李尚初

摘要：現(xiàn)代教學中，用精當?shù)臄?shù)字資源與數(shù)字技術輔助實驗教學的關鍵環(huán)節(jié)，將會起到畫龍點睛、錦上添花的升華作用.本文擬用課例研究的方法，對在實驗教學中如何恰當運用數(shù)字資源加以闡釋.

關鍵詞：數(shù)字資源;實驗教學;課例研究

實驗教學是物理教學的重要組成部分，是落實物理課程目標，全面提高學生科學素養(yǎng)的重要途徑.將數(shù)字資源與數(shù)字技術運用在課堂內實驗教學的恰當環(huán)節(jié)，或者課堂外實驗教學的預習、復習環(huán)節(jié)，將對實驗教學起到較好的升華作用.

1 數(shù)字技術怎樣用于物理實驗教學更有效

數(shù)字技術和數(shù)字資源怎樣用于實驗教學會更有效，筆者以幾節(jié)優(yōu)課課例，從創(chuàng)設問題情景、放大實驗細節(jié)、突破教學難點、激發(fā)學生興趣等方面，對運用數(shù)字技術輔助實驗教學的有效性進行分析闡釋.

1.1 數(shù)字技術用于創(chuàng)設問題情景，為實驗教學做好鋪墊

課例片段《流體壓強與流速關系》的數(shù)字視頻引入

哈爾濱市81中學蔣曉薇老師的《流體壓強與流速關系》教學中，在前面引入環(huán)節(jié)的向上和向下吹乒乓球比賽的游戲結束后，教師提出問題，讓學生觀看事先拍攝好的數(shù)字視頻中的四個實驗，判斷視頻中的四個實驗現(xiàn)象的真假.如圖1所示，一是向用架子固定好（或兩手所持）的兩張平行紙張間吹氣，兩張紙會相互遠離;二是將硬幣平放在水平桌面上，正前方大約10厘米處垂直橫放一鋼板尺（大約2厘米高），沿著桌面平行的方向用力吹氣，會看到硬幣可以跳過鋼板尺;三是用帶針管的注射器向水盆中的中間大約有4厘米的兩靜止小船間注射水流，小船相互遠離;四是取一根從中間切開一個小孔并折成直角的吸管，將短的一端豎直插入紅色的水中，器材之前放一張白紙，然后向水平管口吹氣，在白紙看到一個美麗的水花.觀看這四個視頻，讓學生來判斷視頻當中實驗現(xiàn)象的真假.

點評《流體壓強與流速關系》一課，難點是運用流體壓強與流速關系來解釋生活中的現(xiàn)象，學生可能在生活中有一定的觀察，但由于不了解這方面的知識而沒有真正關注過有關的生活現(xiàn)象.比如向兩張紙中間吹氣后兩張紙的運動狀態(tài)和兩個小船并行且靠近時的運動趨勢.學生往往會因為生活中觀察到的現(xiàn)象而錯誤地臆想，將結論遷移到該現(xiàn)象中，比如旗桿上的紅旗隨風飄動的現(xiàn)象，讓學生認為向兩張紙中間吹氣會讓兩張紙向外分開或者是不動;而“真假”這個實驗視頻的播放，恰好就創(chuàng)設了實驗的問題情景.讓學生在開展實驗前，先在頭腦中問問自己視頻中的哪種現(xiàn)象可能是真的，既展現(xiàn)了學生的原有認知，又規(guī)范了后面實驗的操作要領，為其后學生實驗的實施做了充分的鋪墊.

這樣處理可以激發(fā)學生的好奇心，使學生已有的認知水平和后面的實驗教學，產(chǎn)生足夠的碰撞，學生會非常愿意開展實驗進行驗證，從而激勵學生去主動思考，產(chǎn)生學習的主動性.

課例片段《測量小燈泡的電功率》的教學引入

哈爾濱市風華中學王善麗老師在《測量小燈泡的電功率》教學引入時，播放了燈光師通過調節(jié)控制器，來展示舞臺上的彩色燈光明暗變化的燈光秀視頻，如圖2所示.

點評《測量小燈泡的電功率》是課標在“科學內容”相關主題中提出的“20個學生必做實驗”之一.該實驗涉及轉換、間接測量、觀察、對比、分析等科學研究方法，對全面培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)有著重要意義.那么怎樣才能讓學生在有限的時間內充分經(jīng)歷科學探究的過程呢？首先應從生活現(xiàn)象中抽象出物理問題，引導學生圍繞著物理問題展開科學探究活動.本節(jié)課的教學情境中，小燈泡的明暗變化是由于電能轉化為光能的快慢不同造成的，將直觀的燈的明暗變化與抽象的能量轉化快慢聯(lián)系在一起，對學生來講困難較大，所以教師采用燈光秀的展示，將現(xiàn)象和問題都呈現(xiàn)在學生面前，使學生自然而然地進入科學探究情境.

1.2 數(shù)字技術用于放大實驗細節(jié)，規(guī)范學生實驗的操作步驟

課例片段《測量小燈泡的電功率》一課，在學生動手做實驗之前播放數(shù)字視頻，如圖3所示，展示了實驗操作要領、操作步驟、放大了實驗細節(jié).

點評 為了激發(fā)學生的學習興趣，教師為學生準備了模擬燈光秀的燈光觀察箱，其內部結構笑臉燈箱與本節(jié)課要研究的小燈泡并聯(lián)，由滑動變阻器控制它們的亮暗.本著物盡其用、節(jié)省時間的原則，取下笑臉燈箱后，學生可以利用燈光觀察箱測量小燈泡的電功率，這樣做既保證學生的興趣，又不會制造障礙干擾學生的學習.為了避免學生操作的盲目性，教師利用視頻指導學生如何取下笑臉燈箱，以小燈泡為測量對象.考慮學生之前做電學實驗時所用的元件可能不同，視頻中教師還演示了燈光觀察箱對應的電學元件的連接方法，大大提高了實驗教學的指導效率.

1.3 數(shù)字技術用于突破教學難點，幫助學生理解實驗原理

課例片段蔣老師的《流體壓強與流速關系》一課的最后教學環(huán)節(jié)，讓學生一邊觀看利用數(shù)字技術制作的向上吹乒乓球和向下吹乒乓球的氣體流動方向和特點的動畫視頻，一邊解釋為什么向上吹漏斗中的乒乓球，乒乓球不升起來;向下吹漏斗中乒乓球，乒乓球不掉下去的教學片段.如圖4所示.

點評 蔣曉薇老師執(zhí)教的《流體壓強與流速關系》在引課時請幾位學生一起參與游戲，向上吹乒乓球，學生看到乒乓球吹不起來;然后教師又演示了用吹風機向下吹乒乓球，學生又看到乒乓球不掉下來.原因是什么，教師沒有馬上點破，而是把這個“懸念”留到了課堂的最后，用數(shù)字技術的動畫視頻來幫助學生理解其中的原理.因為前面教師已和學生一起通過探究活動得到伯努利原理，共同分析了飛機升力的產(chǎn)生原理，所以在應用這個動畫視頻時，教師就請學生觀看動畫視頻，通過組織語言，自己總結為什么向上吹漏斗中的乒乓球，乒乓球不升起來和向下吹漏斗中的乒乓球，乒乓球又不掉下來的原因.動畫視頻的應用，很好地模擬了兩種情景中各部分氣流的流動情況，給學生的思考和表達提供了直觀依據(jù)，所以學生水到渠成地得出了實驗現(xiàn)象的原理.

2 數(shù)字技術運用于實驗教學中的相對優(yōu)勢

2.1 利用仿真實驗讓思維可視化

課例片段

伏安法測電阻和測小燈泡的電功率的實驗教學，都可以用電學仿真實驗軟件，模擬連接實驗電路的過程，讓學生在實際連接時可以邊觀看仿真實驗的視頻，邊練習連接電路.這樣學生實驗時有思維可視化的輔助，所以電路連接會更順暢.用仿真實驗室也可模擬演示光的反射，學生對實驗操作步驟一目了然.如圖5所示.

點評初中物理實驗教學，受學校條件和實驗器材自身可視化程度的限制，演示實驗的效果并不理想.為增強演示實驗的可視化程度，可以給學生模擬演示實驗的操作步驟和方法.

2.2 利用動畫、視頻慢鏡頭，白板放大再現(xiàn)物理現(xiàn)象和過程

現(xiàn)代數(shù)字技術可以實現(xiàn)物理世界的宏觀“再現(xiàn)”，即把不可見的現(xiàn)象模擬再現(xiàn)，微觀現(xiàn)象模擬放大，瞬間現(xiàn)象延遲放緩等，使其易于觀察.

課例片段觀察氣體燃燒膨脹對外做功實驗的慢鏡頭回放

原實驗（如圖6所示）：

實驗器材：酒精、鑷子、火柴、空礦泉水瓶

實驗步驟：①用鑷子在瓶蓋上打孔;②向瓶內滴加酒精后振蕩瓶子;③擺放好瓶子，用鑷子夾住點燃的火柴，放置在瓶口;④觀察到瓶子飛出的現(xiàn)象，由于速度過快，其它現(xiàn)象不易觀察到.

改進實驗：把原來實驗中的礦泉水瓶豎直固定，再重復上面的實驗步驟，同時用手機拍攝成視頻，再利用慢鏡頭回放實驗過程.通過慢鏡頭可以觀察到酒精燃燒，燃氣噴出等現(xiàn)象，如圖7所示，

點評 氣體燃燒膨脹對外做功實驗的實驗現(xiàn)象若直接觀察，只能觀察到瓶子飛出的實驗現(xiàn)象，而如果用數(shù)字視頻慢鏡頭回放的技術手段，就能把較短時間內發(fā)生的瞬間的變化過程放緩、放慢，從而讓學生觀察到瞬間的過程而進一步思考氣體對外做功時內能是怎樣變化的.即點燃酒精氣體后，氣體燃燒，瞬間升溫膨脹對外做功時其內能減少，所以溫度迅速降低，向外界空氣吸收熱量，導致空氣中的部分水蒸汽降溫凝結成小水霧.

數(shù)字技術恰到好處地運用于實驗教學，一定能在多方面多角度輔助教學，增加實驗教學的效果，而現(xiàn)在一些新技術，如3D虛擬增強現(xiàn)實技術在教育中的應用是以可視化的3D立體模型為基礎，通過啟發(fā)式、項目體驗式的教學方式，綜合應用VR、AR技術，實現(xiàn)沉浸性、交互性、真實性強的學習情境，完善探究學習和認知的過程.

參考文獻：

[1]侯丹，宋吳澤.3D虛擬增強現(xiàn)實技術在中學物理教學中的應用研究[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2018（7）：69 -74.