录进电脑，并对比其波形变化，从而判断两段声音的频率和振幅。数字化实验与虚拟实验相结合有助于完善实验教学的方式和手段，帮助学生更好地理解物理知识，为物理实验教学增添新的动力；有助于使初中物理教学改革渐入佳境，带动理科实验教学模式的革新[3]。