摘要 文章立足新課程理念與課堂創(chuàng)新實(shí)踐，探討了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用及其對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量的影響。通過對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)與數(shù)字化教學(xué)模式的對(duì)比分析，揭示了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)觀察與分析能力方面的顯著成效。研究結(jié)合“NB 物理實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用案例“探究影響滑動(dòng)摩擦力的因素”，詳細(xì)闡述了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)如何助力學(xué)生深入理解物理概念，并通過數(shù)據(jù)分析工具精準(zhǔn)評(píng)估教學(xué)成效，提出了未來(lái)數(shù)字化教學(xué)的發(fā)展方向，包括深度挖掘智能教學(xué)系統(tǒng)的潛力、強(qiáng)化數(shù)據(jù)在教學(xué)評(píng)價(jià)中的作用，以及提升教師數(shù)字素養(yǎng)，以構(gòu)建更高效、更個(gè)性化的物理教學(xué)新生態(tài)。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；賦能；高效；實(shí)踐探索

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.07.017

2024 年1 月全國(guó)教育工作會(huì)議強(qiáng)調(diào)：“要不斷開辟教育數(shù)字化新賽道。堅(jiān)持應(yīng)用為王走集成化道路，以智能化賦能教育治理，拓展國(guó)際化新空間，引領(lǐng)教育變革創(chuàng)新?！盵1]在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字化技術(shù)能解決傳統(tǒng)教學(xué)資源和方法的局限，提升學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力[2]。但數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)也面臨挑戰(zhàn)，需要制定更為合理的方案來(lái)克服，以培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展的物理人才。

1 數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的實(shí)踐依據(jù)

1.1 政策依據(jù)

近年來(lái)，國(guó)家教育部門多次出臺(tái)相關(guān)政策文件，強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，以數(shù)字化賦能教育現(xiàn)代化，提升教學(xué)質(zhì)量與效率。其中，《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》明確指出：“大力推進(jìn)智能教育，開展以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)，推動(dòng)人工智能在教學(xué)、管理等方面的全流程應(yīng)用，利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，探索泛在、靈活、智能的教育教學(xué)新環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用模式?！盵3]

在初中物理教學(xué)領(lǐng)域，政策鼓勵(lì)探索數(shù)字化教學(xué)手段在實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課堂互動(dòng)、個(gè)性化學(xué)習(xí)等方面的應(yīng)用，旨在打破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制，豐富教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。隨著“雙減”政策的深入實(shí)施，如何通過數(shù)字化賦能實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的“加法”與學(xué)生負(fù)擔(dān)的“減法”，成為教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)此，本論文所探討的數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的教學(xué)實(shí)踐，正是響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，探索新時(shí)代教育創(chuàng)新發(fā)展的具體舉措，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與前瞻性價(jià)值。

1.2 實(shí)踐依據(jù)

以蘇教版《物理》八年級(jí)下冊(cè)第八章“摩擦力”的教學(xué)為例，教師利用“問卷星”平臺(tái)進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查，收集在傳統(tǒng)教學(xué)模式下這節(jié)課教授完成后學(xué)生對(duì)摩擦力概念的認(rèn)知數(shù)據(jù)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅有45%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述滑動(dòng)摩擦力的概念，而大多數(shù)學(xué)生對(duì)此理解不夠清晰。實(shí)驗(yàn)技能方面，有40%的學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不夠規(guī)范，比如沒有很好地控制木塊在接觸面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，影響了數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。盡管70%的學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)感興趣，但能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并從中學(xué)到知識(shí)的學(xué)生只有45%。在數(shù)字化工具的使用意愿上，80%的學(xué)生表示愿意嘗試，但40%的學(xué)生對(duì)有效使用這些工具缺乏信心，如圖1 所示。

為了提升教學(xué)效果，教師利用“NB 物理實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)了一系列基于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)活動(dòng)。如圖2 所示，在“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，引導(dǎo)學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬了不同壓力和接觸面粗糙程度條件下的摩擦力測(cè)量。教師還利用國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)進(jìn)行課前資料下發(fā)、課堂實(shí)時(shí)反饋、課后個(gè)性化指導(dǎo)。通過平臺(tái)的智能化功能，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的精準(zhǔn)推送和個(gè)性化反饋，有效鞏固了學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，并促進(jìn)了知識(shí)的內(nèi)化與遷移。數(shù)字化工具應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐后的成績(jī)數(shù)據(jù)分析顯示，學(xué)生對(duì)摩擦力概念的理解正確率從45%提高到了85%，實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性從60%提高到了90%，能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比例從45%提高到了75%。數(shù)據(jù)分析表明，數(shù)字化教學(xué)工具和個(gè)性化教學(xué)策略在提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成效方面發(fā)揮了重要作用。

2 數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的實(shí)踐探索策略

2.1 虛擬實(shí)驗(yàn)與模擬應(yīng)用，提升學(xué)生認(rèn)知能力

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的重要性，提倡師生積極開發(fā)與自制實(shí)驗(yàn)器材，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式[4]。

在引入新技術(shù)和工具到教學(xué)中時(shí)，師生必須首先確保自己對(duì)這些工具有深入的了解和掌握。在物理教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如“NB 物理實(shí)驗(yàn)”提供了一個(gè)安全可控且吸引學(xué)生探索欲的環(huán)境，讓學(xué)生能夠開展在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中難以或無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。平臺(tái)的高度仿真特性和即時(shí)反饋機(jī)制，為學(xué)生提供了一個(gè)理想的學(xué)習(xí)環(huán)境，使他們能夠在沒有物理危險(xiǎn)的情況下，探索和理解復(fù)雜的物理概念。

以基于“NB 物理實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)的“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例。在準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)對(duì)“NB物理實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)進(jìn)行徹底的探索，熟悉其操作界面和功能，確保自己能夠熟練地設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，演示實(shí)驗(yàn)操作，并且能夠解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣的準(zhǔn)備是至關(guān)重要的，因?yàn)樗粌H能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教師的信任，還能夠確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)前，教師向?qū)W生介紹了“NB 物理實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)的操作界面及基本功能，確保每位學(xué)生都能熟練掌握虛擬實(shí)驗(yàn)工具。在“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中，教師首先向?qū)W生詳細(xì)介紹“NB 物理實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)的操作界面和基本功能，接著引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，展示一個(gè)可以高度配置的平面模型，并詳細(xì)解釋如何通過調(diào)整平面的粗糙程度和平面受到的壓力來(lái)模擬不同摩擦力條件下物體的運(yùn)動(dòng)。

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生自主探索，讓他們自己設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，觀察并記錄物體在不同摩擦條件下的運(yùn)動(dòng)情況。例如，當(dāng)學(xué)生增加平面的粗糙程度或增加平面受到的壓力時(shí)，他們可以清晰地觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的參數(shù)變化，從而直觀地理解摩擦力的大小與壓力和接觸面粗糙程度的關(guān)系。這一過程中，教師可以適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考摩擦力如何影響物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及這一物理原理在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提升學(xué)生主動(dòng)思考和合作學(xué)習(xí)的能力，在實(shí)驗(yàn)后要組織小組討論，讓學(xué)生分享自己的觀察結(jié)果和心得體會(huì)。通過這種交流，學(xué)生不僅能鞏固所學(xué)的知識(shí)，還能從同伴的不同見解中獲得新的啟發(fā)，促進(jìn)他們對(duì)滑動(dòng)摩擦力影響因素的深入理解。

2.2 挖掘數(shù)字化教學(xué)資源，提供多元學(xué)習(xí)體驗(yàn)

黨的二十大報(bào)告提出“推進(jìn)教育數(shù)字化”，從國(guó)家層面對(duì)推進(jìn)教育數(shù)字化進(jìn)行了戰(zhàn)略部署。數(shù)字化物理教學(xué)資源不僅能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，顯著提升課堂教學(xué)質(zhì)量，還能助力學(xué)生深入理解并構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。尤為重要的是，數(shù)字化資源使傳統(tǒng)教學(xué)中難以測(cè)量與控制的實(shí)驗(yàn)得以順利實(shí)施，并極大提升實(shí)驗(yàn)的精確性。為解決當(dāng)前數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)與整合不足、技術(shù)應(yīng)用與教師能力不匹配，以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力受限等問題，教師需適時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段和互動(dòng)平臺(tái)。例如，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件模擬物理實(shí)驗(yàn)，精準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)論；可應(yīng)用在線教育平臺(tái)的優(yōu)質(zhì)物理實(shí)驗(yàn)課程視頻、動(dòng)畫等，詳細(xì)展示實(shí)驗(yàn)過程，包括實(shí)驗(yàn)儀器的介紹、操作步驟、數(shù)據(jù)記錄分析等細(xì)節(jié)；可在科普類的App 上搜集趣味科普文章、短視頻等豐富的教學(xué)資源；還可應(yīng)用“國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)”“問卷星”等在線學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、討論話題等。使用多種途徑挖掘數(shù)字化教學(xué)資源，拓寬物理學(xué)習(xí)的邊界，促進(jìn)教師“精準(zhǔn)教”與學(xué)生“個(gè)性學(xué)”的完美融合，推動(dòng)教育教學(xué)的現(xiàn)代化進(jìn)程。

在“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)過程中，教師可先鼓勵(lì)學(xué)生自主探索，讓他們自己設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，觀察并記錄物體在不同摩擦條件下的運(yùn)動(dòng)情況。然后引導(dǎo)學(xué)生通過“NB 物理實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)包括將一個(gè)木塊放置在不同粗糙程度的表面上，并用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，木塊在僅放置于木板的第一組實(shí)驗(yàn)中，所需的拉力為1.5N；而在第二組實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)木塊數(shù)量增加，物體壓力加倍時(shí)，所需的拉力也相應(yīng)地增加到3N。最顯著的變化發(fā)生在第三組實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)木板上鋪上毛巾增加接觸面的粗糙程度時(shí)，即物體壓力保持在1.5N，所需的拉力增加到了4N，詳見表1。

通過分析這些數(shù)據(jù)并填寫實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生能清楚地認(rèn)知到摩擦力的大小與接觸面粗糙程度、壓力大小的關(guān)系?；谝陨咸骄颗c分析，學(xué)生不僅理解了影響摩擦力的因素，還提升了“個(gè)性學(xué)”的能力及問題解決能力。

隨后，教師播放摩擦力影響因素動(dòng)畫演示，從微觀層面展示摩擦力的產(chǎn)生與平面粗糙程度的關(guān)系，將光滑表面與粗糙表面放大，呈現(xiàn)物體表面凹凸部分間相互作用及在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻礙情況，幫助學(xué)生理解摩擦力產(chǎn)生的本質(zhì)原理，化抽象為具象，降低認(rèn)知難度，加深學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力影響因素的理解，并能夠?qū)⑦@些理解應(yīng)用到具體的物理問題解決中，提高他們應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力，落實(shí)教學(xué)中的“精準(zhǔn)教”，基于實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階。

課后，教師在線上學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)與討論話題。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，可在平臺(tái)分享實(shí)驗(yàn)心得、提出疑問、參與“生活中增大或減小滑動(dòng)摩擦力的實(shí)例及原理分析”的討論。教師及時(shí)點(diǎn)評(píng)反饋，促進(jìn)學(xué)生間的思想碰撞與合作學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的互動(dòng)性與社交性，培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2.3 注重?cái)?shù)據(jù)分析與反饋，精準(zhǔn)評(píng)價(jià)教學(xué)成效

教育部在2019 年發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》中明確要求，“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式”“促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)代新興科技有機(jī)融合”[5]。

課后，教師可利用“國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)”的檢測(cè)功能，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估。教師在平臺(tái)上發(fā)布要求，讓學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、變量控制、?shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)分析、歸納結(jié)論、交流評(píng)估、實(shí)驗(yàn)反思等，再通過平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析工具對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行分析，對(duì)其在實(shí)驗(yàn)操作和理論理解方面的表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤和評(píng)價(jià)，如圖3 所示。根據(jù)平臺(tái)的反饋，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的參與度達(dá)到了95%，87%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而92%的學(xué)生能夠基于數(shù)據(jù)提出合理的物理規(guī)律解釋。這些數(shù)據(jù)不僅直觀展示了學(xué)生對(duì)摩擦力的掌握程度，而且反映了學(xué)生在數(shù)據(jù)分析和科學(xué)探究能力上的進(jìn)步。教師可根據(jù)這些精準(zhǔn)的反饋，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，為理解有偏差的學(xué)生提供個(gè)別指導(dǎo)，確保每位學(xué)生都能深刻理解摩擦力概念及其影響因素。這種基于數(shù)據(jù)的教學(xué)策略不僅提高了教學(xué)效率，還培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和科學(xué)探究能力，使教學(xué)更加精準(zhǔn)、高效，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)賦能下的初中物理高效課堂建構(gòu)。

3 數(shù)字化賦能初中物理高效課堂的實(shí)踐探索方向

展望未來(lái)，數(shù)字化賦能初中物理高效課堂教學(xué)實(shí)踐將步入一個(gè)更為精細(xì)化與前瞻性的階段，致力于深度挖掘智能教學(xué)系統(tǒng)的潛力，利用先進(jìn)的AI 算法為學(xué)生量身定制學(xué)習(xí)路徑，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的精準(zhǔn)匹配與動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保每位學(xué)生都能在最適合自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏中茁壯成長(zhǎng)。同時(shí)，教師還應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)據(jù)在教學(xué)評(píng)價(jià)中的核心作用，構(gòu)建一套全面、深入且多維度的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，及時(shí)捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，提供及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋，助力學(xué)生精準(zhǔn)提升。教師還應(yīng)積極探索虛擬實(shí)驗(yàn)與仿真技術(shù)在物理課堂中的應(yīng)用，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限，為學(xué)生提供更安全、便捷、豐富的實(shí)踐環(huán)境，讓其在虛擬世界中自由探索物理的奧秘，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[6]。學(xué)校應(yīng)高度重視教師數(shù)字素養(yǎng)的提升，通過系統(tǒng)的培訓(xùn)和持續(xù)的支持，激發(fā)教師對(duì)于數(shù)字化教學(xué)的熱情與創(chuàng)造力，鼓勵(lì)其大膽嘗試、勇于創(chuàng)新，將數(shù)字化技術(shù)深度融合于物理課堂，共同打造更生動(dòng)、高效、個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4 結(jié)論

總而言之，在數(shù)字技術(shù)的支持下，初中物理課堂教學(xué)得以掙脫傳統(tǒng)教學(xué)模式的桎梏，展現(xiàn)出前所未有的廣闊教學(xué)天地，引領(lǐng)教育創(chuàng)新的新篇章。教師應(yīng)深入探索數(shù)字技術(shù)在物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，依托模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境直觀地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，極大地豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容層次，拓寬學(xué)生的知識(shí)邊界，更深刻促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念與原理的透徹理解。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作的親歷中，學(xué)生不僅能逐步錘煉出扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能，還能在探索與實(shí)踐中孕育出寶貴的探究精神。展望未來(lái)，隨著數(shù)字技術(shù)的日新月異與持續(xù)完善，教師應(yīng)勇立潮頭，不斷挖掘數(shù)字技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合點(diǎn)，創(chuàng)新教學(xué)方法，構(gòu)建既高效又充滿趣味性的教學(xué)體系。

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