数字化实验在初中物理实验教学中的应用

肖 静

（宿迁市钟吾国际学校，江苏 宿迁 223800）

在初中教学阶段，物理作为一门自然科学，教学内容相对抽象，学生的理解难度较大。为了帮助学生理解物理知识，物理实验就成为重要的教学内容。物理实验是任何物理知识的研究过程，如果能够让学生掌握物理实验的设计和测算方式，将能够让学生掌握物理原理，从而降低学生的学习难度。但是初中课堂教学条件有限，很多实验无法进行，所以教师就需要寻找全新的教学方法。在当前信息社会下，数字化实验就成为教学改革与发展的主要方向，教师应当更加灵活地应用数字化实验完成教学引导，以此优化课堂教学质量。

一、数字化实验基本概述

数字化实验是当前初中物理实验教学中的重要教学发展方向，数字化实验在实际教学活动中更加强调培养学生的科学探究能力和创新思维以及自主实验能力。目前大部分中学已经配备了专门的数字化实验室，实验室中的设备主要由计算机传感器和数据采集器共同组成，也就是学生在进行实验的过程中已经基本可以不依靠自己的自我感知能力完成实验对比，这样的实验数据将会更准确。数字化实验室能够为学生提供更多的自主操作时间和空间，让学生在学习活动中通过传感器连接电脑终端进行数据采集，最后在计算机内对实验过程进行数据分析和智能控制，合理利用现代化计算机完成数字计算，这样学生的实验过程就会变得更加简单方便。

如果将数字化实验与教学对比来看，物理教学是借助计算机平台或者多媒体以更直观的方式为学生展示物理现象，帮助学生理解物理规律。而数字化实验则更加强调学生的自主实验体验，帮助学生了解观察实验现象和研究规律，并且对研究内容作出总结，有利于强化学生的理解深度。学生在自主实验过程中还能够获得良好的学习体验，从而在一定程度上可以有效提升学生的学习积极性。

二、数字化实验对初中物理教学改革的影响

（一）利用数字化实验培养学生实践能力

数字化实验相对于传统课堂教学来说，并不只是单纯地为学生讲解知识，而是通过数字化手段让学生更直观地感受物理实验现象。这对于物理教师来说是一个全新的教学项目，教师在准备教学的同时还需要设计数字化实验，这就需要教师能够结合以往教学经验，进一步完善教学设计，充分利用教学全新的仪器和实验手段，提高了教学质量，提高学生的自主实验能力，为学生创新精神和实验能力的培养而奠定良好基础。

（二）提升学生物理学习积极性

数字化实验能够为学生提供自主探索和实验的机会，相对于传统被动地听从教师讲解来说，学生更加喜欢自主实验，所以数字化实验有利于激发学生对于知识的探索欲望和学习兴趣，在学生动手实践过程中，可以将课堂知识由简单的文字转变为自己在日常生活中能够遇到的案例。这样就能够在学生脑海中形成具体的事件，帮助学生加强动手实际操作，拓展了学生的求知道路，有利于发挥学生的主体学习作用，培养学生创新创造能力。

（三）有利于帮助学生生成属于个人的全新学习模式

每一名学生对于物理知识的探究和理解都有所不同，数字化实验则为学生提供了充分的自主学习空间，因此在教学活动中可以以学生为主体，尊重学生的求学意识，以一种更持续有效的教学方案帮助学生锻炼学习意识和自主学习能力，这样学生的主观学习思维就可以在教学活动中得到充分绽放，进而培养学生的创造创新和自主学习能力。这对于学生的感知能力想象力将会有着积极的促进作用，为学生未来的学习高度和自我发展起到积极影响。

三、在初中物理教学中数字化实验合理应用的措施

（一）加强数字化教学实验的建设

数字化实验可以有效达到弥补课堂教学不足的目标，增强了学生对于教学内容的理解和认识，有效提升学生的自主探究能力。所以在当前教学活动中，学校和政府都大力支持加强数字化实验室的建设。但是数字化实验室的建设需要大量资金和人力的支持，对初中大部分学校经济能力有所不足，所以学校管理者更加希望将有限的资金应用于改善学校硬件条件、设施方面，对于实验室的建设并不重视。所以必须要改变学校领导者这一教育教学发展理念，重视数字化实验室的影响与作用，为学生打造一个良好的数字化实验室，让学生在实验环节中不断加强物理知识的学习。要提高学校领导的重视，不仅要依靠教育部的号召，更需要学校中的教师注意与跟进。教师要多注意实验室的建造与落实过程，积极参与学校的民主管理，多提意见、多进行民主监督，为创设更好的数字化课堂尽一份力。学校领导要尽量地完善基础设施，大力推行数字化实验的普及，重视初中物理学科的建设与发展，大力支持与引导初中物理教师的专业素养的培养与教学经验的积累，让学生能够更好地体验新型的教学模式，促进物理基础能力的实质性发展。

（二）结合教学内容，完成数字化实验

在初中物理教学中，学生是首次接触物理知识，加上物理知识相对抽象，学习难度较高，学生处于刚入门的学习状态，很难对实验过程进行全方面地把握和理解。所以教师需要在教学活动中，利用数字化实验重新演示课堂教学案例，以更加生动直观的方式为学生讲解物理实验。这样学生的学习过程将不再枯燥乏味，将会体验到物理实验的独特魅力，并且加深学生对知识的学习印象。教师在教学开展过程中可以首先将学生划分为不同的学习小组，让学生在学习小组内部进行讨论，在遇到问题时再向教师进行提问。这样学生还可以借助他人的学习思维完善个人学习观点，促使学生对于实验现象拥有更加全面的认识。

物理的学习平衡于实际与抽象，是一门需要想象力和感受力、逻辑思考能力的学科，综合性也比较强。以电磁铁磁感应实验教学为例。磁感应在学生日常生活中是一项看不见摸不着的事物，为了让学生更直观地感受传感器周围的磁场强弱变化，教师可以通过数字化实验完成传感器性功率的增减，将相对抽象的磁场概念就通过传感器更加明确地表现出来，学生在脑海中将会建立一幅正确的感应图形，从而提升学生的实验观察能力和分析能力。另外，在学生了解浮力的过程中，教师虽然可以利用水杯的沉浮现象进行说明，但始终缺乏生动性与具体性。教师通过数字化的实验展示一个人在潜水时承受的重力和向上托起的浮力，让学生自行进行设定变量，能够更直观、系统地向学生说明浮力的存在。在教师进行问题解惑时，也可以灵活运用数字化实验展现题目中由条件促成的情况，让学生对于抽象概念的理解落脚于实际存在的数字化图像上加深理解，提高物理素养及基础能力。

（三）结合实际生活设计教学实验

物理知识都来自日常生活。但是在实际教学活动中，教师和学生会发现物理知识实际上是相对抽象的，这就需要教师引领学生完成一些与日常生活息息相关的实验为学生的生活经验与教学内容搭建桥梁，让学生生动地理解课程内容，特别是将物理知识与生活中一些生活现象挂钩。教师如果可以科学利用该现象对学生的学习过程加以引导，那么学生将会很快在脑海中生成生活案例，对物理知识拥有辅助记忆和辅助解析的学习效果。

例如，在教授《光、色彩、声音》的课上，教师可以结合实际的生活场景设计数字化实验，先在电脑程序上下载一个可以在生活场景中灵活变换数值的游戏程序，又或者请专业的编程人员进行数字化实验的程序编排，设计出一个能够让学生在类似游戏的操作上灵活地改变生活场景中的光、色，放大声音或减弱声音等等，激发学生参与热情，让学生更具体形象地掌握这门课的核心内容，理解光在早、中、晚不同时间的变化，色彩从斑斓多色到黑暗的过程，声音从远到近发生的变化等等。学生观察过程中能够更直观地感受最直接的物理变化，从这种变化中理解生活中的物理，理解物理内在的魅力。教师要充分利用这种寓教于乐的数字化教学模式，在创新中推动学生的发展，让学生在实验的过程中产生对物理的兴趣与热爱，提高学习效果，促进物理核心素养的养成。

（四）将数字化实验和虚拟实验相结合展开教学

数字化实验在教学活动中是一种全新的教学方法，但也并不意味着传统教学模式没有任何优点。数字化实验和虚拟实验实际上是相辅相成的，教师不能够单纯依靠数字化实验完成实验教学，而是需要有选择性地设计实验方法。

例如在有关于声波传递的教学活动中，教师为了帮助学生初步理解声波概念和理论知识，就可以在多媒体上为学生播放一些模拟声波的装置设备，随后让学生通过视频的方式基本了解声音的传播范围和传播方式。随后再让学生观察音乐软件，在发声时随着声音波动而变化的线条就能够让学生的脑海中建立起一道现实生活的场景。随后为了深化学生的解读和对比实验，教师就可以要求学生将自己高声腔调和与其他同学普通对话的说话方式录入到电脑中，让学生自主观察自己说话过程中不同的说话方式对声音波形产生的影响，通过不断地观察完善学生的学习认知，从而帮助学生认识到振幅和频率对于声音传播的影响。这样的教学方式就有机地将数字化实验和虚拟实验有效结合，让学生通过虚拟实验初步理解物理知识，随后再利用数字化实验对实验内容加以实践性解读。学生与教师共同对教学内容加以探索，从而推动初中物理教学改革的有效进行。

（五）通过详细的操作提高学习效果

数字化的实验不仅需要教师的考量与设计，也需要学生能够快速上手，理解好数字化程序每一个部分的作用和能效，通过实际的操作检验实际的学习成果。在探究磁铁周围的磁场实验时，磁传感器、数据采集器、数字化信息系统软件、设置时间图线等等，都需要教师进行详细地解释来完善。数字化的实验特点是便捷与直观，但学生的实际操作还是会有一定的难度。教师要通过详细地操作解释解答学生的困惑，以实际的操作让学生能够自主操作、自主探索，在时间变量和电压变量的观察中能够总结磁场的分布特点，测出磁场强度在时间中的变化。磁场在数字化的实验变得清晰可见，也能明显观察到磁场所在地方的变化，培养了学生的观察能力与分析能力，也有利于学生对于数字化操作的熟练度。数字化迎接的新仪器、新操作与新的学习模式，学生要掌握好的、新的数字处理能力，并在自主探索的过程中能够充分参与进来，增进对物理的理解与兴趣，从实验中体验物理的魅力与动手做实验的快乐。学生单方面的思考容易迎来枯竭，数字化的实验打开了学生学习的新大门，也让学生的认知水平有了一个质的飞升。

（六）开拓数字化资源，创新教学模式

除了模拟物理实验的数字化程序，教师还可以积极开发数字化资源，丰富教学资源，创新教学模式。以如今逐渐普及的微视频实验，通过创设与教学内容相关的物理情境激发学生的学习兴趣。学生可以在课堂上积极跟随教师进行视频里的实验，充分发表自己的个性化见解，也能有效地提高教学效率，营造一个趣味性与知识性并存的物理课堂。教师在设计微视频实验时，要根据课时、课堂效果、学生特点进行设计，以通俗易懂的方式直观地呈现给学生。在学习《温度、物态变化》这一章节时，教师可以设计一个冬天的生活微视频进行实验，控制好物体的冷热程度，在控制变量中体现物体的热胀冷缩状态，也可以直接呈现温度计，以控制室内外的温度呈现温度的变化。在物态变化的微视频实验上，通过温度的变化把控物体的状态，让学生更直观地了解二者的联系。如果遇到知识点过于复杂的，教师可以通过播放微课分布讲解，让学生在理解之后再上手自主探索数字化实验，学生有一个过渡的过程，从产生兴趣到实际上手操作，能更好地完成数字化实验，实现个性化的实验参与过程。

四、结语

总而言之，在当前初中物理教学中数字化实验教学改革已成为教学发展的主要方向。在物理课堂中实现数字化实验，不仅有利于丰富学生的学习认知，还能够将枯燥复杂的物理知识变得更加生动有趣，为学生积极学习物理知识奠定良好基础，够提升学生的创造创新能力。所以教师在未来的教学中，需要进一步探索数字化实验在初中物理实验教学中的应用方式，不断优化加强教学改革。