張 蕾,杜曉靜
(長(zhǎng)治學(xué)院 電子信息與物理系,山西 長(zhǎng)治 046011)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和教育改革的不斷深入,信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)的結(jié)合也更加的緊密,數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)正在改變著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式。高中物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)占據(jù)著重要的地位,《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出:“重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)室,加快物理實(shí)驗(yàn)軟件的開(kāi)發(fā)和利用,諸如通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等”。文章通過(guò)選取長(zhǎng)治市某中學(xué)高二兩個(gè)班級(jí),分別將其在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行《測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻》的實(shí)驗(yàn)教學(xué),對(duì)比研究各自的優(yōu)缺點(diǎn),從而探討如何更好實(shí)施數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
為了探討在高中物理中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn),分別在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室對(duì)長(zhǎng)治市某中學(xué)高二兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行《測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材有一節(jié)干電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線,如右圖所示連接。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材是實(shí)驗(yàn)接口箱(HPCI—1 01)、串口電纜、接口箱電源線(HPCI—1 19)、直流電路實(shí)驗(yàn)板(HPCI—1 24)、電壓傳感器 B(HPCI—1 14)、電壓傳感器 E(HPCI—1 17)、滑線變阻器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單,物理思想清晰,能幫助學(xué)生更好的掌握物理知識(shí)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材要求較高,配備齊全需要一定的資金投入。
圖1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材
無(wú)論是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂還是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂,在講解實(shí)驗(yàn)理論時(shí)不僅要講清楚閉合電路的歐姆定律,還要講清楚內(nèi)接法和外接法的適用條件以及數(shù)據(jù)處理的方法,即圖像描點(diǎn)法。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中需要學(xué)生根據(jù)外接電阻大小自主選擇電路接法。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,計(jì)算機(jī)輸入阻抗很大,所以不同的接法對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響不大,外接、內(nèi)接均可。
學(xué)生在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂中連接電路時(shí)會(huì)出錯(cuò),在選擇電路接法時(shí)容易犯糊涂,需要教師檢查無(wú)誤后再通電以確保安全。整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作部分占據(jù)了大部分的課堂時(shí)間。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生按老師引導(dǎo)連接好儀器,打開(kāi)“HPCI—1物理實(shí)驗(yàn)微機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)”軟件,按照實(shí)驗(yàn)原理連接好電路,輸入取樣電阻,點(diǎn)擊“采集數(shù)據(jù)”即可完成。移動(dòng)滑線變阻器后重復(fù)采集數(shù)據(jù)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單便捷,耗時(shí)少。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用圖像法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,原理簡(jiǎn)單、易理解,但在實(shí)際計(jì)算中誤差較大,反而影響了對(duì)全電路歐姆定理的理解和認(rèn)識(shí)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中圖像直接由計(jì)算機(jī)擬合,并計(jì)算出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,如圖2所示。
圖2 軟件測(cè)量操作界面
整個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂耗時(shí)較長(zhǎng),教師主要精力用于檢查和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作,教學(xué)重點(diǎn)是學(xué)生的實(shí)操能力培養(yǎng)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂操作簡(jiǎn)單,用時(shí)較少,能很好的將教學(xué)重點(diǎn)放在理論講解和實(shí)驗(yàn)探究上。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生全方位參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,感受到了實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。但課后數(shù)據(jù)處理計(jì)算量大,且結(jié)果誤差較大,不利于對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生能深刻理解閉合電路歐姆定路和實(shí)驗(yàn)原理,但對(duì)內(nèi)接法和外接法認(rèn)識(shí)不夠,無(wú)法實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移應(yīng)用。
數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是對(duì)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的變革,它既符合信息化時(shí)代對(duì)學(xué)校教育提出的要求,又符合國(guó)家教育信息化戰(zhàn)略的需要。但是,一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式要在實(shí)踐中實(shí)施必定會(huì)遇到許多的困難。
首先是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的融合問(wèn)題。數(shù)字化環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和思維能力,而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)則更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力。很明顯,如果能夠?qū)⒍哌M(jìn)行有機(jī)融合,則可有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。其次,數(shù)字化環(huán)境下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的關(guān)鍵是教學(xué)設(shè)備。一套完整的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,動(dòng)轍需要投入幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn),對(duì)一般中學(xué)而言的確難以承擔(dān)。盡管?chē)?guó)家、地方政府和學(xué)校已經(jīng)在很努力的增大資源配置,但數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置仍然不夠,如果基本的教學(xué)設(shè)備都無(wú)法配備,那么數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將很難進(jìn)行。
根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,需要采取相應(yīng)的對(duì)策提高數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)的有效性。
第一,使教師意識(shí)到數(shù)字化環(huán)境下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的重要性。在高中物理課程資源中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源占有很大的比重。然而由于當(dāng)前大部分教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不夠重視,致使學(xué)生僅限于物理知識(shí)理論層面的學(xué)習(xí),這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)會(huì)感到非常吃力,因此非常有必要提高教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的重視。教師要充分了解數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,從而更好促進(jìn)自身專業(yè)化發(fā)展。
第二,教師應(yīng)具備數(shù)字化觀念與數(shù)字化能力。數(shù)字化能力包括數(shù)字化教學(xué)、合理運(yùn)用數(shù)字化教學(xué)資源等方面的能力。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用,教師的數(shù)字化觀念會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變。然而數(shù)字化能力的形成是以一系列條件為基礎(chǔ)的,首先需要加強(qiáng)教師的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技能;其次可以使教師觀摩數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),真正體會(huì)到數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不同之處。教師要主動(dòng)去學(xué)習(xí)這種新興的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,從而更好地促進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。
第三,建立數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)績(jī)效評(píng)估機(jī)制,促進(jìn)數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題是如何評(píng)價(jià)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。需要從兩個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià):其一是在數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師的數(shù)字化教學(xué)能力;其二是在數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。通過(guò)對(duì)教學(xué)過(guò)程的合理評(píng)價(jià),使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以持續(xù)發(fā)展。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及教育的快速發(fā)展,使得數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用日趨明顯。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充,是一種新的學(xué)習(xí)方式。這就意味著我們既要發(fā)展數(shù)字化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),但也不能完全摒棄傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。二者各有其特點(diǎn),將二者更好的結(jié)合起來(lái)會(huì)使得高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)煥發(fā)出新的生機(jī)。