莫君榮 袁國道

摘要：隨著科技水平的不斷提升，數(shù)字化實驗儀器在農(nóng)村學(xué)校中逐步得到裝備，它可以測量動態(tài)信息，計算復(fù)雜的數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)中無法解決的問題，大大提升了課堂教學(xué)的質(zhì)量和效率。本文將從數(shù)字化儀器在教學(xué)中的優(yōu)勢出發(fā)，具體分析數(shù)字化儀器在教學(xué)中的應(yīng)用策略，希望能夠為農(nóng)村高中物理實驗和教學(xué)提供一定的參考與借鑒價值。

關(guān)鍵詞：高中物理 數(shù)字化實驗儀器 實驗教學(xué)

數(shù)字化實驗儀器是建立在數(shù)字化操控和測量技術(shù)為基礎(chǔ)上的實驗儀器，由傳感器、數(shù)據(jù)采集包、試驗軟件包和計算機(jī)幾個部分組成，具有精度高、速度快、自動化等特點。21世紀(jì)初期，我國部分地區(qū)的高中學(xué)校開始嘗試將數(shù)字化實驗儀器應(yīng)用在物理實驗和教學(xué)中，傳統(tǒng)實驗儀器無法解決的一些問題得到了解決，師生都很認(rèn)可。

一、傳統(tǒng)實驗儀器在高中物理實驗和教學(xué)中的困境

高中物理實驗和教學(xué)的開展要求學(xué)生結(jié)合自己的創(chuàng)新能力，在探究過程中獲得學(xué)習(xí)體驗，掌握方法，提升能力。但是，相對城市地區(qū)來說，農(nóng)村教學(xué)水平落后，忽視了對學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)生普遍缺少創(chuàng)新意識。所以，如何在高中物理實驗和教學(xué)中開展探究教學(xué)就成為現(xiàn)代農(nóng)村教育改革的關(guān)鍵問題。

農(nóng)村高中物理教學(xué)中所使用的實驗設(shè)備通常具有簡單、直觀、易操作的特點，且實驗過程中需要人工讀取和記錄數(shù)據(jù)，在一些變化速度快、難以觀測的實驗中就很難準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。另外，一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算還將影響實驗和教學(xué)過程中的探究和學(xué)習(xí)效率，出現(xiàn)實驗和理論探究相沖突，這兩方面的問題又嚴(yán)重影響著當(dāng)前高中物理實驗和教學(xué)的質(zhì)量，而數(shù)字化實驗儀器的應(yīng)用將有效解決這方面的問題，提升探究與學(xué)習(xí)的效果，推動農(nóng)村地區(qū)教學(xué)質(zhì)量的提高。

二、數(shù)字化實驗儀器在高中物理實驗和教學(xué)中的優(yōu)勢

（一）有助于提高教學(xué)效率

數(shù)字化實驗儀器發(fā)揮了計算機(jī)的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)記錄以及自動化的測算。在高中物理教學(xué)中，數(shù)字化實驗儀器可以自動完成實驗過程中的數(shù)據(jù)收集及綜合性的分析處理，讓教師和學(xué)生省去了復(fù)雜的計算過程，將所有的精力都投入到實驗的設(shè)計與實施中去，為其節(jié)省了許多時間，有助于提高物理教學(xué)的效率。

（二）有利于解決教學(xué)難點

在目前的教學(xué)狀況下，所涉及的傳統(tǒng)實驗儀器雖然簡單、易操作，但卻需要人工讀數(shù)記錄，并且不夠精確，很難記錄下轉(zhuǎn)瞬即逝的瞬間數(shù)據(jù)。但是，數(shù)字化實驗儀器的使用可以高精度、高速度的完成數(shù)據(jù)的采集，收集到每一個瞬間的數(shù)據(jù)，且高效、直觀，有利于學(xué)生更加深入地分析與理解，確保實驗結(jié)果的正確性，輕松解決實驗和教學(xué)中的難題。

（三）培養(yǎng)了學(xué)生動手能力和探究精神

數(shù)字化實驗儀器具有便捷和高效的特點，為學(xué)生開展探究學(xué)習(xí)提供了一個良好的環(huán)境。在高中物理實驗和教學(xué)中，學(xué)生可以根據(jù)自己的實際需求利用數(shù)字化實驗儀器進(jìn)行學(xué)習(xí)探究，自主進(jìn)行實驗研究。這樣，不僅可以掌握現(xiàn)代化技術(shù)支持的實驗操作方法，更增強(qiáng)了學(xué)生的實驗和學(xué)習(xí)的意識，有助于創(chuàng)新思維的養(yǎng)成，使學(xué)生的動手能力和探究精神都得到很好的培養(yǎng)。

（四）提升了學(xué)生的實驗素養(yǎng)

新課程改革要求學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)中充分發(fā)揮主動性，學(xué)生可以通過實驗充分了解有關(guān)概念、理論和技能，提升其實驗素養(yǎng)。數(shù)字化實驗儀器在高中物理教學(xué)中的使用可以激發(fā)學(xué)生在實驗過程中的探究興趣，幫助他們養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度，提高實踐能力，這正是滿足提升學(xué)生實驗素養(yǎng)的要求。

三、數(shù)字化實驗儀器在農(nóng)村高中物理實驗和教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）利用圖像解決教學(xué)重難點

在高中物理的學(xué)習(xí)和實驗中，許多研究對象處于不斷運動或變化的狀態(tài)，學(xué)生很難觀察測量它們運動或變化的過程，給教學(xué)帶來了很大的麻煩。而數(shù)字化實驗儀器可以以圖像的方式向?qū)W生展示物體運動或變化的過程，讓學(xué)生了解到最真實的實驗結(jié)果，實現(xiàn)實驗過程與物理概念之間的聯(lián)系，解決教學(xué)中的重難點問題。

例如，在學(xué)習(xí)了“超重和失重”這部分內(nèi)容后，有些學(xué)生認(rèn)為“物體的超失重現(xiàn)象與運動方向有關(guān)”，為了讓學(xué)生明白錯誤原因，可以將力傳感器連接到物體的上端，然后用手拉力傳感器連同物體一起由靜止向上（或向下）加速再減速。由數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)上傳到計算機(jī)，并繪制出力的變化圖像，觀察后不難發(fā)現(xiàn)物體的超失重現(xiàn)象與運動方向無關(guān)，解決了重難點，也加深了學(xué)生對知識的理解。

（二）利用數(shù)字化實驗儀器學(xué)習(xí)抽象概念

物理知識本身就很抽象，需要依靠實驗來幫助學(xué)生理解，但在學(xué)習(xí)高中物理時，很多實驗利用傳統(tǒng)的方法很難更好地完成。數(shù)字化實驗儀器的出現(xiàn)讓這些難以完成的實驗成為可能，教師采用有效的手段，利用數(shù)字化實驗儀器進(jìn)行實驗，加深學(xué)生對物理概念的認(rèn)識。

例如，“電容”是高中物理學(xué)習(xí)中的一個重要概念，教材上對其概念的描述非常抽象，學(xué)生不易理解。因此教師可以通過實驗的方式來進(jìn)行探究，由于電容器充放電時間很短且變化快，電流表無法測量充放電流，需要用電流傳感器測量電流，經(jīng)采集輸入計算機(jī)得到i-t圖像，處理得到電量Q值，用電壓表測電壓U，經(jīng)處理、分析、比較，學(xué)生很容易得出結(jié)論。此時，教師可以告訴學(xué)生，QU是電容器自身的屬性，與電壓無關(guān)，從而引出電容的概念，幫助學(xué)生理解，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

（三）利用數(shù)字化實驗儀器快速得到實驗結(jié)論

在學(xué)習(xí)物理的過程中，許多物理實驗的結(jié)果需要我們根據(jù)實驗情況進(jìn)行推理論證，但整個整理過程相對來說比較復(fù)雜，需要耗費大量時間。數(shù)字化實驗儀器中的“測量——記錄——呈現(xiàn)”功能可以快速幫我們得到實驗的結(jié)果，完成推論，這將大大提升實驗的效率和準(zhǔn)確性。

以彈簧振子做簡單運動為例，高中階段雖然不要求推導(dǎo)彈簧振子位移和彈力間的關(guān)系，但教師引導(dǎo)學(xué)生動手推導(dǎo)，有利于學(xué)生的理解和記憶。教師可以利用力傳感器和位移傳感器實時監(jiān)測彈簧振子的受力和位移情況，經(jīng)采集、傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，可以快速知道二者呈正比關(guān)系。

（四）利用數(shù)字化實驗儀器開展探究性實驗

數(shù)字化實驗儀器有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，在教學(xué)中，我們可以用它將理論的推導(dǎo)過程變?yōu)閷嶒灥奶骄窟^程，以此引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的探究意識以及學(xué)習(xí)能力。

例如，在動能定理的學(xué)習(xí)中，傳統(tǒng)教學(xué)是通過牛頓第二定律和運動學(xué)公式來進(jìn)行推導(dǎo)的。但在數(shù)字化實驗儀器的支持下，我們可以設(shè)計探究性實驗，具體操作方法是：在一端帶定滑輪平板軌道上安裝兩個光電門傳感器，放上帶遮光條的滑塊，適當(dāng)傾斜軌道來平衡摩擦力，利用力傳感器測合力和兩個光電門測速度，之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計算，比較滑塊過兩光電門過程中W合和ΔEk的大小，可發(fā)現(xiàn)合外力做的功等于動能的增量。

數(shù)字化實驗儀器的操作方法對教師和學(xué)生來說并不復(fù)雜，只要進(jìn)行簡單學(xué)習(xí)就可以掌握。它在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用可以為農(nóng)村的學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)條件，提升他們對實驗和學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其實驗?zāi)芰σ约白灾魈骄恳庾R。對于教師來說，必須要提高對數(shù)字化實驗儀器的重視程度，通過合適的教學(xué)方法和手段來發(fā)揮數(shù)字化實驗儀器的優(yōu)勢，提升教學(xué)質(zhì)量，推動新課程改革的進(jìn)程，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。希望本文能起到一定的作用，使高中物理實驗教學(xué)得到高效開展，讓學(xué)生得到全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]江秀云.數(shù)字化實驗儀器在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].新課程（下），2018（8）：119.

[2]程新陽.高中物理數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的對照研究[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教師通訊），2018（12）：105.

責(zé)任編輯：黃大燦