数字化实验仪器在农村高中物理实验和教学中的应用研究

莫君荣 袁国道

摘要：随着科技水平的不断提升，数字化实验仪器在农村学校中逐步得到装备，它可以测量动态信息，计算复杂的数据，解决传统实验教学中无法解决的问题，大大提升了课堂教学的质量和效率。本文将从数字化仪器在教学中的优势出发，具体分析数字化仪器在教学中的应用策略，希望能够为农村高中物理实验和教学提供一定的参考与借鉴价值。

关键词：高中物理 数字化实验仪器 实验教学

数字化实验仪器是建立在数字化操控和测量技术为基础上的实验仪器，由传感器、数据采集包、试验软件包和计算机几个部分组成，具有精度高、速度快、自动化等特点。21世纪初期，我国部分地区的高中学校开始尝试将数字化实验仪器应用在物理实验和教学中，传统实验仪器无法解决的一些问题得到了解决，师生都很认可。

一、传统实验仪器在高中物理实验和教学中的困境

高中物理实验和教学的开展要求学生结合自己的创新能力，在探究过程中获得学习体验，掌握方法，提升能力。但是，相对城市地区来说，农村教学水平落后，忽视了对学生综合素养的培养，学生普遍缺少创新意识。所以，如何在高中物理实验和教学中开展探究教学就成为现代农村教育改革的关键问题。

农村高中物理教学中所使用的实验设备通常具有简单、直观、易操作的特点，且实验过程中需要人工读取和记录数据，在一些变化速度快、难以观测的实验中就很难准确读取数据。另外，一些复杂的数据计算还将影响实验和教学过程中的探究和学习效率，出现实验和理论探究相冲突，这两方面的问题又严重影响着当前高中物理实验和教学的质量，而数字化实验仪器的应用将有效解决这方面的问题，提升探究与学习的效果，推动农村地区教学质量的提高。

二、数字化实验仪器在高中物理实验和教学中的优势

（一）有助于提高教学效率

数字化实验仪器发挥了计算机的优势，可以实现高精度的数据记录以及自动化的测算。在高中物理教学中，数字化实验仪器可以自动完成实验过程中的数据收集及综合性的分析处理，让教师和学生省去了复杂的计算过程，将所有的精力都投入到实验的设计与实施中去，为其节省了许多时间，有助于提高物理教学的效率。

（二）有利于解决教学难点

在目前的教学狀况下，所涉及的传统实验仪器虽然简单、易操作，但却需要人工读数记录，并且不够精确，很难记录下转瞬即逝的瞬间数据。但是，数字化实验仪器的使用可以高精度、高速度的完成数据的采集，收集到每一个瞬间的数据，且高效、直观，有利于学生更加深入地分析与理解，确保实验结果的正确性，轻松解决实验和教学中的难题。

（三）培养了学生动手能力和探究精神

数字化实验仪器具有便捷和高效的特点，为学生开展探究学习提供了一个良好的环境。在高中物理实验和教学中，学生可以根据自己的实际需求利用数字化实验仪器进行学习探究，自主进行实验研究。这样，不仅可以掌握现代化技术支持的实验操作方法，更增强了学生的实验和学习的意识，有助于创新思维的养成，使学生的动手能力和探究精神都得到很好的培养。

（四）提升了学生的实验素养

新课程改革要求学生能够在学习中充分发挥主动性，学生可以通过实验充分了解有关概念、理论和技能，提升其实验素养。数字化实验仪器在高中物理教学中的使用可以激发学生在实验过程中的探究兴趣，帮助他们养成实事求是的科学态度，提高实践能力，这正是满足提升学生实验素养的要求。

三、数字化实验仪器在农村高中物理实验和教学中的应用策略

（一）利用图像解决教学重难点

在高中物理的学习和实验中，许多研究对象处于不断运动或变化的状态，学生很难观察测量它们运动或变化的过程，给教学带来了很大的麻烦。而数字化实验仪器可以以图像的方式向学生展示物体运动或变化的过程，让学生了解到最真实的实验结果，实现实验过程与物理概念之间的联系，解决教学中的重难点问题。

例如，在学习了“超重和失重”这部分内容后，有些学生认为“物体的超失重现象与运动方向有关”，为了让学生明白错误原因，可以将力传感器连接到物体的上端，然后用手拉力传感器连同物体一起由静止向上（或向下）加速再减速。由数据采集器将数据上传到计算机，并绘制出力的变化图像，观察后不难发现物体的超失重现象与运动方向无关，解决了重难点，也加深了学生对知识的理解。

（二）利用数字化实验仪器学习抽象概念

物理知识本身就很抽象，需要依靠实验来帮助学生理解，但在学习高中物理时，很多实验利用传统的方法很难更好地完成。数字化实验仪器的出现让这些难以完成的实验成为可能，教师采用有效的手段，利用数字化实验仪器进行实验，加深学生对物理概念的认识。

例如，“电容”是高中物理学习中的一个重要概念，教材上对其概念的描述非常抽象，学生不易理解。因此教师可以通过实验的方式来进行探究，由于电容器充放电时间很短且变化快，电流表无法测量充放电流，需要用电流传感器测量电流，经采集输入计算机得到i-t图像，处理得到电量Q值，用电压表测电压U，经处理、分析、比较，学生很容易得出结论。此时，教师可以告诉学生，QU是电容器自身的属性，与电压无关，从而引出电容的概念，帮助学生理解，实现教学目标。

（三）利用数字化实验仪器快速得到实验结论

在学习物理的过程中，许多物理实验的结果需要我们根据实验情况进行推理论证，但整个整理过程相对来说比较复杂，需要耗费大量时间。数字化实验仪器中的“测量——记录——呈现”功能可以快速帮我们得到实验的结果，完成推论，这将大大提升实验的效率和准确性。

以弹簧振子做简单运动为例，高中阶段虽然不要求推导弹簧振子位移和弹力间的关系，但教师引导学生动手推导，有利于学生的理解和记忆。教师可以利用力传感器和位移传感器实时监测弹簧振子的受力和位移情况，经采集、传输到计算机，可以快速知道二者呈正比关系。

（四）利用数字化实验仪器开展探究性实验

数字化实验仪器有着强大的数据处理功能，在教学中，我们可以用它将理论的推导过程变为实验的探究过程，以此引导学生开展探究性学习，提升学生的探究意识以及学习能力。

例如，在动能定理的学习中，传统教学是通过牛顿第二定律和运动学公式来进行推导的。但在数字化实验仪器的支持下，我们可以设计探究性实验，具体操作方法是：在一端带定滑轮平板轨道上安装两个光电门传感器，放上带遮光条的滑块，适当倾斜轨道来平衡摩擦力，利用力传感器测合力和两个光电门测速度，之后对数据进行处理和计算，比较滑块过两光电门过程中W合和ΔEk的大小，可发现合外力做的功等于动能的增量。

数字化实验仪器的操作方法对教师和学生来说并不复杂，只要进行简单学习就可以掌握。它在高中物理教学中的应用可以为农村的学生提供更好的学习条件，提升他们对实验和学习的兴趣，培养其实验能力以及自主探究意识。对于教师来说，必须要提高对数字化实验仪器的重视程度，通过合适的教学方法和手段来发挥数字化实验仪器的优势，提升教学质量，推动新课程改革的进程，为学生今后的学习打好基础。希望本文能起到一定的作用，使高中物理实验教学得到高效开展，让学生得到全面的发展。

参考文献：

[1]江秀云.数字化实验仪器在高中物理实验教学中的应用[J].新课程（下），2018（8）：119.

[2]程新阳.高中物理数字化实验与传统实验的对照研究[J].中学课程辅导（教师通讯），2018（12）：105.

责任编辑：黄大灿