泛在学习视域下高中物理数字化实验教学的实践探索

薛清红

【摘要】为了有效推进学生综合素养的全面提升，强化高中物理实验教学效果，实现高效课堂的构建，本文介绍泛在学习和数字化实验的本质，阐述它们在教育领域中的重要性，然后提出一些实践策略，包括以图像为手段突破教学重点难点、以平台为基地填补课堂实验空白、以功能为依托实现数据剖析实验，以及以仿真为重点强化物理实验应用，旨在为相关人员提供借鉴参考.

【关键词】泛在学习；数字化实验；高中物理

随着信息技术的迅速发展，教育领域也面临着巨大的变革和机遇.泛在学习和数字化实验作为教育技术的重要组成部分，为教育教学带来了新的可能性.高中物理作为一门实践性强的学科，数字化实验在其教学中的应用具有重要意义.

1 泛在学习与数字化实验的本质

1.1 泛在学习

泛在学习是一种基于现代信息通信技术的学习模式，它强调学习的主体随时随地都能获取所需的学习资源和知识.泛在学习的核心理念是学习的无处不在，学生不再局限于传统的教室环境和特定的学习时间，而是可以随时随地进行学习活动.泛在学习的出现得益于信息技术的迅速发展和普及.现代的移动设备如智能手机、平板电脑以及便携式电脑等，使得学习资源和知识在网络上得以广泛传播和共享.同时，互联网的普及使得学生可以通过在线课程、教育平台、电子图书等多种形式获取丰富的学习资源.这些技术的进步为泛在学习提供了强有力的支持.泛在学习的特点之一是学习的个性化和自主化.学生可以根据自己的需求和兴趣选择学习内容和学习方式，获得个性化的学习体验.他们可以根据自己的时间安排和学习进度进行学习，不再受到时间和空间的限制.同时，学生也可以通过互动和协作的方式与其他学生和教育者进行交流和分享，促进学习效果的提升.

1.2 数字化实验

数字化实验是指将传统实验中的物理实物、仪器设备、实验环境等数字化，通过计算机技术模拟实现实验过程和结果的获取.数字化实验利用虚拟实验平台或软件，将实验场景和实验操作呈现在计算机屏幕上，学生可以通过模拟操作进行实验，观察和分析实验结果.数字化实验具有以下几个显著的优势.

首先，数字化实验消除了传统实验中存在的一些限制和困难.传统实验受到时间、场地、设备等方面的限制，无法满足所有学生进行实验的需求.而数字化实验可以在计算机上模拟实验场景和操作过程，学生可以在课堂上或家中通过电脑进行实验，不再受到实验条件的限制.

其次，数字化实验提供了更加直观、灵活的实验环境.通过虚拟实验平台，学生可以进行实验操作、观察实验现象，而无需真实的物理实物和仪器设备.数字化实验可以呈现出逼真的图像、动画和模拟数据，使学生能够更加清晰地理解实验原理和现象.同时，数字化实验还可以根据学生的需要进行个性化设置，满足不同学生的学习需求.

此外，数字化实验具有实验过程的可重复性和安全性.学生可以反复进行数字化实验，修改实验参数，观察不同条件下的实验结果，加深对物理概念和原理的理解.数字化实验的安全性也得到了保障，避免了实际实验中可能存在的危险和风险.

2 泛在学习视域下高中物理数字化实验教学的实践策略

2.1 以图象为手段，突破教学重点难点

在高中物理教学中，一些抽象难懂的物理概念往往成为学生的学习瓶颈.通过运用图像和动画等可视化手段，可以将这些抽象概念转化为形象直观的图像，帮助学生更好地理解和掌握.同时，结合虚拟实验平台，学生可以通过模拟实验操作，观察图像变化，进一步加深对物理概念的理解.

例如 在讲解“光的折射现象”时，可以使用图像来说明折射定律.通过绘制入射光线和折射光线的传播路径，学生可以观察到入射角和折射角之间的关系.可以使用虚拟实验平台展示不同材料界面上的光线折射现象，让学生通过调整入射角和介质折射率的变化，观察折射光线的路径和角度变化.这样的图像展示和实验模拟可以帮助学生更好地理解折射定律，并将抽象的概念转化为形象直观的图像.另外，在讲解光的反射现象时，也可以利用图像来说明反射定律.通过绘制入射光线和反射光线的传播路径，学生可以观察到入射角和反射角相等的规律.可以使用虚拟实验平台展示不同表面的光线反射现象，让学生通过调整入射角和表面性质的变化，观察反射光线的路径和角度变化.這样的图象展示和实验模拟可以帮助学生更好地理解反射定律，并加深对光的反射现象的认识.

2.2 以平台为基地，填补课堂实验空白

传统的物理实验往往受到时间、场地、设备等条件的限制，无法满足所有学生的实验需求.借助数字化实验平台，可以构建一个虚拟的实验环境，让学生在课堂上进行实验操作.这样，不仅能够充分利用课堂时间进行实验，还可以增加学生的实验机会，填补实际实验无法达到的空白.

例如 在高中物理的力学实验中，传统的实验可能需要使用特定的实验器材、场地和操作时间，而这些条件往往是有限的.通过借助数字化实验平台，可以构建一个虚拟的实验环境，让学生在课堂上进行力学实验的模拟操作.学生可以通过虚拟实验平台进行物体的自由落体实验，观察不同质量和高度下物体的运动规律.

（1）实验目的：探究物体自由落体运动的规律，验证自由落体的加速度.

（2）实验步骤：

①使用数字化实验平台选择一个适合的物体，并设置下落高度.

②点击开始实验按钮，观察物体从起始位置自由下落到地面的运动过程.

③记录下落时间和下落高度，并重复多次实验以获得可靠的数据.

④根据数据计算下落的平均加速度，并与理论值进行比较和讨论.

学生可以通过改变质量、高度等参数，观察物体的运动变化，并记录相关数据进行分析.这样，学生可以在课堂上进行多次实验操作，加深对力学原理的理解，而不受实验器材和时间限制，调整实验参数和观察成像变化，深入理解物理原理，并与理论知识进行对比和验证.

2.3 以功能为依托，进行数据剖析实验

数字化实验平台提供了丰富的功能和数据分析工具，可以帮助学生更好地进行实验设计和数据处理.学生可以通过调整实验参数，观察数据变化，并利用数据分析工具对实验结果进行剖析和解释.这种基于功能的实验设计和数据分析，能够培养学生的科学思维和实验技能.

例如 以电路实验为例，实验目的：探究电路中电流和电压的关系，验证欧姆定律.

（1）实验前准备：在数字化实验平台中选择电路模拟实验，并设置所需的电阻和电源参数.

（2）实验设计：根据实验目的和理论知识，设计合适的电路图，并确定所需测量的电流和电压.

（3）数据收集：使用虚拟的电流表和电压表来测量不同电阻下的电流和电压.通过改变电阻的取值，学生可以记录不同条件下的电流和电压数值，并将其记录在数据表格中.学生可以重复试验多次，以确保数据的准确性和可靠性.

（4）数据分析：在数据收集完成后，学生可以利用数字化实验平台提供的数据分析工具对实验数据进行剖析和解释.首先，他们可以绘制电流-电压图像，将电流作为自变量，电压作为因变量，通过观察图像的趋势来研究电流和电压之间的关系.如果实验结果符合欧姆定律，即电流与电压呈线性关系，那么图像应该呈现出直线的趋势.

（5）结果讨论：根据数据分析的结果，结合理论知识进行讨论，探究电流和电压的关系，并验证欧姆定律的正确性.

通过这个实验过程，学生可以充分利用数字化实验平台的功能.他们可以自主设计电路，通过实验数据收集和分析，探索电流和电压的关系，并验证欧姆定律.通过实验数据的剖析和解释，学生可以深入理解物理概念，并培养科学思维和实验技能，如实验设计、数据处理和结果讨论.

2.4 以仿真为重点，强化物理实验应用

数字化实验不仅可以模拟传统的物理实验过程，还可以模拟一些特殊或复杂的实验现象.通过虚拟实验平台，学生可以进行仿真实验，观察和分析一些难以在真实实验中实现的物理现象.这样的实验应用能够帮助学生更好地理解物理原理，并培养他们的实验探究能力.

例如 以电磁感应实验为例.

（1）实验前准备：在使用数字化实验平台进行电磁感应实验之前，首先需要在平台上选择电磁感应实验模拟，并根据实验需求设置适当的参数，例如调整磁场强度、线圈的参数等.

（2）实验设计：在设计阶段，我们可以通过改变线圈的形状和方向来研究电磁感应现象.这意味着我们可以通过不同形状和排列方式的线圈观察它们在磁场中的运动情况.这样的设计可以帮助我们理解线圈的运动如何影响电磁感应效应的产生.

（3）仿真实验操作：通过数字化实验平台，我们可以进行仿真实验操作.在操作过程中，我们可以观察当线圈运动或磁场发生变化时，产生的电流如何随之变化.这个平台可以模拟真实实验中的各种情况，使学生能够直观地理解电磁感应的过程.

（4）数据分析：利用数字化实验平台提供的数据记录和分析工具，学生可以对实验数据进行分析.他们可以观察线圈的运动和电流的变化，并探究它们之间的关系.通过数据分析，学生可以发现电磁感应的规律和特征，进一步加深对该现象的理解.

（5）结果讨论：基于数据分析的结果，结合理论知识，学生可以进行结果讨论.他们可以解释观察到的现象，探讨电磁感应规律在实验中的应用，并与其他相关概念进行比较和讨论.这样的讨论有助于学生更深入地理解电磁感应的原理和应用.

通过仿真实验，学生可以观察和分析复杂的电磁感应现象，如变化磁场中的感应电流、电磁感应的方向规律等.这样的实验应用提供了更广阔的实验空间，使学生能够探索难以在传统实验中实现的物理现象，加深对物理原理的理解.

3 结语

以图像为手段的实践策略通过可视化手段将抽象概念转化为形象直观的图像，帮助学生更好地理解和掌握物理概念.以平台为基地的实踐策略通过数字化实验平台，提供虚拟的实验环境，满足传统实验无法满足的学生实验需求.以功能为依托的实践策略利用数字化实验平台提供的数据分析工具，帮助学生进行实验设计和数据处理，培养科学思维和实验技能.以仿真为重点的实践策略通过虚拟实验平台模拟复杂的实验现象，帮助学生深入理解物理原理.总之，泛在学习视域下的高中物理数字化实验教学实践探索为学生提供了更加灵活、直观和探索性的学习体验.这种教学模式能够增加学生的学习兴趣和动机，培养他们的科学思维和实验能力，为高中物理教育的改革和创新提供有力支持.随着技术的不断发展和教育理念的更新，数字化实验在高中物理教学中的应用前景将更加广阔.

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