漫谈数字化辅助下的高中物理实验教学

张 蕾，杜晓静

（长治学院 电子信息与物理系，山西 长治 046011）

1 引言

随着科学技术的不断进步和教育改革的不断深入，信息技术与物理学科教学的结合也更加的紧密，数字化实验教学正在改变着实验教学的传统模式。高中物理教学中实验教学占据着重要的地位，《普通高中物理课程标准》明确指出：“重视将信息技术应用到物理实验室，加快物理实验软件的开发和利用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等”。文章通过选取长治市某中学高二两个班级，分别将其在传统实验室环境下与数字化实验室环境下进行《测量电池的电动势与内阻》的实验教学，对比研究各自的优缺点，从而探讨如何更好实施数字化实验室环境下的实验教学。

2 传统实验与数字化实验的对比分析

为了探讨在高中物理中传统实验教学与数字化实验教学的优缺点，分别在传统实验室与数字化实验室对长治市某中学高二两个班级进行《测量电源的电动势与内阻》的实验教学。

2.1 实验器材对比分析

传统实验教学的实验器材有一节干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，如右图所示连接。数字化实验教学的实验器材是实验接口箱（HPCI—1 01）、串口电缆、接口箱电源线（HPCI—1 19）、直流电路实验板（HPCI—1 24）、电压传感器 B（HPCI—1 14）、电压传感器 E（HPCI—1 17）、滑线变阻器、可调直流稳压电源。

传统实验教学中实验器材简单，物理思想清晰，能帮助学生更好的掌握物理知识。数字化实验教学对实验器材要求较高，配备齐全需要一定的资金投入。

2.2 实验中理论部分讲解对比分析

图1 传统实验教材

无论是传统实验教学课堂还是数字化实验教学课堂，在讲解实验理论时不仅要讲清楚闭合电路的欧姆定律，还要讲清楚内接法和外接法的适用条件以及数据处理的方法，即图像描点法。传统实验中需要学生根据外接电阻大小自主选择电路接法。数字化实验是通过计算机进行实时测量，计算机输入阻抗很大，所以不同的接法对实验的结果影响不大，外接、内接均可。

2.3 实验操作部分对比分析

学生在传统实验教学课堂中连接电路时会出错，在选择电路接法时容易犯糊涂，需要教师检查无误后再通电以确保安全。整个实验操作部分占据了大部分的课堂时间。

数字化实验教学中，学生按老师引导连接好仪器，打开“HPCI—1物理实验微机辅助教学系统”软件，按照实验原理连接好电路，输入取样电阻，点击“采集数据”即可完成。移动滑线变阻器后重复采集数据。整个实验操作简单便捷，耗时少。

2.4 数据处理对比分析

传统实验教学采用图像法进行数据处理，原理简单、易理解，但在实际计算中误差较大，反而影响了对全电路欧姆定理的理解和认识。数字化实验教学中图像直接由计算机拟合，并计算出电动势和内阻，如图2所示。

图2 软件测量操作界面

2.5 教师课堂反思对比分析

整个传统实验教学课堂耗时较长，教师主要精力用于检查和指导实验操作，教学重点是学生的实操能力培养。数字化实验教学课堂操作简单，用时较少，能很好的将教学重点放在理论讲解和实验探究上。

2.6 学生反馈对比分析

传统实验教学中，学生全方位参与到实验过程中，感受到了实验的乐趣。但课后数据处理计算量大，且结果误差较大，不利于对实验原理的认识。数字化实验教学中，学生能深刻理解闭合电路欧姆定路和实验原理，但对内接法和外接法认识不够，无法实现知识的迁移应用。

3 数字化环境下高中物理实验教学模式存在的问题及对策

3.1 数字化环境下高中物理数字实验教学模式的问题

数字化物理实验教学模式是对传统物理实验教学模式的变革，它既符合信息化时代对学校教育提出的要求，又符合国家教育信息化战略的需要。但是，一种新的实验教学模式要在实践中实施必定会遇到许多的困难。

首先是数字化实验室与传统的实验设备的融合问题。数字化环境下的实验利于培养学生科学探究和思维能力，而传统实验室环境下进行实验则更有利于培养学生的实际操作能力和对实验数据的处理能力。很明显，如果能够将二者进行有机融合，则可有效提高实验教学的效果。其次，数字化环境下高中物理实验教学模式的关键是教学设备。一套完整的数字化实验室设备，动辙需要投入几十万甚至上百万，对一般中学而言的确难以承担。尽管国家、地方政府和学校已经在很努力的增大资源配置，但数字化实验设备的配置仍然不够，如果基本的教学设备都无法配备，那么数字化高中物理实验教学将很难进行。

3.2 改进高中物理数字化实验的策略

根据上述发现的问题，需要采取相应的对策提高数字化物理实验的有效性。

第一，使教师意识到数字化环境下高中物理实验教学资源的重要性。在高中物理课程资源中，实验教学资源占有很大的比重。然而由于当前大部分教师对实验教学资源不够重视，致使学生仅限于物理知识理论层面的学习，这使得学生在学习物理知识时会感到非常吃力，因此非常有必要提高教师对实验教学资源的重视。教师要充分了解数字化物理实验教学资源，从而更好促进自身专业化发展。

第二，教师应具备数字化观念与数字化能力。数字化能力包括数字化教学、合理运用数字化教学资源等方面的能力。通过实践应用，教师的数字化观念会逐渐转变。然而数字化能力的形成是以一系列条件为基础的，首先需要加强教师的数字化实验技能；其次可以使教师观摩数字化物理实验教学，真正体会到数字化高中物理实验教学模式的不同之处。教师要主动去学习这种新兴的实验教学模式，从而更好地促进数字化实验教学的发展。

第三，建立数字化高中物理实验教学绩效评估机制，促进数字化高中物理实验教学可持续发展。当前迫切需要解决的问题是如何评价数字化实验教学的效果。需要从两个方面对实验教学过程进行评价：其一是在数字化高中物理实验教学中教师的数字化教学能力；其二是在数字化高中物理实验教学中学生的学习能力。通过对教学过程的合理评价，使数字化实验教学得以持续发展。

4 结束语

现代科学技术以及教育的快速发展，使得数字化实验室在高中物理实验教学中的作用日趋明显。数字化实验教学是对传统实验的有益补充，是一种新的学习方式。这就意味着我们既要发展数字化高中物理实验教学，但也不能完全摒弃传统物理实验教学。二者各有其特点，将二者更好的结合起来会使得高中物理实验教学焕发出新的生机。