数字化在初中物理实验中的应用

刘延武

（甘肃省永昌县第五中学 甘肃·金昌 737200）

初中物理教学是以观察和实验为基础的，实验对学生学习物理的重要性不言而喻。我们现用的传统实验方法、实验仪器已经沿用了很长一段时间了，传统的实验教学方法能够还原实验的最原始本质的研究方法，有其很重要的意义，不能丢弃。虽然适合现有教材的配套学习，但时代在飞速发展，数字化变革已渗透到新信息时代的角角落落，传统的实验不能够满足教学发展的需求。初中物理实验在现有基础上需发展数字化实验，提高教学效率，以适应现代化实验教学的需要。

1 初中物理实验室现状及建设

现有初中物理实验室教学所用器材设备，从配备的数量、设备价值以及生均比等都达到国家标准，除近几年购得一部分器材如：飞机升力演示器、三线平行激光光源透镜演示器等属于一些创新器材外，大部分器材都属于更新而不换代产品，有些相同功能产品的旧仪器生产日期甚至可追到上世纪七八十年代，对现行初中物理教材所涉及到的实验，用传统实验的方法完全可以满足实验教学需要。但在街头巷尾都大谈人工智能的今天，我们还在沿用二三百年前的研究方法和手段，似乎与社会的发展节奏有点落后。初中物理实验要实现数字化需要软硬件设备的支持，大力建设数字化实验室。首先对一个特定的实验，需要相对应的传感器、数据采集器、计算机，结合传统的实验器材；其次还需要相关数据处理软件和技术支持，在整个实验过程中必须基于传感器的计算机实时数据采集和计算机数据处理软件的计算机建模和图像分析等两大技术支持。在实验过程中测量、记录、统计、绘图、分析等工作有计算机来完成。再次建设数字化实验室也是初中物理实验教学面向现代化，提高教学效率的有效途径。

2 初中物理实验与数字化融和的优点

对中学物理实验实现数字化，“实验过程中‘可视化’；实验设计‘重点化’；数据采集和处理‘智能化’；教学过程‘现代化’”等的优点不绝于耳。不过确也如此，数字实验有实时性、高精度、省时、直观、精准、快递、简便、模拟性强、易于操作等诸多特点，对学生来说，运用先进的数字化技术来进行物理实验，会刺激学生的好奇心，获得不同的体验感，激发学生学习兴趣和求知欲。开阔学生的视野，拉近课堂与现代生产与生活的距离，从生活中来到生活中去，提高学习上效率，学以致用。

3 初中物理实验应用数字化举例

在探究比较物体运动快慢的实验中，我们要用到力学轨道，小车上固定位移传感器发射装置，轨道一端固定接受装置。在引入位移传感器后，位移传感器传输的数据反映位置与时刻的对应关系，通过计算机软件对数据处理后，可以得到位移时间关系图像。只要让学生认识位移时间关系图像，初中学生就可以通过位移时间关系图像得到某段运动过程的路程和时间，可以简单的比较两个物体的运动快慢，以及计算出两物体运动速度的大小。学有余力的学生还可以通过图像研究得出物体运动图像的特点，还可以找到由图像比较两物体运动快慢的其他方法，培养学生，自主创新学习的能力。体验数字化应用于物理实验的优越性。在探究熔化与凝固的条件实验过程中，采用实验室玻璃棒温度计测量温度，用水浴法加热，在实验过程中有诸多缺点：（1）温度计液泡体积大，在盛海波和石蜡的试管中若不在中心位置，容易靠近试管边缘，实际温度高于海波温度值，在海波溶化时，测量温度高于海波的熔点，甚至温度不断升高，容易使学生得出错误结论；（2）实验完成后，海波和石蜡连同温度计凝固在试管中，容易使温度计折断，且下次实验时，靠近试管部分固体已熔化，由于熔化吸热而固体内部温度却较低；（3）固体熔化过程需要一段时间，并且固体内外有一定温度差，实际操作中烧杯中水的温度不宜过高，过高则固体外部不断熔化，熔化后的液体温度持续升高，不会存在温度保持不变的状态，温度较低时，则存在实验过程时间长，学生要始终观察不断记录，太浪费时间。可采用测温传感器对温度进行测量，将数据传输到计算机，对数据自动记录和分析处理，以表格和图像方式呈现给学生，一定程度上解放学生的手脚，既观察到了实验现象，又得到了实验结果，学生还可以在实验过程中完成其他任务。摩擦力在我们的物理教学过程中也是一个重点，我们在进行物理教学中主要要明白滑动摩擦和静摩擦的原理。我们可以运用数字化的教学模式，将数字化融入实验中，将力的传感器固定在一侧，将一根细绳与木块连接在一起，木块与地面保持静止，然后拉动木块，让木块与木板进行相对运动，由于木块与木板两者之间相对运动就有产生静摩擦力，而当木板运动起来的时候，木块与木板也会产生滑动摩擦力，由于木块对于木板始终相对静止，因此在任何时候的拉力就反映了对应的摩擦力。当这些数据传入电脑，电脑会根据这些数据得出结论，使我们很容易明白摩擦力的作用下物体的运动情况。

4 初中物理实验实现数字化的途径

多年来，初中物理教学的内容几乎一成不变，在长期的“应试教育”环境的熏染下，绝大部分教师往往只关注教学成绩，大多数教师几乎没有心思在教学内容和教学手段上有所更新，学校实验室现有实验器材实验原理和方法比较经典和老化。所以，初中物理实验教学实现数字化还需要多方面的支持，首先，从学校方面需要建设集测量、采集、处理设备和与之配套的相应的实验仪器装备组成的数字化实验室，是信息技术与传统实验课程结合的重要载体，是初中物理实验实现数字化的基础物质条件；其次，广大教师要支持新课程理念的实践化，能够将现代化的信息化数字技术融入到实验教学中，贴近生产生活，与实践相联系，改变固有的教学理念，引入现代化教学手段，将近现代物理学知识及其新进展和现代化教学结合起来，更好展现新课程理念下初中物理教学内容和实验教学的现代化。

初中物理实验数字化的应用，能使学生提早接触、熟悉和使用数字化实验设备，拉近与生活的距离，与时代发展相适应。教师利用数字化手段来进行物理实验，可以最大限度的改变传统的获取知识的方法，提高教学效率。也可以用数字化实验手段创设新的教学情景，激发学生学习兴趣，对周围新生事物充满关心的激情，促进学生创新思维的发展。数字化物理实验教学的应用使初中物理教学能够更进一步，教有所长，学有所乐。